[0001] 本发明涉及采用加氢技术加工渣油的技术领域。

[0002] 在全社会对可持续发展和绿色环保的呼声日趋强烈的今天，炼油企业面临原油价格持续上涨、原油性质变重变差、轻质油品需求量上升和燃料油及环保标准更加严格的竞争压力也越来越大，原油深度加工和清洁燃料生产技术将进一步的得到快速发展，并仍将是世界炼油技术发展的主要方向。

[0003] 在原油深度加工方面，最大限度地把渣油转化为轻质运输燃料油和化工原料，是炼油企业最主要的目的。渣油深加工就要大力发展加氢型装置，增加轻质油收率，提高原油利用率，降低SOX和碳的排放，这是我国炼油企业向资源节约型、环境友好型的新型工业发展需求，因此经济环保的渣油加氢技术受到企业的广泛关注。

[0004] CN1393515 A公开了一种渣油加氢的处理方法，该方法包括将渣油原料经过加氢保护反应器和加氢处理反应器进行渣油加氢反应，但是该方法并未公开加氢保护反应器的内部布置。

[0005] 进入加氢保护反应器的原料油往往含有较高浓度包括硫、氮等在内的杂质，造成加氢保护催化剂承受更加苛刻的反应条件，从而降低催化剂的寿命，而且原料油在加氢保护反应器中进行反应时，往往放出大量的热，造成反应器内总温升急剧上升，从而降低目标产品的选择性。

[0006] 由于经过加氢保护反应器的加氢保护生成物为气相加氢保护生成物和液相加氢保护生成物的混合物。该混合物的气相加氢保护生成物中，含有大量的H2S、NH3等有害气体杂质。这些有害气体杂质进入加氢处理反应器后，会降低加氢处理反应器中的氢气分压，从而影响加氢处理反应的进行，而且这些有害杂质会损害加氢处理催化剂的性能，降低加氢处理催化剂的寿命。

[0007] 在渣油加氢技术中，固定床工艺是最成熟、可靠和应用最广泛的工艺，在未来10～20年仍将是渣油加氢的主流工艺技术。固定床渣油加氢技术发展趋势一是开发更高性能的催化剂、优化的加工工艺以及低成本的催化剂制备技术，适应原料油的重质化和劣质化，为重油催化裂化装置提供更优质的原料并进一步延长装置运转周期；二是开发装置单系列大型化工程技术，降低能耗、投资和节省占地面积；三是开发渣油加氢和重油催化裂化等组合技术，提高轻油收率，使经济效益最大化。固定床渣油加氢装置单系列大型化无疑会带来节省能耗和降低投资的好处，以某厂200万吨/年渣油加氢装置为例，采用单系列比采用两系列节省投资至少1.5亿元。单系列最大处理能力取决于工艺流程设置、机械设备制造水平和装置能耗指标。其中以下三个因素是大型化开发受限的关键点：

[0008] 因素1：现有反应器制造能力要求最大内径不超过5600mm；

[0009] 因素2：现有单级离心式循环氢压缩机制造能力要求压差不超过4.6MPa；

[0010] 因素3：高压加热炉炉管允许采用的最大规格为Φ219mm。

[0011] 渣油原料由于粘度大，在带来循环氢系统压降高的同时，也不利于换热。为加强换热效果达到减少高压换热器的台位数及换热面积，现有技术通常将补充氢、循环氢先与原料油混合，再参与换热、加热炉加热，即采用炉前混氢两相流换热流程。循环氢的流量一般控制在2～3倍补充氢的流量，加热炉采用2路炉管对称配管方案。采用炉前混氢两相流换热流程使高压换热器内和加热炉炉管内的混相介质达到充分湍流程度，极大提高了传热系数，从而减少了高压换热器的面积及炉管的长度。但该方案的气相体积分率远大于液相体积分率，使混合相的平均流速增幅显著，增加了循环氢系统在换热器、加热炉炉管内的压降，再考虑到循环氢在反应器及其他设备中的压降，循环氢系统的总压差往往成为装置单系列大型化的主要限制因素。同时，由于循环氢的流量大，若系统的压降过高将使装置能耗水平大幅度增加。由于受限于循环氢系统的压降，采用炉前混氢两相流换热流程的装置其单系列最大处理能力为230～240万吨/年。

[0012] 本发明所要解决的技术问题在于克服上述渣油加工中所遇到的难点，提供一种加氢方法，提高渣油加氢装置单系列最大处理能力，或在相同处理能力下降低循环氢系统的压降，也即降低装置的能耗水平。

[0052] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0053] 根据本发明的一个方面，提供一种渣油加氢方法，该方法包括：将原料渣油经升压后，与经升压的氢气(补充氢)混合，得到混氢原料；将所述混氢原料经加热炉加热后，在加氢保护反应器内在加氢保护催化剂的作用下进行加氢保护反应，得到加氢保护生成物；将该加氢保护生成物在加氢处理反应器内在加氢处理催化剂的作用下进行加氢处理反应，得到加氢处理生成物；将该加氢处理生成物在分离单元内进行分离，得到反应产物和循环氢；其中所述混氢原料在与所述加氢处理生成物在第一换热器中换热后再被输送至所述加热炉加热；其特征在于：

[0054] 所述加氢保护反应器为上行式加氢保护反应分离器，该上行式加氢保护反应分离器下部为反应区，上部为分离区，反应区与分离区设置在同一壳体内并且连接贯通，下部的反应区为固定床反应器，上部的分离区用于使经反应区反应后的加氢保护生成物通过气液分离成为加氢保护反应条件下的液相和气相；气相的加氢保护生成物与所述加氢处理生成物混合并经所述第一换热器后进入所述分离单元；液相的加氢保护生成物被分成第一部分和第二部分；将该第一部分的液相加氢保护生成物经循环泵循环回所述上行式加氢保护反应分离器的所述反应区，将该第二部分的液相加氢保护生成物输送至所述加氢处理反应器中进行加氢处理反应。

[0055] 根据本发明的渣油加氢方法，所述的循环油与上行式加氢保护反应分离器流出的液相反应生成油的重量比可以为0.5:1-4:1，优选为1:1-2:1。

[0056] 根据本发明的加氢方法，其中所述分离区只要能够使经所述反应区反应后的加氢保护生成物经气液分离成为加氢保护反应条件下的液相和气相，本发明对其结构和操作条件等并没有特别的限制，例如可以选择重量沉降分离、折板(挡板)分离、旋流分离、填料分离、丝网分离等类型的气液分离器设计，优选采用折板分离或填料分离类型的气液分离器设计，更优选采用折板分离类型的分离器设计。所述的重量沉降分离、折板(挡板)分离、旋流分离、填料分离、丝网分离等类型的气液分离器设计是本领域普通技术人员所熟知的，在此不进行具体描述。根据本发明的一种具体实施方式，所述气液分离的效率可以是50％以上，优选70％以上，更优选90％以上。

[0057] 根据本发明的渣油加氢方法，其中所述的原料渣油可以为常压渣油、减压渣油、减压蜡油、焦化蜡油、脱沥青油等重油原料中的至少一种。本领域技术人员可以理解的是，根据炼油厂的装置设计及原料来源情况，在本发明中上述重油原料既可以单独使用，也可以以任何合适的比例混合使用，以实现炼厂效益最大化为目标。

[0058] 根据本发明的渣油加氢方法，其中所述的补充氢是指为维持本发明的连续渣油加氢工艺，除所述循环氢以外需要另外补充的氢气。该补充氢只要其符合加氢反应所需质量要求，本发明对其来源没有特别的限定，可以来自于炼厂的制氢装置、催化重整装置、乙烯裂解装置、和/或PSA氢气回收装置等。该补充氢的用量根据所述加氢保护反应和所述加氢处理反应的氢/油体积比以及所述循环氢的量来确定，一般来说该补充氢的量折算为氢气/原料油的体积比约为100～300，优选为150～240。

[0059] 根据本发明的渣油加氢方法，其中所述的加氢保护反应是本领域技术人员所熟知的，其主要目的是在加氢保护催化剂的作用下，使混氢原料油在加氢保护反应器内进行加氢反应，以脱出大部分的重金属、钙、钠、铁、固体杂质等，以及完成几乎全部的烯烃饱和反应。在本发明中，所述加氢保护反应的反应器设计和设置、所使用的催化剂、以及反应的操作条件等，可以根据常规的现有技术进行确定，本发明对其没有特别的限定。

[0060] 同样地，根据本发明的渣油加氢方法，其中所述的加氢处理反应是本领域技术人员所熟知的，其主要目的是在加氢处理催化剂的作用下，使经所述加氢保护反应后的原料渣油再脱出其中的硫、氮、残炭等并发生少量的裂化反应，使原料渣油改性成尤其是适合进行后续的催化裂化加工工艺。在本发明中，所述加氢处理反应的反应器设计和设置、所使用的催化剂、以及反应的操作条件等，可以根据常规的现有技术进行确定，本发明对其没有特别的限定。

[0061] 根据本发明所述的渣油加氢方法，所述上行式加氢保护反应分离器下部为反应区，上部为分离区，反应区与分离区设置在同一壳体内，由圆筒型通道将两区连接贯通，下部的反应区为固定床反应器。所述上行式加氢保护反应分离器底部设置有进料入口，顶部设置有气相反应生成物出口，分离区底部侧面设置有液相反应生成物出口。

[0062] 虽然本发明对所述加氢处理反应器没有特别的限定，例如可以分别为上行式固定床反应器或下行式固定床反应器，但是本发明中所述加氢处理反应器优选为下行式固定床反应器。上行式固定床反应器作为本发明优选的加氢保护反应器，与下行式固定床反应器相比，上行式反应器内介质流动方向与气体扩散方向相同，有利于将少量的补充氢气体在反应器催化剂横截面上分配均匀，提高催化剂的利用效率。若采用下行式加氢保护反应器，则较少的补充氢将在反应器局部部位累积，影响原料油在催化剂上的分配效果；同时，上行式反应器内介质流动方向与重力方向相反，催化剂床层微微向上膨胀，具有更低的压降和更大的抗压降增加能力，并具有降低投资及容易控制、操作的特点，更有利于发挥前置并保护下游加氢处理催化剂的作用。由于下行式固定床反应器适合于有大量气体的环境，液体原料油靠大量的气体携带穿过催化剂床层从而消除气、液两相物料分配不均，因此大量的循环氢经换热并与上行式加氢保护反应器流出的加氢保护生成物混合后，后续的加氢处理反应器优选采用下行式。

[0063] 根据本发明的渣油加氢方法，其中所述上行式加氢保护反应器底部设置有进料入口，顶部设置有加氢保护生成物气相出口，分离区侧面设有加氢保护生成物液相出口，该出口与下行式加氢处理反应器入口相连接；下行式加氢处理反应器的顶部设置有进料入口，底部设有加氢处理生成物出口。

[0064] 根据本发明的渣油加氢方法的一种具体实施方式，其中所述上行式加氢保护反应器中，催化剂可以按1～4床层分段装填，优选3段装填；可以设置1台上行式加氢保护反应器，当原料油液时空速较低时也可以将2台上行式加氢保护反应器串联设置，优选设置1台；当2台上行式加氢保护反应器串联设置时，第一台上行式加氢保护反应器的所述第二部分的液相加氢保护生成物作为第二台加氢保护反应器的反应区的原料，而每台上行式加氢保护反应器的所述第一部分的液相加氢保护生成物循环回各自的反应区。通过采用上流式反应器，有利于将少量的补充氢气体在反应器催化剂横截面上分配均匀，提高催化剂的利用效率；同时降低了反应器的压降，能够适应条件更恶劣的原料油。同样更优选的是，其中所述下行式加氢处理反应器中，催化剂可以按1～4床层分段装填，优选1段装填；可以设置1台下行式加氢处理反应器，但由于加氢处理反应的原料油液时空速较低，在处理量较大时所需的反应器总容积较大，因此优选的是可以将2～5台下行式加氢处理反应器串联设置，更优选设置2～4台串联。

[0065] 根据本发明的渣油加氢方法，所述的加氢保护反应器的操作条件可以为压力-112.0～20MPa，温度340～430℃，原料油液时体积空速0.2～2.0hr ；优选为压力17.0～-1
19.5MPa，温度360～410℃，原料油液时体积空速0.4～1.0hr 。

[0066] 根据本发明的渣油加氢方法，所述的加氢处理反应器的操作条件可以为压力-112.0～20MPa，温度340～430℃，原料油液时体积空速0.1～1.0hr ；优选为压力17.0～-1
19.5MPa，温度360～410℃，原料油液时体积空速0.25～0.4hr 。

[0067] 根据本发明的渣油加氢方法，所述的加氢保护反应器在反应过程中所需的氢/油体积比可以为100:1～300:1，优选为150:1～240:1。

[0068] 根据本发明的渣油加氢方法，所述的加氢处理反应器在反应过程中所需的氢/油体积比可以为500:1～1000:1，优选为600:1～800:1。

[0069] 根据本发明的渣油加氢方法的一种具体实施方式，从加氢处理反应器流出的加氢处理生成物优选的是先与循环氢进行换热然后再与混氢原料油进行换热，但是本领域技术人员可以理解的是，所述加氢处理生成物先与混氢原料油进行换热然后再与循环氢进行换热也是一种根据本发明的可实施的实施方式。

[0070] 本发明中所述的将加氢处理生成物在分离单元内进行分离的工艺和操作条件是本领域技术人员所熟知的，本发明对其没有特别的限制。例如，在分离单元内，加氢处理生成物可以依次经过热高压分离器、空冷器及冷高压分离器，分出热高分油、冷高分油和循环氢，其中热高分油和冷高分油送至后续分馏单元处理，循环氢送至循环氢压缩机入口。

[0071] 根据本发明的渣油加氢方法的一种具体实施方式，所述的混氢原料油在加热炉内加热至反应所需的温度后，从底部进入上行式加氢保护反应器；在催化剂作用下，混氢原料油在上行式加氢保护反应器内进行加氢反应，脱出大部分的重金属、钙、钠、铁、固体杂质，以及完成全部的烯烃饱和反应，得到加氢保护生成物。加氢保护生成物在加氢保护分离器分离区内分成气相反应生成物和液相反应生成物：从上行式加氢保护反应分离器分离区顶部流出的气相反应生成物直接送至下行式加氢处理反应器出口；从上行式加氢保护反应分离器分离区底部侧面流出的液相反应生成物分成两路，第一路送至循环泵，经循环泵升压后，与混氢原料混合后进入上行式加氢保护反应分离器；第二路先与预热后的循环氢混合，再从顶部进入下行式加氢处理反应器。所述第二路加氢保护生成物与预热后的循环氢混合后，从顶部进入下行式加氢处理反应器；在催化剂作用下，脱出原料渣油中的硫、氮、残炭及发生少量的裂化反应，加氢处理生成物从底部出口排出。从下行式加氢处理反应器流出的加氢处理生成物和从上行式加氢保护反应分离器分离区顶部流出的气相反应生成物混合后，先与循环氢再与混氢原料油换热后，进入后续分离单元；在分离单元内，加氢处理生成物依次经过热高压分离器、空冷器及冷高压分离器，分出热高分油、冷高分油和循环氢，其中热高分油和冷高分油送至后续分馏单元处理，循环氢送至循环氢压缩机入口；循环氢经过循环氢压缩机升压后，先与加氢处理生成物换热，之后跨过第一换热器、加热炉和上行式加氢保护反应器，直接与上行式加氢保护反应器流出的第二路加氢保护生成物混合，然后送至下行式加氢处理反应器入口。由于上行式加氢保护反应分离器顶部流出的气相反应生成物含有大量的H2S、NH3等有害杂质，将气相反应生成物直接送至下行式加氢处理反应器出口，不通过下行式加氢处理反应器的催化剂床层，有利于提高加氢处理反应器的氢分压从而促进加氢反应，并且能够延长加氢处理催化剂的寿命。循环油是经过加氢反应后的平衡物料，不再参与加氢反应，重新返回上行式加氢保护反应分离器内，不仅可以增加反应器内物料热容量，在新鲜原料油总反应放热量不变的前提下减小反应器总温升，有利于提高目标产品的选择性，而且可以稀释原料油中的杂质浓度，缓和催化剂反应条件，延长催化剂的寿命。

[0072] 实施例

[0073] 本实施例将结合附图，对本发明的一种具体实施方式进行进一步说明。

[0074] 参看图1，原料渣油1经进料泵2升压后，先与经补充氢压缩机5升压的补充氢6混合，混合物为气、液两相的混氢原料7，然后在第一换热器8中换热，之后送至加热炉10入口。混氢原料油在加热炉内加热至反应要求的温度后与升压循环油18混合，然后由底部进入上行式加氢保护反应分离器13内。在催化剂作用下，混氢原料在上行式加氢保护反应分离器反应区中进行加氢反应，脱出大部分的重金属、钙、钠、铁、固体杂质，以及完成全部的烯烃饱和反应，之后在上行式加氢保护反应分离器的分离区中进行气液分离。从上行式加氢保护反应分离器分离区顶部流出的气相反应生成物14直接送至下行式加氢处理反应器出口；从上行式加氢保护反应分离器分离区底部侧面流出的液相反应生成物15分成两路，第一路16送至循环泵17，经循环泵升压后18，与混氢原料混合后进入上行式加氢保护反应分离器；第二路19先与预热后的循环氢32混合为下行式加氢处理反应器进料20，再从顶部进入三台串联的下行式加氢处理反应器21，在催化剂作用下，脱出原料渣油中的硫、氮、残炭及发生少量的裂化反应，反应产物22从底部出口排出。从下行式加氢处理反应器21流出的反应产物22和从上行式加氢保护反应分离器分离区顶部流出的气相反应生成物
14混合后，先与升压循环氢31在第二换热器23中换热后，再与混氢原料油7换热，然后进入热高压分离器24。热高压分离器底部分离出的热高分油25送至后续的分馏单元处理，顶部分离出的气体先在反应产物空冷器26中冷却后进入冷高压分离器27中，继续进行气、液闪蒸分离，其底部分离出的液体为冷高分油28送至后续分离单元，顶部的气体为循环氢
29。循环氢29送至循环氢压缩机30入口，经过循环氢压缩机30升压后，先与反应产物22在第二换热器23中换热后，之后跨过第一换热器8、加热炉10和上行式加氢保护反应分离器13，直接与上行式加氢保护反应器流出的液相反应生成物19混合，然后从顶部送至下行式加氢处理反应器21入口。

[0075] 实施例具体条件如下：

[0076] a)采用的原料油为常压渣油与减压渣油的混合油，以重量百分含量计，总硫含量为3.91％，总氮含量为0.37％，残炭含量为13.4％，重金属含量为0.011％，其中常压渣油-3 2占52％，减压渣油占48％；混合油20℃下的密度为0.992g.cm ，100℃下的粘度为154mm.-1
s 。

[0077] b)氢气采用PSA氢气回收装置，体积组成为，V％：H299.9/C10.1；其中，C1指甲烷；

[0078] c)装置按单系列考虑，年操作时间按8000小时计；

[0079] d)上行式加氢保护反应分离器设置1台，催化剂按三个床层分段装填；

[0080] e)上行式加氢保护反应分离器入口操作条件为：压力19.3MPa，温度370℃，原料-1液时空速0.6hr ；

[0081] f)上行式加氢保护反应分离器入口的氢气/原料油的体积比为180:1；

[0082] g)循环油与上行式加氢保护反应分离器流出的液相反应生成油的重量比为1.5:1；

[0083] h)下行式加氢处理反应器设置3台，串联安装，催化剂按单床层装填；

[0084] i)下行式加氢处理反应器入口操作条件为：压力19.0MPa，温度370℃，原料液时-1空速0.3hr ；

[0085] j)下行式加氢处理反应器入口的氢气/原料油的体积比为650:1；

[0086] k)循环氢压缩机入口压力设定为16.0MPa；

[0087] l)上行式加氢保护反应分离器及3台下行式加氢处理反应器的内径均为5600mm；加热炉采用2路炉管对称配管方案，炉管规格为Φ219mm；

[0088] m)催化剂条件为：采用中国石化石油化工科学研究院开发的RHT系列渣油加氢催化剂，由中国石化催化剂长岭分公司生产，活性组分为Ni/Mo/Co，外形为蝶形，装填方式为布袋装填。

[0089] 本实施例中，装置单系列处理能力达到320万吨/年，循环氢系统的压差只有3.6MPa。

[0090] 采用常规技术的条件下，即加氢保护反应器中流出的加氢保护生成物并未分离成气相和液相生成物，而是全部进入加氢处理装置中进行加氢处理反应，而且产生全部的循环氢与原料渣油及补充氢一起混合并经过加氢处理生成物-混氢原料换热器、加热炉以及加氢保护反应器，在原料总液时空速、反应器内径、加热炉炉管配管方式及规格等条件相同的前提下，该装置单系列最大处理能力只能达到240万吨/年，且循环氢系统的压差已达4.6MPa的机械制造的极限。