一种渣油低压固定床介观加氢处理的方法和系统与流程

本发明涉及石油资源加工利用和高效轻质化处理，特别涉及一种渣油低压固定床介观加氢处理的方法和系统。

背景技术：

1、渣油(常压渣油、减压渣油)是原油一次加工(常、减压蒸馏)后剩余的最重部分，劣质重油尤其渣油的高效加工利用已成为当今炼油工业面临的重大挑战。

2、目前，渣油加工工艺主要有脱碳和加氢技术，脱碳工艺主要有焦化(主要是延迟焦化)、溶剂脱沥青、原料预处理-催化裂化组合等工艺技术；加氢工艺主要有渣油固定床加氢、渣油沸腾床加氢、渣油悬浮床加氢等技术。脱碳工艺主要以延迟焦化工艺应用最为广泛，具有原料适应性强、投资低、操作简单、运行成本低等优点，但是存在着液体产品收率低、品质差、高硫石油焦应用受限、环保性差等问题，因此从资源的高效合理利用和环境保护方面来看，延迟焦化并不是最理想的渣油加工技术，正在逐步被清洁高效的加氢工艺技术所取代。渣油加氢工艺具有转化率高、轻油收率高、产品质量好、生产过程清洁化、环保性能好等优点，将逐步成为渣油清洁高效转化利用的重要技术手段。渣油加氢工艺以固定床加氢处理技术最为成熟，应用最为广泛。目前，渣油固定床加氢处理技术主要用于催化裂化原料预处理。典型的渣油固定床加氢处理技术主要以美国雪佛龙-鲁姆斯公司(clg)的rds/vrds技术、美国uop公司的rcdunionfining技术应用最为广泛，同时，美国埃克森美孚公司residfining技术、法国axens公司的hyval技术、美国壳牌公司的hds技术以及中国石化s-rht技术等也得到市场认可逐步扩大市场应用。下表1典型渣油固定床加氢处理技术主要技术指标对比列出了典型渣油固定床加氢处理技术主要技术指标情况。

3、表1典型渣油固定床加氢处理技术主要技术指标对比

4、

5、

6、由表1中数据可以看出，尽管固定床渣油加氢技术来源不同，这些技术在工艺条件、杂质脱除率等方面基本相近。与轻质馏分油相比，渣油组成复杂，平均相对分子质量大，黏度高，密度大，氢碳比低，残炭值高，含有大量的金属、硫、氮及胶质、沥青质等有害元素和非理想组分，加氢处理难度较大，在反应过程中易生焦。若要达到所需的反应目的，固定床加氢处理装置通常需要在高温、高压和较低体积空速的苛刻条件下操作。使得在实际应用中，渣油固定床加氢处理工艺均采用15mpa以上的反应压力，使得装置建设投资、运行成本、装置运行安全风险高。

7、渣油固定床加氢耗氢量比较大，而氢在渣油中的溶解度低，不能满足加氢反应的要求，所以现有技术通常通过提高反应压力，提高氢在油中的溶解度，保证原料油通过催化剂床层进行加氢反应。因此，现有技术存在在操作压力为1～8mpa低压的条件下实施渣油低压固定床介观加氢处理工艺的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种渣油低压固定床介观加氢处理的方法和系统，通过应用介观加氢技术实施渣油低压固定床介观加氢处理工艺，依据能量转换和守恒定律，利用自主研发的介观池技术，当渣油、氢气在一定的工艺条件下，进入介观池并在介观池内，运动的氢气流撞击渣油，使油和气都呈微米级油颗粒和氢气泡，渣油颗粒和氢气泡耦合形成介观态。在这一过程中，氢气的动能转化为油和气的表面能，使油气接触面积扩大1000倍以上，实现最大限度的供氢，提高了油气之间的传质效率。通过转变供氢方式，增大加氢反应供氢能力，实现低压条件下在反应器内进行渣油加氢反应，达到降低反应压力的目的。

2、本发明在于提供一种渣油低压固定床介观加氢处理的方法，所述低压的范围为1-8mpa，包括：

3、s1，获取渣油原料和用于加氢处理的氢气；

4、s2，所述渣油原料和氢气经过一个或多个介观池后形成介观态产物；其中，所述介观态表示渣油和氢气二态通过介观池的能量交换形成微米颗粒的耦合状态；或在不同操作压力、不同温度的条件下，针对气、液二相不同流速、不同密度和不同粘度，在具有动能的介观池内，进行气液混合而形成气液两相尺度为1um～500um包含纳米微粒或不包含纳米微粒的气泡、油微颗粒的两相耦合物态；所述介观池具有特定型腔，型腔内置多种构件且具有气液粉碎和阻尼动能转换功能；

5、s3，所述介观态产物进入介观反应器后以介观态的形式下加氢处理；

6、s4，对加氢处理后的物料进行后处理。

7、优选的，所述s1包括：

8、s11，获取渣油原料；

9、s12，将用于加氢处理的氢气分为两路，第一路氢气的体积比例为全部氢气的5-20％，第二路氢气的体积比例为全部氢气的80-95％；其中所述第一路氢气和所述第二路氢气分别用于形成第一介观态产物和第二介观态产物；

10、优选的，所述s2包括：

11、s21，所述渣油原料经所述第一换热系统(3)预热到设定温度后与预热到设定温度的所述第一路氢气分别进入第一介观池(5)，在所述第一介观池(5)内所述渣油原料与所述第一路氢气形成第一介观态产物；

12、s22，所述第一介观态产物进入所述第二介观池(6)，同时预热到设定温度的所述第二路氢气进入所述第二介观池(6)，在所述第二介观池(6)内完成氢气和渣油之间动能向表面能的转换，从而使得氢气和渣油转变成具有设定尺寸的氢气泡和油珠形成的第二介观态产物。

13、优选的，所述s3包括：

14、s31，所述第二介观态产物进入加热炉(7)后加热到预定的温度形成预热第二介观态产物；

15、s32，将所述预热第二介观态产物送入所述介观反应器(8)内设置的一个或多个催化剂床层(9)；

16、s33，所述介观反应器(8)内的待反应物料保持介观态通过所述催化剂床层(9)进行加氢反应。

17、优选的，所述s4包括：

18、s41，所述加氢反应后的物料离开所述介观反应器(8)进入所述气液分离系统(10)进行气液分离形成液相物料和富氢气相物料；

19、s42，液相物料进入分馏系统分馏后，相应馏分进入后序加工装置；

20、s43，富氢气相物料进入循环氢系统处理后氢气循环使用。

21、优选的，所述第二介观态产物进入所述介观反应器(8)的方式由工程设计依据工艺装置整体方案确定，为上进下出或下进上出的方式中的一种。

22、优选的，所述s33的所述催化剂床层(9)内装填催化剂，所述催化剂为脱硫剂、脱氮剂、脱金属剂、脱氧剂、烯烃加氢剂或芳烃加氢剂，然后按照催化剂装填方案在所述催化剂床层(9)内进行装填。

23、本发明的第二方面在于提供一种渣油低压固定床介观加氢处理的系统，包括：

24、原料输送泵(1)、氢气压缩机(2)、第一换热系统(3)、第二换热系统(4)、第一介观池(5)、第二介观池(6)、加热炉(7)、介观反应器(8)和气液分离系统(10)；其中：

25、渣油原料由所述原料输送泵(1)抽出，将氢气分为两路，第一路氢气的体积比例为全部氢气的5-15％，第二路氢气的体积比例为全部氢气的85-95％；

26、所述渣油原料经所述第一换热系统(3)预热到设定温度后与预热到设定温度的所述第一路氢气分别进入第一介观池(5)，在所述第一介观池(5)内所述渣油原料与所述第一路氢气形成第一介观态产物；

27、所述第一介观态产物进入所述第二介观池(6)，同时预热到设定温度的所述第二路氢气进入所述第二介观池(6)，在所述第二介观池(6)内完成氢气和渣油之间动能向表面能的转换，从而使得氢气和渣油转变成1～500μm氢气泡和油珠形成的第二介观态产物；

28、所述第二介观态产物进入加热炉(7)后加热到预定的温度后进入到所述介观反应器(8)；所述介观反应器(8)包括一个或多个催化剂床层(9)；所述介观反应器(8)内的待反应物料保持介观态通过所述催化剂床层(9)内装填的精制催化剂进行加氢反应；

29、加氢反应后的物料离开所述介观反应器(8)进入所述气液分离系统(10)进行气液分离，液相物料进入分馏系统分馏后，相应馏分进入后序加工装置，富氢气相物料进入循环氢系统处理后氢气循环使用。

30、优选的，针对不同的操作压力、不同氢油比和不同液体粘度，调整氢气辐射通道的孔径、纵横向气体粉碎器的几何参数、干扰器的几何参数以及气液混合分割器的几何参数，从而确定所述第一介观池(5)和第二介观池(6)的结构形式。

31、优选的，所述第一介观池(5)和第二介观池(6)分别为固渣介观池ⅰ、固渣介观池ii或固渣介观池iii；其中：

32、所述固渣介观池ⅰ的内部结构件包括壳体、进油圆孔(11)、氢气辐射通道(12)、气体粉碎器(13)和载板导流分向器(14)；适用条件包括：操作压力≤2mpa；氢油比在800:1内；催化剂层装、混装，介观态入注上下口均可；

33、所述固渣介观池ii的内部结构件包括构件壳体(20)、进油椭圆孔(21)、氢气辐射通道(22)、气体粉碎器(23)、分割干扰器(24)和载板导流分向器(25)；适用条件包括：操作压力≤3mpa/5mpa；氢油比在1200:1内；催化剂层装、混装，介观态入注上下口均可；

34、所述固渣介观池iii的内部结构件包括构件壳体、进油坡口孔(31)、氢气辐射通道(32)、气体粉碎器(33)、干扰器(34)和载板导流分向器(35)，所述防返流阻尼(30)具有70～120的导流倾角(301)；适用条件包括：操作压力≤5mpa/8mpa；氢油比在1500:1内；催化剂层装、混装，介观态入注上下口均可。

35、本发明的方法和系统的有益效果：

36、(1)通过应用介观技术，改变渣油加氢反应过程中的供氢方式，使渣油固定床加氢处理反应压力由现有技术≧15mpa，降低至本发明的1～8mpa；

37、(2)设计、制造适用于渣油固定床介观加氢处理反应过程需要的介观池，使原料渣油、氢气以一定比例和给定压力(1～8mp)条件下在介观池内，转变成渣油加氢介观反应需要的介观态，使介观态输入(上进下出或下进上出)固定床反应器内，完成渣油的介观加氢反应；

38、(3)根据渣油原料性质、组成及产品方案，对已确定的各类型、多规格用于固定床渣油加氢的催化剂，针对催化剂功能设计固定床床层并进行合理装填。满足渣油固定床低压加氢需要，设计制造相对应的介观池，在介观池内形成的介观态，以实现低压(1～8mp)固定床催化剂床层渣油加氢。

39、(4)固定床反应器反应物料出口型式及出口至热分离器输油线进行了特殊设计加工，从而确保固定床反应器内始终保持介观状态。