用于油品液相加氢的气液混合器研究进展

2022-09-11

前言

清洁油品生产的主体技术是加氢, 常规加氢技术通常采用滴流床加氢工艺, 为了带走大量的反应热、抑制催化剂积炭生焦, 需要大量的循环氢及其相应的循环系统, 一方面使得加氢反应装置的体积较为庞大, 另一方面也提高了加氢反应装置的投资成本及操作能耗。并且, 在滴流床反应器中进行加氢处理时, 氢气需要从气相进入液相, 然后与反应物共同吸附在催化剂的表面, 从而在催化剂活性中心的作用下进行反应。氢气的这一传质过程无疑会对加氢处理工艺的反应速率产生不利影响。针对传统的滴流床加氢处理工艺的不足, 研究人员开发了液相加氢工艺。

所谓液相加氢工艺, 是将氢气溶解于原料油中来满足加氢反应所需氢气, 取消传统的氢气循环系统, 在反应器中为纯液相反应, 没有氢气的传质, 以满足加氢反应的需要[1,2]。

1. 液相加氢的专利分析

两相加氢技术的关键在于油中氢气的溶解量, 氢气的溶解量越多, 加氢效果越好, 如果溶解的氢气量不足, 在反应器的后半部分会因为没有氢气而发生热聚反应, 催化剂上大量积炭, 甚至导致反应器床层压阵升高。因此, 如何提高油品中氢气的溶解量是目前研究人员的一个主要研究方向。针对油品液相加氢工艺中的气液混合器, 国内外的石化企业和研究院都提出了很多设计方案, 本文从专利申请角度简要概括了油品液相加氢工艺中的气液混合器的发展概况。

传统的气液混合需要液体循环和稀释剂:如CN101194001A[3]、CN101280217A[4]、CN101280219A[5]等发明专利中是将新鲜原料油与稀释剂或部分循环油与大量氢气混合, 得到的混合物经气液分离装置分离出多余气体之后进入反应器中与催化剂接触并进行加氢反应。

然而, 使用稀释剂或循环油来提高氢气在原料油中的携带量, 一定程度上降低了加氢处理装置的新鲜原料油处理量, 对生产效率会产生不利影响, 因此, 研究人员还开发了许多新型气液混合方法:如CN103666545A[6]提供了一种柴油加氢精制方法, 该方法通过孔径为纳米尺寸的通孔将氢气一次或分次注入所述柴油中, 即使不借助于稀释剂或循环油, 也能够将氢气高度分散并快速溶解在柴油中。又如CN102311790A[7]、CN102311791A[8]、CN102026716A[9]、CN102292418A[10]等是通过将液相物料与氢气一起通过气液混合叶轮的高速旋转, 在超重力或剪切作用下将氢气撕扯分割成大量微气泡, 强化了气液传质效率, 使氢气以过饱和的状态溶于液相物料中, 并且大量的微气泡以乳化状态分散于液相物料中, 被带入反应器进行加氢反应。还有如CN103789005A[11]中, 将液相物料均匀分布到各文丘里型喷嘴中, 喷射出高速液流, 高速液流流出扩大段时产生负压, 将气相室中气相吸入, 在液流所形成的强烈的湍流场中, 气相被分割成大量而稳定的微气泡, 从而实现气液传质, 氢气溶解在油中。

从上述具有代表性的专利技术来看, 液相加氢技术的溶氢问题基本上得到了解决, 为液相加氢反应器的大型化提供了技术支持。