一种自换热式加氢反应器及其加氢方法

技术领域

本发明涉及反应器设计技术领域，具体涉及一种自换热式加氢反应器及其加氢方法。

背景技术

反应器的创新设计对加氢反应具有重要的实际意义；目前一些具有反应强化功能的新型反应器(如微反应器)已在实验室规模上采用；工业上，加氢反应器多为固定床反应器，其设计以实现低成本、低催化剂填充体积、高转化率、低副产品，以及较高的热量回收为目的；因此，反应热的有效的去除和利用是反应器设计中的关键因素之一；由于催化加氢反应是放热反应，在其制备过程中，需要控制反应物的温度，以满足后续工艺要求；

现有技术中，加氢工艺大多采用原料先预热后与氢气混合再进入反应器进行加氢反应。为防止反应器飞温，常在反应器内设置冷氢设备，即通过注入大量冷氢的方法来达到带走多余反应热以避免局部过热的现象，进而达到控制反应温度的目的；但被注入的大量冷氢仅用来去除加氢反应热，并未参与内部的催化加氢反应，冷氢消耗量较大，利用率较低，增加了整个催化加氢装置的运行成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自换热式加氢反应器及其加氢方法，以缓解现有技术中存在的由于大量注入反应器的氢气并非直接参与反应，利用率较低，冷氢消耗量较大，装置运行成本较高的技术问题。

第一方面，本发明提供的自换热式加氢反应器包括壳体，所述壳体包括进料部、反应部和集料部，所述反应部包括外环床和内核床，所述内核床的内部和所述外环床的内部均填充有催化剂，且所述外环床环绕设置于所述内核床的周侧；

所述集料部包括第一腔室和第二腔室所述第一腔室连通于所述内核床，所述第二腔室连通于所述外环床；

所述第一腔室设有液体循环出口，所述液体循环出口连通于所述外环床；

所述壳体还包括进料部，所述进料部设于所述壳体的上部，且所述进料部和所述集料部之间连通有所述反应部。

优选地，所述外环床设有多个连通管，多个所述连通管缠绕安装于所述内核床的周侧，所述连通管为波纹管。

优选地，所述集料部的底部设有隔板，所述隔板用于将所述集料部分隔成第一腔室和第二腔室。

优选地，所述集料部还包括导流筒和液体循环出口，所述导流筒连通设置于所述内核床和所述集料部之间，所述导流筒朝向集料部的端部沿所述第一腔室延伸；所述液体循环出口设于所述第一腔室的底部。

优选地，所述集料部还包括挡板和产品出口，所述挡板设于所述外环床和所述集料部之间，且所述挡板朝向所述集料部的端部沿所述第二腔室延伸；且所述导流筒朝向所述集料部的端部位于所述隔板和所述挡板之间；所述产品出口设于所述第二腔室的底部。

优选地，所述集料部还包括气相出口，所述气相出口位于所述挡板和所述外环床之间。

优选地，所述进料部包括第一混合器、第二混合器和液体分布器，所述第一混合器和所述第二混合器分别连通于所述液体分布器。

优选地，所述进料部还包括第一氢气入口和原料液入口，所述第一氢气入口和所述原料液入口分别连通于所述第一混合器。

优选地，所述进料部还包括第二氢气入口和液体循环入口，所述第二氢气入口和所述液体循环入口分别连通于所述第二混合器；所述液体循环入口连通于所述液体循环出口。

第二方面，本发明还提供了一种加氢方法，包括上文所述的自换热式加氢反应器，其步骤在于：

S1:将加氢原料液由原料液入口进入第一混合器，将氢气由第一氢气入口进入所述第一混合器，当所述氢气溶解于所述原料液中之后，由液体分布器输送至内核床内，并与所述内核床内的催化剂进行加热反应；

S2：所述原料液加热反应形成循环液后，经导流筒流入第一腔室，并由液体循环入口输送至第二混合器，所述氢气由第二氢气入口进入所述第二混合器，所述氢气与所述循环液二次反应之后，由液体分布器进入外环床；

S3:所述循环液与所述外环床内的催化剂反应后，所述循环液沿挡板进入第二腔室，并沿产品出口输出。

本发明实施例带来了以下有益效果：采用壳体包括反应部和集料部，且反应部包括外环床和内核床的方式，由于内核床的内部和外环床的内部均填充有催化剂，且外环床环绕设置于内核床的周侧，通过集料部包括第一腔室和第二腔室，第一腔室连通于外环床，第二腔室连通于内核床，在使用过程中，原料液首先通过内核床，并与内核床中的催化剂进行一次反应后，通过第一腔室的液体循环出口流入外环床中，并与外环床中的催化剂进行二次反应，在此过程中，可在进料部中控制进料温度、氢气与原料的比例以实现外环床和内核床不同温度的效果，即外环床中的循环液起到冷源的作用，内核床中的原料液可作为热源，依靠对外环床和内核床内部的加氢反应热，即可控制设备整体所需的温度，使注入反应器中的氢气被充分利用，缓解了现有技术中存在的大量注入反应器的氢气并非直接参与反应，而是用来降温，增大了反应氢耗，加大了氢气压缩机的投资的技术问题，降低了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的加氢反应器的内部结构示意图。

附图标记：100-壳体；110-进料部；111-第一混合器；112-第二混合器；113-液体分布器；114-第一氢气入口；115-原料液入口；116-第二氢气入口；117-液体循环入口；120-反应部；121-外环床；122-内核床；130-集料部；131-隔板；132-第一腔室；133-第二腔室；134-挡板；135-液体循环出口；136-导流筒；137-产品出口；138-气相出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的一种自换热式加氢反应器，包括壳体100，壳体100包括进料部110、反应部120和集料部130，反应部120包括外环床121和内核床122，内核床122的内部和外环床121的内部均填充有催化剂，且外环床121环绕设置于内核床122的周侧；集料部130包括第一腔室132和第二腔室133，第一腔室132连通于内核床122，第二腔室133连通于外环床121；第一腔室132设有液体循环出口135，液体循环出口135连通于外环床121；

壳体100还包括进料部110，进料部110设于壳体100的上部，且进料部110和集料部130之间连通有反应部120。

采用壳体100包括反应部120和集料部130，且反应部120包括外环床121和内核床122的方式，由于内核床122的内部和外环床121的内部均填充有催化剂，且外环床121环绕设置于内核床122的周侧，通过集料部130包括第一腔室132和第二腔室133，第一腔室132连通于外环床121，第二腔室133连通于内核床122，在使用过程中，原料液首先通过内核床122，并与内核床122中的催化剂进行一次反应后，通过第一腔室132的液体循环出口135流入外环床121中，并与外环床121中的催化剂进行二次反应，在此过程中，可在进料部110中控制进料温度、氢气与原料的比例以实现外环床121和内核床122不同温度的效果，即外环床121中的循环液起到冷源的作用，内核床122中的原料液可作为热源，依靠对外环床121和内核床122内部的加氢反应热，即可控制设备整体所需的温度，使注入反应器中的氢气被充分利用，缓解了现有技术中存在的大量注入反应器的氢气并非直接参与反应，而是用来降温，增大了反应氢耗，加大了氢气压缩机的投资的技术问题，降低了使用成本。

需要说明的是，本实施例中提供的自换热式加氢反应器适用于烯烃加氢反应，可通过在进料部中控制气体的氢气含量及空速来控制外环床及内核床中的还原温度；进料部110设于壳体100的上部，且进料部110和集料部130之间连通有反应部120，一次反应的原料液和二次反应的循环液均可利用重力可沿反应部120进入集料部130中。

进一步地，所述外环床121与内核床122之间的连通管，可选择翅片管、针形管或波纹管等具有凹凸波形的管具，使连通管的内部液体在流动过程中流速和压力发生周期性的变化，进一步提高连通管的换热系数，提升外环床121与内核床122之间的换热效率。

进一步地，集料部130的底部设有隔板131，隔板131用于将集料部130分隔成第一腔室132和第二腔室133。

隔板131可采用卡接、螺纹连接或焊接等方式固定连接于集料部130中。

进一步地，集料部130还包括导流筒136和产品出口137，导流筒136连通设置于内核床122和集料部130之间，导流筒136朝向集料部130的端部沿第一腔室132延伸，且导流筒136朝向集料部130的端部位于隔板131和挡板134之间；液体循环出口135设于第一腔室132的底部。

集料部130还包括导流筒136和产品出口137，导流筒136连通设置于内核床122和集料部130之间，由于导流筒136朝向集料部130的端部沿第一腔室132延伸，内核床122中的原料液与氢气混合之后，在内核床122与催化剂反应后，可沿导流筒136朝向集料部130的端部沿第一腔室132延伸的方向流入第一腔室132中，同时，液体循环出口135设于第一腔室132的底部，原料液可通过循环泵等动力件从液体循环出口135抽出，进入外环床121。

进一步地，集料部130包括挡板134和产品出口137，挡板134设于外环床121和集料部130之间，且挡板134朝向集料部130的端部沿第二腔室133延伸；产品出口137设于第二腔室133的底部。

集料部130包括挡板134，挡板134设于外环床121和集料部130之间，由于挡板134朝向集料部130的端部沿第二腔室133延伸，由液体循环出口135流向外环床121中的原料液，与催化剂反应后，可沿挡板134朝向集料部130的端部沿第二腔室133的延伸方向流入第二腔室133内；同时，产品出口137设于第二腔室133的底部，进入第二腔室133的原料液沿产品出口137流出，进行后续工艺操作。

进一步地，集料部130还包括气相出口138，气相出口138位于挡板134和外环床121之间。

气相出口138连通于脱气罐，且气相出口138用于将未反应氢气和其余气体输送至脱气罐中，提升氢气的利用率。

进一步地，进料部110包括第一混合器111、第二混合器112和液体分布器113，第一混合器111和第二混合器112分别连通于液体分布器113。

进一步地，进料部110还包括第一氢气入口114和原料液入口115，第一氢气入口114和原料液入口115分别连通于第一混合器111。

进一步地，进料部110还包括第二氢气入口116和液体循环入口117，第二氢气入口116和液体循环入口117分别连通于第二混合器112。

第一混合器111和第二混合器112可强化氢气在原料液中的溶解，液体分布器113可保障溶解氢气的原料物流滴下催化剂床时的有效分布和接触。同时，液体循环入口117连通于液体循环出口135，用于将在内核床122进行一次反应后的原料液导流至外环床121中。

对比例一

本对比例提供一种叠合油加氢处理装置和叠合油加氢处理方法(专利号CN201910368675.4),其方法包括：

(a)界外来的富含烯烃的叠合油原料、来自加氢分离装置的循环叠合油与来自界外的新鲜氢气在加氢反应器中接触，通过加氢反应将不饱和烃加氢饱和并脱除硫氮杂质；其中，来自界外的新鲜氢气可以先与叠合油原料混合再进入加氢反应器，也可以直接进入加氢反应器，以及任选的进入加氢反应器段间入口；

(b)加氢反应器出料进入加氢分离装置；加氢分离装置顶部气体作为加氢尾气采出；加氢分离装置底部出料分为两股，一股经加氢循环泵、加氢循环冷却器返回与富含烯烃的叠合油原料合并后进入加氢反应器，另一股作为叠合油加氢产品采出或进入汽提塔系统进行汽提。

如上，加氢反应器的床层可以为一段或分为多段，例如分为两段或三段，加氢循环冷却器出口可以为一路或分为多路，例如分为两路或三路，新鲜氢气进料管线可以为一路或分为多路，加氢反应器的床层分为多段，加氢循环冷却器出口分为多路，一路与富含烯烃的叠合油进料管线合并，其他路连接加氢反应器段间入口；新鲜氢气进料管线分为多路，一路与富含烯烃的叠合油进料管线合并后连接加氢反应器入口或直接与加氢反应器入口连接，其他路连接加氢反应器段间入口；在该情况下，加氢循环冷却器出料分为多股，一股与富含烯烃的叠合油原料合并，其他股作为循环物料进入加氢反应器段间入口；新鲜氢气分为多股，一股与富含烯烃的叠合油原料合并或直接进入加氢反应器入口，其他股作为急冷氢和/或补充氢进入加氢反应器段间入口。

应用例一

本应用例供了一种加氢方法，包括上文的自换热式加氢反应器，其步骤在于：

S1:将原料液由原料液入口115进入第一混合器111，将氢气由第一氢气入口114进入第一混合器111，当氢气溶解于原料液中之后，由液体分布器113输送至内核床122内，并与内核床122内的催化剂进行加热反应；

S2：原料液加热反应形成循环液后，经导流筒136流入第一腔室132，并由液体循环入口117输送至第二混合器112，氢气由第二氢气入口116进入第二混合器112，氢气与循环液二次反应之后，

由液体分布器113进入外环床121；

S3:循环液与外环床121内的催化剂反应后，循环液沿挡板134进入第二腔室133，并沿产品出口137输出。

通过对比例与应用例的对比可知，对比例中设有加氢循环冷却器，其出料分为多股，其中，多股氢气作为急冷氢和/或补充氢进入加氢反应器段间入口，而应用例中，通过将内核床122和外环床121采取串联的方式耦合成一个，仅靠加氢反应热来维持所需反应温度，减少了冷氢设备，降低了投资成本。

需要说明的是，对比例和应用例中所用物料的性质和工程条件完全相同，要求的产品性质也完全相同，以下从氢气利用率和加氢反应器数量进行对比，参见表1：

表1

从表1中可以看出，与对比例一相比，应用例一由于采用将内核床122和外环床121耦合于一个壳体，相当于对比例一中两个加氢反应器采取串联的方式，减少了反应器的数量；同时，应用例一取消了加氢预热器、加氢后冷器、循环氢压缩机等设备，大大降低了原料预热系统和冷氢循环系统的投资；再次，应用例一的氢气全部用于加氢反应，氢气利用率显著提升；最后，原料无需预热，也无需循环冷氢，仅依靠内核床和外环床物料自身的换热，加氢反应热得到了有效利用，装置蒸汽和循环水消耗量大大降低，装置能耗减少。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。