一种浆态床反应器控温方法及其设计方法和用途.pdf

本发明的一种浆态床反应器控温方法及其设计方法和用途，所述方法包括以下步骤：向位于各级反应器入口前的管道中注入冷却剂，所述管道中连接至少一根冷却剂管路实现控温，所述冷却剂为冷氢和冷油。本方法用于重油加氢工艺、煤直接液化工艺和油煤混炼工艺中的反应器，通过调节冷却管路根数和冷却剂的流量来控制反应器的反应温度，工程实施上容易实现，且便于自动化控制，提高了反应器的运行稳定性。冷氢和冷油均为反应所需要的原料，充分地利用了上一级反应器的反应热，实现热量的高效利用。尤其适用于二级、三级反应器，对于一级反应器，也可通过设置两路氢气分别加热再混合的加热方式来实现温控。

权利要求书
1.  一种浆态床反应器控温方法，其特征在于向位于某级或多级的反应器入口前的管道中注入冷却剂，所述管道中连接至少一根冷却管路，所述冷却剂的流量的可控。

2.  根据权利要求1所述方法，其特征在于所述冷却剂包括冷氢和冷油中的一种或其混合物，所述冷氢的温度为30-150℃，所述冷油的温度为50-280℃。

3.  根据权利要求2所述方法，其特征在于所述冷氢的纯度为90vol％以上，所述冷油为所述浆态床反应器中产生的循环重油。

4.  根据权利要求1所述方法，其特征在于所述冷却管路为1～8根，每根管路上设置有温度自控阀和/或手阀。

5.  根据权利要求1或2所述方法，其特征在于所述反应器级数为2-3级。

6.  根据权利要求5所述方法，其特征在于所述反应器级数为三级，一级反应器入口前的温度控制在350-465℃，一、二级反应器间温度控制在380-480℃，二、三级反应器间温度控制在360-480℃。

7.  根据权利要求6所述方法，其特征在于反应氢气分为两路加热，一路在氢气加热炉中加热，一路与原料混合后在原料加热炉中加热；然后所述氢气加热炉出口的氢气一路与所述反应氢气与原料的混合物料混合后进入所述一级反应器，一路与所述一级反应器出口的物流混合后进入所述二级反应器，一路与所述二级反应器出口的物流混合后进入所述三级反应器，一路进入所述高温高压分离器。

8.  一种优化控温的浆态床反应器，其特征在于在某级或多级的反应器入口前的管道连通至少一根冷却管路，所述冷却管路中的冷却剂为冷氢或冷油，所述冷却剂的量可控。

9.  权利要求1-7所述一种浆态床反应器控温方法的用途，其特征在于用于重油加氢工艺、煤直接液化工艺和油煤混炼工艺中的反应器，所述重油包括重质原油、渣油、催化油浆、脱油沥青、煤焦油的一种或者多种组合，所述煤包括褐煤、烟煤、不粘煤中的一种或者多种组合，所述油煤混炼工艺中油与煤的比例范围为97:3-40:60。

10.  一种浆态床反应器控温方法的设计方法，其特征在于在反应器中设计向位于某级或多级的反应器入口前的管道中注入冷却剂，所述管道中连接至少一根冷却管路，所述冷却剂的流量的可控。

说明书一种浆态床反应器控温方法及其设计方法和用途
技术领域
本发明涉及一种浆态床反应器控温方法及用途，属于石油化工和煤化工领域。
背景技术
近年来，世界石油资源日益短缺，而且石油资源的重质化和劣质化问题越来越明显，但是随着经济的快速增长，社会对石油产品的需求与日俱增。在此现实环境下，重油加氢技术、煤直接液化技术和煤混炼技术越来越受到重视。重油加氢技术不但可以有效利用石油资源，而且能够提高石油加工企业的经济效益。目前重油加工主要有延迟焦化、重油催化裂化和渣油加氢等工艺。延迟焦化装置的液体产物的质量差、焦炭产率高。重油催化裂化对原料的要求较高，无法处理劣质的渣油。渣油加氢可以处理高硫、高残炭、高金属的劣质渣油，同时提高液收率和液体产物的质量。渣油固定床加氢对渣油中的重金属含量要求较高，渣油浆态床加氢可以有效的脱除渣油中的硫、氮和重金属。
同时，我国是一个富煤贫油的国家，在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，充分和清洁利用煤炭资源是保障能源安全的重要选择。采用煤液化技术和油煤混炼技术，炼制煤和劣质渣油是解决我国能源困境的重要方法。这些工艺技术都需要采用浆态床反应器，如何控制反应器的反应条件尤其是反应温度是工程设计和操作的重要任务，这不仅关系到反应器的稳定运行，更关系到整个装置乃至全厂的稳定运行。
目前有些文献和专利提到将冷却剂全部直接加到反应器中以降低反应器温度。此方法减少了管道上的开口，降低了泄露的可能性，但是直接向反应器中添加冷却剂会破坏反应平衡，造成反应器中不同部位的反应进度、密度不一，进而形成漩涡流，不利于反应的进行，且如果冷却剂选用不当会产生大量的副产物，可能会腐蚀整个系统。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种浆态床反应器控温方法，通过向各级反应器入口前的管道上打入冷却介质来降低进入下一级反应器的物料温度，从而控制反应器内的温度，提高操作稳定性。本发明还提供了一种浆态床反应器控温方法的用途。
本发明的技术方案：
一种浆态床反应器控温方法，其特征在于向位于某级或多级的反应器入口前的管道中注入冷却剂，所述管道中连接至少一根冷却管路，所述冷却剂的流量的可控。
所述冷却剂优选的包括冷氢和冷油中的一种或其混合物，所述冷氢的温度为30-150℃，所述冷油的温度为50-280℃。
所述冷氢的纯度为90vol％以上，所述冷油为所述浆态床反应器中产生的循环重油。
所述冷却管路优选为1～8根，每根管路上设置有温度自控阀和/或手阀，所述冷却剂的流量根据前方入口通入的反应器需求的温度控制。
所述反应器级数优选为2-3级，一级反应器前的温度控制在350-465℃，一、二级反应器间温度控制在380-480℃；当为三级时二、三级反应器间温度控制在360-480℃。也可以根据需要在各级反应器中选择采用本发明方法控制的反应器。
还可以包括以下结构：反应氢气换热后分为两路加热，一路在氢气加热炉中加热，一路与原料混合后在原料加热炉中加热；然后所述氢气加热炉出口的氢气至少包括一路与所述反应氢气与原料的混合物料混合后进入所述一级反应器。此外如果是二级还可以再包括一路与所述一级反应器出口的物流混合后进入所述二级反应器，如果是三级再包括一路与所述二级反应器出口的物流混合后进入所述三级反应器，以此类推。还可以包括一路进入所述高温高压分离器。
氢气(包括循环氢与补充氢)可在换热器中与热高分气体换热后再分为两路，其中热高分气体换热后进行精制即为循环氢。
一种优化控温的浆态床反应器，其特征在于在某级或多级的反应器入口前的管道连通至少一根冷却管路，所述冷却管路中的冷却剂为冷氢或冷油，所述冷却剂的量可控。
上述一种浆态床反应器控温方法及相应反应器的用途，其特征在于用于重油加氢工艺、煤直接液化工艺和油煤混炼工艺中的反应器，所述重油包括重质原油、渣油、催化油浆、脱油沥青、煤焦油的一种或者多种组合，所述煤包括褐煤、烟煤、不粘煤中的一种或者多种组合，所述油煤混炼工艺中油与煤的比例范围为97:3-40:60。
还包括上述一种浆态床反应器控温方法及相应反应器的设计方法。
本发明的技术效果：
本发明的一种浆态床反应器控温方法，通过在原料或上一级的出口物流进入反应器之前混入适量的冷却剂，使进入下一级反应器入口的物料的温度降低，从而控制反应器内的温度稳定，此种控温方法不会出现现有技术中的直接向反应器中加入冷却剂造成的反应体系和密度不一、形成漩涡流的现象，保证反应器内反应物和温度的均匀。可根据实际需要设计多根冷却管路分别注入冷却剂以增加冷却效果，通过调节流量来控制反应器入口温度达到所需温度范围。工程实施上容易实现，且便于自动化控制，提高了反应器的运行稳定性。
冷氢或冷油为重油加氢的反应物，易于得到且不会在反应器中生成副产物。
每根冷却管路上设置温度控制阀或手阀，提高温控的可操作性安全性。
本方法特别适用于反应器级间，可充分合理地利用了上一级反应物的反应热，实现热量的高效利用。当然，也可用于一级反应器。
对于一级反应器的温度控制，通过设置两路氢气分别加热再混合的加热方式是优选的控温方式。一方面，一路氢气单独加热至较高温度后与原料加热炉出口的较低温度的混合物料混合，通过控制混合比例从而调节一级反应器入口的温度；另一方面，较高温度的氢气分别向二级或三级反应器入口、高温高压分离器入口通入，以增加二级或三级反应器、分离器内的氢分压，从而解决了多级反应器因氢分压不够而反应不充分的问题以及分离器因温度高、氢分压低而导致沥青烯发生缩聚反应的问题。
本方法特别适用于固体含量较多、采用现有方法温度不容易均匀的重油加氢工艺、煤直接液化工艺和油煤混炼工艺中的浆态床反应器。由于浆态床反应器内加氢裂化反应为强放热反应，且对反应温度有严格的要求，因此在设计反应器时需要对不同工况下的反应进度、放热量和温升做出准确计算，通过控制反应器的入口温度来稳定反应器的操作温度。而本方法适用于二级或三级反应器，可对一级反应器以及二、三级反应器采用在反应器入口前通入冷却剂的方法控制反应器温度，而对一级反应器采用单独的控制通入的氢气的加热方式的控温方式。本方法充分考虑了反应器的反应特点，可对浆态床的反应温度进行高效地控制，保证反应器稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例的加氢流程示意图；
图2为本发明实施例的反应器的控温方法示意图。
附图标号：
1-氢气高分气换热器；2-氢气加热炉；3-原料加热炉；4-一级反应器；5-二级反应器；6-高温高压分离器；7-补充氢气；8-循环氢气；9-原料；10-热高分气体；11-冷油；12-冷氢。
具体实施方式
为进一步阐述本发明的内容，将结合附图和具体实施例加以说明。
本实施例为油煤混炼工艺中涉及的加氢方法和控温方法，加氢反应器为二级，具体过程如下：
如图1所示，补充氢气7与循环氢气8混合后与高温高压分离器6出口气体即热高分气 体10在氢气高分气换热器1处换热升温至425℃氢气。然后20％的氢气与油煤浆进料9混合后进入原料加热炉3升温至365℃的混合物流，80％的氢气进入氢气加热炉2升温至535℃的高温氢气。然后一部分高温氢气在混入自所述原料加热炉3出口的混合物流中进入一级反应器4入口，进料温度为385℃；一部分高温氢气在二级反应器5入口混入一级反应器出口物流，氢气进料为一级反应器氢气进料的1/15；一部分高温氢气从底部进入高温高压分离器6，氢分压为12.0MPa。
为稳定二级反应器5的反应温度，使用冷却剂控制一、二级反应器间的温度，所使用的冷却介质为冷氢12和冷油11。冷氢为循环氢气，纯度为95.5vol％，温度为55℃；冷油为油煤混炼工艺中自产的循环重油，温度为225℃。如图2所示，在二级反应器前的管道上打入的冷氢12为四股，冷油11为两股，冷氢和冷油的流量根据目标温度由冷氢和冷油管路上的温度自动控制阀调节，提高温控的安全性，以将二级反应器5入口温度控制在410-420℃间。
本实施例在实际运行中，保证了一级反应器4内温度的稳定和反应物的均匀，同时二级反应器5内的温度、反应物和氢分压以及高温高压分离器6内氢分压也保持稳定，且未发生结焦现象。
当然，也可采用在一级反应器4入口前的管道通入冷氢12或冷油11以控制一级反应器4温度。但采用本实施例的控制氢气加热方式以控制一级反应器入口温度的方法为更优选的方式。若反应器级数为三级，则三级反应器控温方法同上述二级反应器的控温方法。
结论：
从上述实施例可以看出，使用本发明的一种浆态床反应器控温方法，通过调节冷却剂的流量来控制反应器的反应温度，工程实施上容易实现，且便于自动化控制，操作简便，更重要的是提高了反应器的运行稳定性。所使用的冷却剂为冷氢和冷油均为反应所需要的原料，这样做的好处是：(1)冷氢和冷油容易获得；(2)不会产生副产物；(3)使用两种来源的介质对温度的控制更加有保障；(4)充分地利用了上一级反应器的反应热，实现热量的高效利用。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。