本发明涉及一种重油加氢的装置和方法，更具体地说，涉及一种适用于重油加氢以及对反应产生的轻质油品进行精制的反应装置和方法。
背景技术：
：加氢是一种重要的劣质原料处理的技术路线，通过加氢，重质油品中的金属、胶质、残炭、硫、氮等杂质均可以被有效脱除。目前加氢处理过程中最常用的是下流式固定床反应器，即滴流床反应器，但是重质油品如渣油、煤液化油由于杂质含量高，容易造成加氢催化剂中毒或者催化剂孔道堵塞而快速失活，并且杂质可能堵塞床层使压降快速升高导致反应器工况变差，甚至无法正常操作。而采用气液并流向上运动的反应器是进行重质油品加氢较佳的选择。此类反应器包括上流式反应器、沸腾床反应器和浆态床反应器。在气液两相并流向上流动的过程中，油品作为连续相，而氢气做为分散相，既可以加工杂质含量高的重质油品，又克服了固定床催化剂床层容易堵塞的问题。CN1349554A公开了一种加氢处理重质原料用带层状催化剂床层的上流式反应器系统，上流式反应器含有至少两个不同加氢活性的催化剂层，将上流式反应器做为加氢主反应器的保护反应器，用于脱除油品中的大部分金属与固体颗粒杂质和部分硫、氮，以延长主反应器中加氢催化剂的使用寿命。由于气相被分散成气泡与液相连续相并流向上运动，使得催化剂床层产生了膨胀，可以避免床层堵塞。US4753721提供了一种沸腾床渣油加氢反应器。气液并流向上通过催化剂床层，使得床层产生了显著的膨胀。大部分液相在反应器顶部被循环 泵重新由反应器底部注入反应器，实现循环流动。部分液相和富氢气体通过排料口流出反应器。由于催化剂床层膨胀显著，因而不容易发生床层堵塞的问题。CN01233568.1公开了一种适用于重油浆态床加氢裂化的内环流反应器。该反应器有两个导流筒，上导流筒的内径和高度都大于下导流筒。反应器内温度分布均匀，气含率高，有利于反应过程的进行，无焦炭沉积，运转周期长。对比上流式反应器和沸腾床反应器，浆态床反应器由于催化剂颗粒直径很小(一般为几十微米或者更小)，消除了催化剂内扩散的影响，具有很高的反应比表面和活性，因此可以大大减少催化剂的用量，具有良好的技术发展前景。技术实现要素：本发明要解决的技术问题之一是提供一种用于重油加氢的反应装置。本发明要解决的技术问题之二是提供上述反应装置的应用方法，用于对劣质重油进行加氢处理。一种重油浆态床加氢反应装置，包括浆态床环流反应器、与浆态床环流反应器相连的缓冲罐，与缓冲罐上部连通的固定床加氢反应器；所述的浆态床环流反应器包括上升管4、上升管顶部的扩大段1和下降管8，所述的扩大段1和下降管8的上部连通，所述的上升管4下部与下降管8底部连通，所述的扩大段1内设置浆相分离器，浆相分离器为内筒3和外筒2的套筒结构，所述的浆相分离器上部设置除沫器11，所述的扩大段顶部设置气体出口10，所述的扩大段侧壁设置物料出口13，所述的上升管4底部设置原料进口9。一种重油浆态床加氢方法，采用上述的重油浆态床加氢设备，含有粉末状加氢裂化催化剂的重油和氢气经原料进口进入浆态床反应器的上升 管，重油与加氢裂化催化剂接触反应得到轻质油品，并向上流动进入上升管顶部的扩大段，在扩大段内浆液和气体分离，分离出的浆液经扩大段内的浆相分离器进一步分离，扩大段上层浆液由扩大段的物料出口引出，扩大段下层浆液经下降管返回上升管继续反应，未反应氢气由扩大段顶部的气体出口排出；来自物料出口的浆液进入缓冲罐内静置0.1-10小时，缓冲罐上层浆液进入加氢反应器中与加氢催化剂接触进行加氢精制得到轻油产品，缓冲罐底层的浆液返回浆态床反应器循环使用。本发明提供的重油浆态床加氢反应装置和应用方法的有益效果为：本发明采用的浆态床反应器中，浆液主体环流可以冲刷反应器内壁，有效抑制固体颗粒的沉积和附着。通过扩大段利用沉降作用实现加氢反应得到的轻质油品与未反应的重质油品的初步分离，由反应器物料出口排出的浆液中含有较多的轻质油品和较少的催化剂颗粒，便于后续工艺设备对浆液的加工。由下降管返回上升管的浆液中含有较多的未反应重质油品和催化剂颗粒，在上升管底部与新鲜反应物混合，增加油品的相溶度，提高重质油品的加氢转化率，并且抑制了油品中结焦前驱体团聚成结焦颗粒的可能性。在下降管中流动的浆液夹带了部分气泡，有效抑制浆液中结焦前驱体团聚成结焦颗粒。由浆态床反应器排出的含较多轻质油品的浆液通过缓冲罐，与其夹带的未反应重油和催化剂颗粒进一步分离，然后进入加氢反应器进行加氢精制得到轻油产品。本发明提供的重油浆态床加氢反应装置和应用方法操作周期长，重油转化率高。附图说明图1为重油浆态床加氢反应装置流程示意图。其中：1-扩大段；2-外筒；3-内筒；4-上升管；5-气泡；6-浆液排出口；7-流体分布器；8-下降管；9-原料进口；10-气体出口；11-除沫器；12-上升 管气液主相界面；13-物料出口；14-缓冲罐；15-固定床加氢反应器；16、17、18-管线。具体实施方式本发明提供的重油浆态床加氢反应装置和应用方法是这样具体实施的。需要说明的是，说明书中提到的容器的“上部”是指由下至上容器高度的50％-100％，容器的“下部”是指由下至上容器高度的0-50％，容器的“顶部”是指由下至上容器高度的90％-100％，容器的“底部”是指由下至上容器高度的0-10％。一种重油浆态床加氢反应装置，包括浆态床环流反应器、与浆态床环流反应器相连的缓冲罐，与缓冲罐上部连通的固定床加氢反应器；所述的浆态床环流反应器包括上升管4、上升管顶部的扩大段1和下降管8，所述的扩大段1和下降管8的上部连通，所述的上升管4下部与下降管8底部连通，所述的扩大段1内设置浆相分离器，浆相分离器是由内筒3和外筒2组成的套筒结构，所述的扩大段上部设置除沫器11，所述的扩大段顶部设置气体出口10，所述的扩大段侧壁设置物料出口13，所述的上升管4底部设置原料进口9。优选地，所述的扩大段与上升管的直径比为1.1～4。优选地，所述的原料进口处设置流体分布器7，所述的流体分布器7的开孔方向朝下，流体分布器7的水平高度低于上升管4与下降管8相连接的位置。在使用过程中，使上升管底部受到较强的流体流动冲刷，防止固体颗粒的沉积和附着。所述的浆态床环流反应器中，所述的扩大段的上部设置除沫器11，除沫器置于扩大段内，接近气体出口。在使用过程中，设置除沫器以除去气体中夹带的浆液，有利于维持反应器内的液位，便于后续设备对于气体的 处理。优选地，除沫器11的水平位置高于扩大段1内的气液主相界面。优选地，所述的上升管4与下降管8的直径比为0.5～20：1、更优选1～10：1。优选地，所述的浆相分离器的外筒与扩大段的直径比为：0.2～0.95：1；所述的浆相分离器的内筒与外筒的直径比为0.01～0.9：1、更优选0.1～0.7：1。优选地，所述的浆态床环流反应器上升管4的底部设置浆液排出口6。在使用过程中用于排出失活的催化剂和过重的浆液。本发明提供的重油浆态床加氢反应装置中，所述的浆态床环流反应器中，上升管顶部为管径扩大的扩大段，所述的扩大段底部经锥形管与上升管顶部相接。所述的扩大段与下降管上部经连通，上升管下部与下降管底部连通，所述的扩大段与下降管的连通位置优选在扩大段中气液主相界面以下0.5-1.5m处；所述的上升管下部与下降管连通的位置为流体分布器以上0.5-1.5m处。本发明提供的浆态床反应器在使用过程中，所述的上升管为反应区，所述的扩大段和下降管为分离区，其中所述的下降管的数量为至少一个，可以是一个或多个。本发明提供的重油浆态床加氢反应装置中，所述的缓冲罐具有分离功能，可以实现轻质油品与重质油品的分离，也可以实现液相油品与固体催化剂颗粒的分离。另外，本发明提供的缓冲罐也可采用其他的具有轻重油品分离功能的分离单元，例如所述的分离单元可以为热高压分离罐、热低压分离罐、冷高压分离罐、冷低压分离罐、旋流分离器、闪蒸塔、常压蒸馏塔、减压蒸馏塔、萃取塔等一种或几种分离设备的组合。一种重油浆态床加氢方法，采用上述的重油浆态床加氢设备，含有粉末状加氢裂化催化剂的重油和氢气经原料进口进入浆态床反应器的上升管，重油与加氢裂化催化剂接触反应得到轻质油品，并向上流动进入上升 管顶部的扩大段，在扩大段内浆液和气体分离，分离出的浆液经扩大段内的浆相分离器进一步分离，含较少加氢裂化催化剂和较多轻质油品的浆液由扩大段的物料出口引出，含有较多加氢裂化催化剂和未反应的重油的浆液经下降管返回上升管继续反应，未反应氢气由扩大段顶部的气体出口排出；来自浆态床反应器物料出口的浆液进入缓冲罐内静置0.1-10小时，缓冲罐上层浆液进入加氢反应器中与加氢催化剂接触进行加氢精制得到轻油产品，缓冲罐底层的浆液返回浆态床反应器循环使用。本发明提供的方法中，所述的浆态床反应器操作条件为：反应压力8-30MPa，反应温度为350-500℃，优选为反应压力15-25MPa，反应温度为380-480℃。浆态床反应器内的催化剂为粉末状，含有金属活性组分Mo、W、V和Ni中的一种或多种，和非金属组分C和S，还含有少量H和N，且少部分所述S与所述金属活性组分以该金属的硫化物形式存在。本发明提供的方法中，来自浆态床反应器的浆液在缓冲罐中静置实现浆液中轻质油品(沸点<430℃的馏分)和重质油品的充分分离。本发明提供的方法中，所述的加氢反应器优选采用固定床加氢反应器，所述的固定床加氢反应器内装填加氢催化剂，所述的加氢催化剂为含金属活性组分Al、Mo、W、V和Ni中的几种，还含有非金属组分为O和Si的催化剂。所述的加氢催化剂为条状。所述的固定床加氢反应器的操作条件为反应温度为300-400℃，反应压力为5-15MPa，空速为0.5-2.0，氢油比(500-2000)：1Nm3/m3。本发明供的方法中，含有催化剂的重油浆液与氢气混合物在反应器外完成混合后经流体分布器进入浆态床环流反应器上升管。反应器内的浆液为连续相，氢气作为分散相以气泡的形式与浆液接触。反应物流体经流体分布器进入上升管后，先是向下流动冲刷上升管底部，随后转变流动方向向上运动。在上升管内反应物流体在向上流动过程中进行加氢反应得到轻 质油品。气相与浆相向上运动到达上升管顶部的扩大段后，气相与浆相发生分离。气相脱离气液主相界面后流经除沫器由扩大段顶部的气体出口排出。除沫器可以除去气相中夹带的泡沫和液滴，换言之就是充分脱除气相中夹带的浆相。熟悉本领域专业知识的人员可以理解的是除沫器的形式多样，可以根据实际情况采用合适的除沫器除去气相中的浆相。使用除沫器有利于维持反应器内的液位，也便于后续设备对于气相的处理。与气相发生分离之后的浆相进入反应器下降管，并在下降管的底部经下连接管重新进入上升管参与加氢反应。本发明提供的方法中，重油在上升管内进行加氢反应，得到部分轻质油品。根据相似相溶的原理，轻质油品与重质油品之间的溶解度降低，因此需要通过一定的技术措施将反应得到的轻质油品排出反应器进行后续加工，而未反应的重质油品留在反应器内继续反应。在上升管上部的扩大段内，由于管径扩大，浆液的流动速度较低，通过沉降作用，反应得到的产物轻质油与未反应的重油发生分离，轻质油在重质油上方。含有少量催化剂颗粒的轻质油由设置于扩大段侧壁的物料出口引出反应器，进行后续处理。由于排出反应器的轻质油品中固体颗粒含量少，易于加工，降低了后续油品加工设备的负担，延长了装置的操作周期。设置于扩大段侧壁的物料出口的位置低于扩大段中的气液主相界面。由于沉降作用，大部分催化剂颗粒存在于未反应的重油中，含有大量催化剂颗粒的未反应重油则由下降管底部重新进入反应器上升管进行反应。流入下降管的浆相中夹带了部分气相，这部分气相不需要进行进一步的脱气处理。由于气相中的氢气可以有效抑制浆相中的结焦前驱体团聚为结焦颗粒，因此下降管中含有部分气相对于浆态床反应器的稳定操作而言是非常必要的。设置于扩大段侧壁的产物出口的位置低于扩大段中的气液 主相界面。本发明提供的方法中，浆液在反应器的上升管、扩大段和下降管之间循环流动形成定向环流。浆液环流可以冲刷反应器内壁，使得结焦颗粒不易沉积或者附着在反应器内壁上，从而延长了反应器的操作周期。未反应的重油经下降管重新进入上升管底部参与反应的过程中，未反应的重油与进入反应器的新鲜油品之间的相溶性好，避免了未反应重质油品中结焦前驱体团聚形成结焦颗粒的可能，提高了加氢反应的转化率，抑制了反应结焦的问题，有效的延长了反应器的操作周期。由于反应过程不可避免的会生成部分结焦颗粒，而这些颗粒有可能最终沉积在反应器底部，因此在反应器上升管的底部设有浆液排出口，可以定期排出部分浆液以降低反应器内结焦颗粒的浓度，抑制结焦，延长操作周期。本发明提供的方法中，由浆态床反应器排出的浆液进入缓冲罐。缓冲罐将浆液分为轻质油品(沸点＜430℃的馏分)和重质油品，重质油品通过浆态床反应器的回流口返回浆态床反应器，回流口的位置应低于物料出口。重质油品还可以直接与浆态床反应器的新鲜物料混合后由流体分布器返回反应器。由缓冲罐排出的轻质油品进入固定床加氢反应器进行加氢精制，为后续油品加工提供原料。优选所述的缓冲罐底层的浆液进入蒸馏塔中分馏，分馏得到的轻馏分进入固定床加氢反应器；分馏得到的重馏分返回浆态床反应器底部循环使用。以下参照附图具体说明本发明提供的重油浆态床加氢反应装置和重油加氢反应方法。附图1为重油浆态床加氢反应装置流程示意图，如图1所示，所述的重油浆态床加氢反应装置包括浆态床环流反应器、缓冲罐和加氢反应器；所述的浆态床环流反应器包括上升管4、扩大段1和下降管8，所述的扩大段1内设置浆相分离器，所述的浆相分离器是由内筒3和外筒2组成的套 筒结构，扩大段1的上部设有除沫器11，顶部设有气体出口10，扩大段1的侧壁设置物料出口13。所述的上升管4底部设置原料进口9。本发明提供的重油浆态床加氢反应装置的应用方法，氢气与含有催化剂的重油浆液混合，由反应器底部的流体分布器7进入浆态床环流反应器。气浆反应混合物先向下流动冲刷上升管4的底部，随后改变流动方向沿上升管4向上流动至扩大段1的气液主相界面12。气泡5脱离气液主相界面12之后，经除沫器11由反应器顶部排出。除沫器11的位置接近扩大段的气体出口，高于气液主相界面12。除沫器11可以除去气相中夹带的泡沫和液滴，有利于维持反应器内的液位，也便于后续设备对于气相的处理。脱气之后的浆液在内筒3的上沿进入内筒3和外筒2围成的环形空间并向下流动，由于此时浆液的流动速度较低，气体和浆液进一步分离，反应得到的轻质油品与未反应的重质油品发生部分分离，而且由于沉降作用，浆液流至外筒2底部时，较多加氢裂化催化剂和未反应的重油经下降管8返回上升管继续反应。含有较少加氢裂化催化剂的轻质油品经外筒2底部空隙在外筒2与扩大段管壁之间的空间向上流动，由扩大段的物料出口13引出。浆液在上升管4、扩大段1和下降管8之间循环流动形成定向环流。浆液环流可以冲刷反应器内壁，使得结焦颗粒不易沉积或者附着在反应器内壁上，延长反应器的操作周期。在下降管中流动的浆相夹带了部分气泡5，气泡5的存在可以有效抑制浆相中结焦前驱体团聚成结焦颗粒。未反应的重质油品经下降管重新进入上升管4底部参与反应的过程中，由于未反应的重质油品与进入反应器的新鲜油品之间的相溶性好，避免了未反应重质油品中结焦前驱体团聚形成结焦颗粒的可能，提高了加氢反应的转化率，抑制了反应结焦的问题，有效的延长了反应器的操作周期。由于反应过程不可避免的会生成部分结焦颗粒，而这些颗粒有可能最终沉积在反应器底部，因此在反应器上升管的底部设有浆液排出口6，可以定期排出部分浆 液以降低反应器内结焦颗粒的浓度，抑制结焦，延长操作周期。由物料出口13排出的浆液进入缓冲罐14实现轻质油品和重质油品的分离。由缓冲罐排出的重质油品通过回流口返回浆态床反应器。离开缓冲罐14的轻质油品与氢气混合进入加氢反应器15中进行加氢精制。加氢精制之后的油品可以继续进行后续处理。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。以下通过实施例1进一步说明本发明的实施方法，但并不因此而限制本发明。实施例1采用如附图1所示的浆态床反应器，其中，上升管与下降管外管的直径比为2：1，上升管和扩大段的直径比为0.75：1。浆相分离器的内筒和外筒的直径比为0.6：1。下降管上部与扩大段的连接位置距上升管顶部1.5m，下降管底部与上升管接口处距上升管底部2.5m。加氢裂化催化剂制备方法：金属前躯体物钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)、硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和氧化钒(V2O5)的质量比为3.3：4.16：1，加入水中，搅拌均匀。然后加入金属前驱物总质量3.5倍的经过酸处理的活性炭和0.34倍的硫化剂(升华硫)加入到高压釜内，在300℃、7.0Mpa(氢初压)、高速搅拌的条件下硫化60min，产物经过滤、干燥后得到催化剂，颗粒粒径为50微米，催化剂性质见表1。重油原料为减压渣油，性质见表2。含有催化剂的重油与氢气混合，由反应器底部经流体分布器7进入反应器中进行加氢反应。含有较多轻质油品和较少固体颗粒的部分浆液由物料出口排出进入缓冲罐。另一部分含 较多催化剂颗粒和重质油品的浆液由下降管底部返回上升管中继续反应。反应条件和产物分布见表3。缓冲罐中浆液的平均停留时间为0.5小时，缓冲罐下层浆液回浆态床反应器，缓冲罐上层的沸点<430℃的轻质油品与氢气混合后进入固定床加氢反应器进行加氢精制。固定床反应器的反应温度为340℃，反应压力为10MPa，加氢催化剂采用中石化长岭催化剂分公司生产的RN-32V催化剂，脱硫率为91.1％，脱氮率为76.8％。本实施例中，浆态床反应器可以抑制结焦颗粒的生成和沉积，因而运行周期长，重油品的加氢转化率在80％以上。表1加氢裂化催化剂组成元素含量/wt％Mo3.2W-Ni1.5V1.0C84.7H0.5S7.6总计98.5表2分析项目渣油密度(20℃)/(g/cm3)1.029w(残炭)/％23.2w(元素)/％C83.87H9.98S4.9N0.34w(金属)/(μg/g)Ni42V96四组分饱和分9.3芳香分53.6胶质24.4沥青质12.7馏程/℃初馏点4705％51510％54730％60045％623表3反应温度/℃420反应压力/MPa10反应时间/h1原料处理量/g3000催化剂加入量/wt％1产物收率/wt％气体6.76<200℃汽油6.54200～350℃柴油33.26350～500℃蜡油36.52>500℃渣油15.09其中：轻质油收率/％39.80焦炭产率/％1.83当前第1页1 2 3