反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法技术

反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法，在液料串联操作的2个或多个反应段间，基于后部反应段含气产物的含气物料，通过前部反应段的反应空间实现气体逆流串联使用，逆流气体可能夹带液料和或固体料一并逆流；适用于煤加氢直接液化反应过程，形成下游反应段氢分压显著高于上游反应段氢分压的理想分布即可大幅度降低过程操作总压，简化反应过程的氢气物料流程，可将下游反应热带入上游反应段直接加热上游反应段其它进料如煤浆从而降低其预热温度，从而可大幅度降低工程投资和能耗；分离回收反应段排出的最终产物，最上游反应产物分离区，所得液料返回反应段循环加工，所得气体分离为液料和至少部分循环使用的富氢气气体。

Hydrogenation of Hydrocarbon Materials with Reverse Flow of Gas-containing Products between Reaction Sections

Hydrocarbon material hydrogenation reaction method with reverse flow of gaseous products between reaction sections. In two or more reaction sections operated in series, based on the gaseous materials of gaseous products in the rear reaction section, gas counter-current can be used in series through the reaction space of the front reaction section. Countercurrent gas may contain both liquid and solid materials in parallel; it is suitable for direct coal hydrogenation liquefaction reaction process. The ideal distribution of hydrogen partial pressure in downstream reaction section is significantly higher than that in upstream reaction section, which can greatly reduce the total operating pressure of the process, simplify the process of hydrogen material flow, directly heat other feeds in upstream reaction section, such as coal slurry, so as to reduce the preheating temperature, thus greatly reduce the project investment and energy consumption. The final product discharged from the section, the separation zone of the upstream reaction product, the liquid material obtained returns to the reaction section for cyclic processing, and the gas obtained is separated into liquid material and hydrogen-rich gas at least partially recycled.

【技术实现步骤摘要】
反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法
本专利技术涉及反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法，在液料串联操作的2个或多个反应段间，基于后部反应段含气产物的含气物料，通过前部反应段的反应空间实现气体逆流串联使用，逆流气体可能夹带液料和或固体料一并逆流；适用于煤加氢直接液化反应过程，形成下游反应段氢分压显著高于上游反应段氢分压的理想分布即可大幅度降低过程操作总压，简化反应过程的氢气物料流程，可将下游反应热带入上游反应段直接加热上游反应段其它进料如煤浆从而降低其预热温度，从而可大幅度降低工程投资和能耗；分离回收反应段排出的最终产物，最上游反应产物分离区，所得液料返回反应段循环加工，所得气体分离为液料和至少部分循环使用的富氢气气体。
技术介绍
以下描述液料串联操作的2个或多个反应段组成的反应系统。本专利技术所述反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法，涉及液料串联操作的2个或多个反应段组成的反应系统；所述一个反应段，指的是包含碳氢料加氢反应步骤和该步骤气液产物的气液分离步骤的工艺过程。本专利技术的一个主要目的是，对于杂质元素如氧、硫、氮含量高或常规气体烃产率高的碳氢料加氢反应过程，提高深度加氢反应过程即决定反应深度和或产品质量的决定性加氢步骤的气相氢气浓度，从而优化操作，如降低过程总压、减少低沸点组分的热裂化、提高高沸点组分的热裂化反应选择性并可进一步提高操作温度、提高反应热回收率、降低化学耗氢量、降低氢气使用总量等，具有一定的普遍应用价值。本专利技术所述碳氢料，指的是含碳、氢元素的液体和或固体，如油和或煤。本专利技术所述碳氢料加氢热裂化反应过程，指的是以碳氢料为原料的加氢热裂化反应过程，如煤加氢直接液化反应过程、重油加氢热裂化反应过程、煤油共加工加氢热裂化反应过程等。本专利技术所述碳氢料加氢热裂化反应过程，通常使用上流式膨胀床加氢反应器本专利技术所述碳氢料加氢反应过程，指的是以碳氢料为原料的加氢反应过程，包括碳氢料加氢热裂化反应过程，也包括其它碳氢料加氢反应过程如固定床重油加氢脱硫反应过程。本专利技术所述膨胀床反应器，为立式上流式反应器，使用催化剂时属于膨胀床反应器；立式指的是安装后工作状态反应器的中心轴线垂直于地面；上流式指的是反应过程物料主体流向由下向上穿行通过反应空间或催化剂床层或与上行的催化剂同向流动；膨胀床指的是工作状态催化剂床层处于膨胀状态，催化剂床层膨胀比定义为催化剂床层有反应原料通过时的工作状态的最大高度CWH与该催化剂床层的空床静置状态的高度CUH之比值KBED，通常，KBED低于1.10时称为微膨胀床，KBED介于1.25～1.55时称为沸腾床，而悬浮床被认为是最极端形式的膨胀床。本专利技术所述返混流膨胀床反应区，指的是使用膨胀床反应器的反应区的操作方式存在液流返混或者说存在循环液；返混流或循环液，指的是流程点K处的中间产物XK或最终产物XK中的至少一部分液相XK-L作为循环液流XK-LR返回物流XK上游反应区，循环液流XK-LR的反应产物流过K点并存在于XK之中。形成返混流的方式可以是任意合适的方式，如反应器设置内置式内环流筒、内置式外环流筒、内置式集液杯+导流管+循环泵、外置式循环管等。本专利技术所述反应器内设置的集液杯或集液器，指的是布置于反应器内的用于收集液体的容器，通常上部或上部侧面开口，底部或下部侧面安装导流管用于输送或排出收集液；膨胀床反应器的顶部集液器，通常安装在气液物料的脱液区，得到含有少量气泡的液体和气液混相物流或得到液体和气体。本专利技术所述热高分器，指的是用于分离加氢反应中间产物或最终产物的气液分离设备。本专利技术所述二段或多段加氢方法，指的是包含二个反应段或多个反应段的加氢方法。本专利技术所述一个加氢反应段，指的是自碳氢原料进入一个加氢反应过程开始到其加氢产物气液分离得到至少一个由至少一部分生成油组成的液相产物为止的流程段，包含该加氢反应段的加氢反应过程和该段的加氢反应产物的气液分离过程。因此，一段加氢方法，通常指的是初始烃原料的加工过程只包含一个加氢反应段和一个加氢产物气液分离过程的流程方式，所述的一个加氢反应段，根据需要可以使用1台或2台或多台串联操作的加氢反应器，因此反应器个数和形式不是决定反应段的依据，一个或一些串联反应器组成的反应步骤与其产物分离器共同组合才能组成一个完整意义上的加氢反应段。本专利技术所述二段加氢方法，指的是初始碳氢原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由二个不同的加氢反应过程和加氢产物气液分离过程”组成的流程方式，其中至少一部分一段加氢生成油组成的物流进入二段加氢反应过程。本专利技术所述三段加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由三个不同的加氢反应过程和加氢产物气液分离过程”组成的流程方式，其中至少一部分一段加氢生成油组成的物流进入二段加氢反应过程，至少一部分二段加氢生成油组成的物流进入三段加氢反应过程。更多段数的加氢方法的流程结构，照上述原则类推。多段加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由三个或更多不同的加氢反应过程和加氢产物气液分离过程”组成的流程方式。三段加氢方法，指的是初始烃原料的加工过程包含液体物料加工流程为串联操作的“由三个不同的加氢反应过程和加氢产物气液分离过程”组成的流程方式，根据该定义，很明显，所述不同段加氢产物的气液分离过程，可以独立进行，也可以部分或全部联合进行。以下描述碳氢料加氢反应过程。本专利技术所述碳氢料加氢反应，指的是在氢气存在和加压条件下，含碳、氢元素的液体和或固体如油和或煤发生的加氢反应，对于烃油加氢过程其原料油发生加氢精制和或加氢热裂化反应生成至少一部分更低分子量的产物，对于煤加氢直接液化反应过程其原料煤发生热溶胀、一次热解、中间产物二次热裂化、自由基加氢稳定、热缩合等反应生成至少一部分常规沸点低于450℃的烃产物。本专利技术所述碳氢料加氢反应过程，典型例子是高温煤焦油悬浮床加氢深度精制反应过程、中低温煤焦油悬浮床加氢热裂化反应过程、煤加氢直接液化反应过程、煤油共炼加氢反应过程、石油基重油悬浮床或沸腾床加氢裂化反应过程。本专利技术所述碳氢料加氢反应，其反应产物BASE-ARP，至少为气液两相物流，多数情况属于气、液、固三相物流。本专利技术所述加氢反应流出物ARP-X用于排出加氢反应产物BASE-ARP，以1路或2路或多路物料的形式出现，为气相或液相或气液混相或气液固三相物流。以下结合中低温煤焦油原料烃AR1F的加氢反应过程、煤制油加氢反应过程进行描述。本专利技术所述碳氢料加氢过程TR，包含浅度加氢过程AR和深度加氢过程BR，本专利技术所述的二段加氢方法，重点涉及碳氢料的深度加氢过程BR，尤其涉及BR过程中高沸点液相烃组分深度加氢方式和或未深度液化的煤组织的深度加氢方式，关键涉及深度加氢反应过程热力学条件的优化，涉及提高氢气分压、提高加氢选择性和提高液相中高沸点烃浓度、提高液相中催化剂浓度、提高活性氢供应速度、提高目标反应速度即缩短热反应时间等，进而涉及整体加氢反应过程操作条件的改变。中低温煤焦油的常规沸点高于350℃或高于450℃或高于530℃的重馏分组成的原料烃AR1F，因包含煤沥青和一定的固体，其适宜的加氢方法是使用上流式膨胀床的加氢反应过程TR；加氢反应过程TR可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法，其特征在于包含以下步骤：在碳氢料加氢反应过程RU，在存在氢气、液相烃同时可能存在固体颗粒的混相物料条件下，至少含有碳元素和氢元素的第一原料RUF1进行加氢反应RUR转化为最终加氢反应产物RUP；回收最终加氢反应产物RUP；最终加氢反应产物RUP，为1路或2路或多路物料；碳氢料加氢反应过程RU，加工包含第一原料RUF1的液料RUF1TL，设置液料RUF1TL串联操作的至少2个反应段，碳氢料加氢反应过程RU的反应介质由气相、液相和可能存在的固相组成，以反应段之间液料流动方向为基准正向，至少存在一路基于下游反应段的含气产物的含气物料，通过上游反应段的反应空间实现气体逆流串联使用，逆流气体可能夹带液料和或固体料一并逆流；所述一个反应段，指的是包含碳氢料加氢反应步骤和该步骤气液产物的气液分离步骤的工艺过程。

【技术特征摘要】
1.反应段间含气产物逆向流动的碳氢料加氢反应方法，其特征在于包含以下步骤：在碳氢料加氢反应过程RU，在存在氢气、液相烃同时可能存在固体颗粒的混相物料条件下，至少含有碳元素和氢元素的第一原料RUF1进行加氢反应RUR转化为最终加氢反应产物RUP；回收最终加氢反应产物RUP；最终加氢反应产物RUP，为1路或2路或多路物料；碳氢料加氢反应过程RU，加工包含第一原料RUF1的液料RUF1TL，设置液料RUF1TL串联操作的至少2个反应段，碳氢料加氢反应过程RU的反应介质由气相、液相和可能存在的固相组成，以反应段之间液料流动方向为基准正向，至少存在一路基于下游反应段的含气产物的含气物料，通过上游反应段的反应空间实现气体逆流串联使用，逆流气体可能夹带液料和或固体料一并逆流；所述一个反应段，指的是包含碳氢料加氢反应步骤和该步骤气液产物的气液分离步骤的工艺过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU，选自下列中的1种或几种：①煤加氢直接液化反应过程，包括使用供氢溶剂油的煤加氢直接液化制油过程、油煤共炼过程、煤临氢热溶液化过程；②重油的加氢热裂化反应过程，使用沸腾床加氢反应器或悬浮床加氢反应器或悬浮床与沸腾床组合式加氢反应器；③有机氧含量高的油品的加氢脱氧过程；④有机硫含量高的重油的加氢脱硫过程；⑤有机氮含量高的重油的加氢脱氮过程；⑥其它产生大量气体和或有害杂质气体的常规液体烃的加氢过程。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：碳氢料加氢反应过程RU，选自下列中的1种或几种：①煤加氢直接液化反应过程生成油或其馏分油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；②中低温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；热加工过程选自焦化过程或催化裂化过程或催化裂解过程或加氢过程；③高温煤焦油或其馏分油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；④页岩油或其馏分油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；⑤乙烯裂解焦油的使用膨胀床的加氢过程；⑥石油基重油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；⑦石油砂基重油或其热加工过程所得含油品物流的使用膨胀床的加氢过程；⑧其它芳烃重量含量高于40％、有机氮重量含量高于0.10％的烃油的使用膨胀床的加氢过程。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；氢气纯度最高的氢气物流进入煤加氢直接液化反应过程RU的下游反应段RUSX，基于反应段RUSX的含气产物的含气物料，逆流通过上游反应段的反应空间串联使用，逆流气体可能夹带液料和或固体料一并逆流。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；煤加氢直接液化反应过程RU的最下游反应段的气相氢气体积浓度平均值，是煤加氢直接液化反应过程RU的最上游反应段的气相氢气体积浓度平均值的110～150％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；煤加氢直接液化反应过程RU的最下游反应段，气相氢气体积浓度平均值为80～95％；煤加氢直接液化反应过程RU的最上游反应段，气相氢气体积浓度平均值为55～80％。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；煤加氢直接液化反应过程RU的最下游反应段的气液体积比平均值，是煤加氢直接液化反应过程RU的最上游反应段的气液体积比平均值的40～80％。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；煤加氢直接液化反应过程RU的最下游反应段，气液体积比平均值为500～800NL/kg；煤加氢直接液化反应过程RU的最上游反应段，气液体积比平均值为700～1200NL/kg。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，至少存在一路基于下游反应段的含气产物的含气物料，通过上游反应段的反应空间实现气体逆流串联使用，气体逆流操作方式选自下列中的1种或几种：①在相邻反应段之间，进行气体逆流；②越过1个或几个反应段，进行气体逆流。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；在反应过程RU中，在最上游的反应产物分离区AD得到液料ADLP和气体ADVP，所得液料ADLP的至少一部分返回反应过程RU的反应区循环加工。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；在反应过程RU中，在最上游的反应产物分离区AD得到液料ADLP和气体ADVP，所得气体ADVP在分离回收系统S100分离为液料和富氢气体RH，至少部富氢气体RH返回反应过程RU循环使用。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；在反应过程RU中，在最下游的反应产物分离区KD到液料KDLP和气体KDVP，所得气体KDVP返回反应过程RU的反应区循环加工。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；在反应过程RU中，在最下游的反应产物分离区KD到液料KDLP和气体KDVP，所得液体KDLP去回收系统。14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；在反应过程RU中，在最上游的反应产物分离区AD得到液料ADLP和气体ADVP，所得气体ADVP在分离回收系统S100分离为液料和富氢气体RH，至少部富氢气体RH返回反应过程RU循环使用；在反应过程RU的下游反应产物分离区，所得气体进入分离回收系统S100进行联合回收。15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程；反应过程RU使用的煤加氢直接液化反应器系统的工作方式和结构形式，选自下列选项中的1种或几种：选项1，液料与气料采用纯逆流工作方式的逆流反应器；选项2，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床反应器；选项3，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的悬浮床反应器；选项4，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床反应器，循环泵输送循环液的同时，向下游输送液料产物；选项5，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的悬浮床反应器，循环泵输送循环液的同时，向下游输送液料产物；选项6，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床反应器，同时收集杯排出的其它收集液经过其它专用送料泵向下游输送液料产物；选项7，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的悬浮床反应器，同时收集杯排出的其它收集液经过其它专用送料泵向下游输送液料产物；选项8，反应器EA，顶部设置集液杯排出液料产物经过专用送料泵向下游输送液料产物，不设置液料产物强制循环的沸腾床反应器系统；选项9，反应器EA，顶部设置集液杯排出液料产物经过专用送料泵向下游输送液料产物，不设置液料产物强制循环的悬浮床反应器系统；选项10，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床与沸腾床的组合式反应器；选项11，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床与沸腾床的组合式反应器，循环泵输送循环液的同时，向下游输送液料产物；选项12，反应器EA，顶部设置集液杯的收集液通过循环泵加压后强制循环返回反应器EA原料进口的沸腾床与沸腾床的组合式反应器，同时收集杯排出的其它收集液经过其它专用送料泵向下游输送液料产物；选项13，设置内部导流筒的中心上流四周下流型的悬浮床反应器系统；选项14，设置内部导流筒的中心下流四周上流型的悬浮床反应器系统；选项15，空筒鼓泡床悬浮床反应器系统；选项16，使用反应器外置循环管，形成反应器上部反应区液相下流返回反应器下部反应区的器外环流。16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，煤粉的液化率大于85％。17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，煤粉的液化率为85～98％。18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，同时掺炼重油FD。19.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，同时掺炼重油FD；重油FD的裂化转化率，大于90％。20.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，操作条件为：反应温度为400～485℃，反应器压力为6～30MPa，气相氢气体积浓度50～95％，气液体积比为300～1500NL/kg，液化催化剂添加量为干煤粉重量的0.1～3质量％，助催化剂添加量为助催化剂中S/催化剂活性金属的摩尔比为1.0～2.0，煤浆固体浓度为40～60质量％，反应停留时间TA为0.5～4小时。21.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，使用的煤加氢直接液化催化剂，是一种复合型加氢催化剂，包含高活性组分与低活性组分；所述高活性组分金属与低活性组分金属的重量比为1∶10至10∶1；所述高活性组分为钼的水溶性盐类化合物或其混合物；所述低活性组分为氧化铁矿石或硫化铁矿石，其中矿石中铁含量不低于40wt％，煤加氢直接液化催化剂水含量低于2wt％；煤加氢直接液化催化剂粒子直径为1～100μm的粉状颗粒。22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，煤加氢直接液化催化剂为纳米超细颗粒水合氧化铁催化剂和或氧化铁和或黄铁矿和或赤铁矿和或氧化钼和或硫化钼和或钼酸铵和或硫化镍。23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，进入煤加氢直接液化反应过程RU的烃油至少一部分为供氢溶剂DS。24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应过程RU为煤加氢直接液化反应过程，进入煤加氢直接液化反应过...

【专利技术属性】
技术研发人员：何巨堂，
申请(专利权)人：何巨堂，
类型：发明
国别省市：河南,41