CN1990834B - 一种渣油的加氢处理方法 - Google Patents

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一种渣油的加氢处理方法，原料油和氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上通过催化剂床层进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流不经分离直接进入固定床精制反应器，进行加氢精制反应。加氢保护反应器中分段装填有两种或两种以上催化剂，催化剂具有相同的载体，下部装填的催化剂的活性金属负载量比相邻上部的催化剂的活性金属负载量低。本发明提供的方法能加工高金属含量的渣油，通过在加氢保护反应器内应用优选的催化剂级配方法，不但脱金属率高、温升适当、易控制而且操作周期长，可实现对固定床高活性加氢精制催化剂更好的保护的要求。

Description

一种渣油的加氢处理方法
技术领域
本发明属于一种在存在氢的情况下精制烃油的方法，更具体地说，是一种渣油的加氢处理方法。
背景技术
世界原油正逐渐变重、变劣，但重质燃料油的需求逐步降低，而轻质油需求越来越大，因此将渣油轻质化显得越来越重要。另外随着环保法规的日益严格，对炼油企业生产清洁油品并做到清洁生产的要求越来越高，也越来越严格。渣油加氢装置因为具有液体产品收率高、环境友好等诸多优点，使其成为炼厂清洁加工高硫、高金属渣油的重要技术。经过渣油加氢处理后脱除硫、金属、氮等杂质的加氢渣油可作为催化裂化装置原料，不但可以生产出低硫、低氮高质量的轻质油品，而且大大降低生产过程对环境的污染。
目前世界上渣油加氢工艺主要有四种类型，即固定床、沸腾床、移动床和悬浮床。其中固定床工艺因脱硫效率高，操作安全性较其它加氢工艺好，技术成熟，因而是渣油加氢中应用最广的一种工艺。但对于固定床渣油加氢工艺，因渣油原料中的金属杂质(如钒，镍，钙，铁等)、不饱和组分以及垢物很容易沉积在催化剂的表面以及催化剂颗粒之间的空隙中，堵塞催化剂孔口，导致催化剂失活，并且造成床层压力降快速升高，使装置频繁停工和更换催化剂。因此需要有效地解决此类问题。
WO0061706公开了一种加氢处理重质原料的上流式反应***。原料油和氢气从底部进入反应器，由下向上流动顺序通过反应器中的催化剂床层，得到金属、硫及残炭降低了的生成油。此上流式反应器包含至少两个以上的催化剂床层，床层为垂直方式。反应器底部及床层底部有分布盘，床层之间打急冷油。在上流式反应器中至少包含两种催化剂，其中下部床层的催化剂的加氢活性比上部的低。该专利中所采用的催化剂要求尺寸为窄分布的球形催化剂，其中下部催化剂至少20％的孔其直径为约130～170埃，上部催化剂至少30％的孔其直径为约95～135埃。关于催化剂的详细描述见US5,071,805、US5,215,955以及US5,472,928。但是这些催化剂主要是适应于催化剂在线置换的移动床***的催化剂，因此这些催化剂虽然强度高，但催化剂寿命低、抗结焦性能差。
发明内容
本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种渣油的加氢处理方法。
本发明提供的方法为：原料油和氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上通过催化剂床层进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流不经分离直接进入固定床精制反应器，进行加氢精制反应。加氢保护反应器中分段装填有两种或两种以上催化剂，催化剂具有相同的载体，下部装填的催化剂的活性金属负载量比相邻上部的催化剂的活性金属负载量低。
本发明提供的方法能加工高金属含量的渣油，通过在加氢保护反应器内应用优选的催化剂级配方法，不但脱金属率高、温升适当、易控制而且操作周期长，可实现对固定床高活性加氢精制催化剂更好的保护的要求。
具体实施方式
本发明的原料油是常压渣油、减压渣油、拔头原油中的一种或一种以上混合油和任意的重馏分油所形成的混合物，其混合物的粘度(100℃)不大于400平方毫米/秒。本发明可加工金属含量高的重油，例如金属镍和钒大于100ppm的重油原料。
本发明提供的方法包括：
原料油和氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上通过催化剂床层，在氢分压10.0～20.0Mpa，优选11.0～16.0Mpa，平均反应温度340～440℃，优选360～420℃，氢油体积比200～1200Nm3/m3，优选200～600Nm3/m3，液时体积空速为0.1～3.0h-1，优选0.25～0.8h-1的反应条件下，进行加氢脱金属、加氢脱硫反应，加氢保护反应器出口物流不经分离直接进入固定床加氢精制反应器，进行加氢精制反应。加氢保护反应器的主要功能是脱除原料油中的一部分金属和易结焦物质，降低下游固定床反应器进料中的杂质含量。一方面能保护高活性的加氢精制催化剂，另一方面可满足原料油脱金属、脱硫的整体需要。在加氢保护反应器中，由于进料物流是由下向上流动，因此床层中催化剂可略微膨胀，可避免因结焦和金属特别是铁、钙等金属的沉积造成的床层堵塞，减小床层压力降，有利于延长运转周期。根据所用原料的种类、性质不同，以及目的产物的性质要求不同，可对加氢保护反应器的反应条件进行灵活调整，以满足固定床精制反应器进料的要求。
本发明的加氢保护反应器中分段装填有两种或两种以上催化剂，不同种类的催化剂为同一载体上负载不同含量的活性金属组分所得到的不同加氢活性的催化剂。任意相邻的两种催化剂相比，下部装填的催化剂的活性金属负载量低于上部装填的催化剂的活性金属负载量。由于加氢保护反应器主要任务是脱金属，因此用本发明的级配方法，可以充分发挥催化剂的脱金属活性和容金属能力，提高了整体催化剂的金属脱除率，延长了催化剂操作周期。此外，由于本发明的催化剂具有适当的脱硫活性，在采用了适当的级配方法后，使得加氢保护反应器的温升更易于控制。
本发明的催化剂含有一种具有双重孔的氧化铝载体和负载在该载体上的钼和/或钨，以及钴和/或镍，催化剂的载体具有如下的孔分布：孔直径为10-20纳米的孔容占总孔容的45-70％，孔直径为500-1200纳米的孔容占总孔容的20-40％，孔直径小于10纳米、在20-500纳米之间以及大于1200纳米的孔容之和占总孔容的10-30％。所述催化剂的载体含有卤素，以载体总量为基准，氧化铝的含量为95-99.9重量％，以元素计，卤素的含量为0.1-5重量％，其酸量小于0.2毫摩尔/克。对于本发明的加氢保护反应器来说，由于催化剂不能在线置换，必须要在整个运转周期保持高活性，因此对催化剂的寿命要求很高，催化剂必须要有好的抗结焦性能。由于本发明提供的催化剂中载体酸量低，使其在保持较高的加氢脱金属活性的同时，积碳量低，因此催化剂抗结焦性能强，使用寿命长。
本发明提供的催化剂的制备方法如下：将一种水合氧化铝与含氟扩孔剂适量助挤剂、水混合混合均匀后进行成型；于650-800℃，焙烧时间2-8小时；最后用含不同量的活性金属的水溶液浸渍，干燥并焙烧即得。该催化剂的形状是球形或椭球形。
所述的加氢保护反应器中分段装填有两种催化剂，下部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨0.5～7重量％，钴和/或镍0.3～2重量％；上部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨5～15重量％，钴和/或镍1～8重量％。下部的催化剂的装填体积范围：20～99％；上部的催化剂的装填体积范围：1～80％。
所述的加氢保护反应器中分段装填有三种催化剂，下部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨0.5～7重量％，钴和/或镍0.3～1.8重量％；中部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨4.5～10重量％，钴和/或镍1.3～2.5重量％；上部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨7～15重量％，钴和/或镍1.8～8重量％。下部的催化剂的装填体积范围：20～60％；中部的催化剂的装填体积范围：10～60％；上部的催化剂的装填体积范围：10～60％。加氢保护反应器中的不同种类的催化剂可以分段装填入单个催化剂床层或多个催化剂床层中，各床层温度可采用在床层之间注入冷油或冷氢控制，优选注入冷油。
若原料油中不饱和物、固体颗粒杂质、沥青质或金属铁、钙、钠含量较高，为防止催化剂床层的压力降过快地达到限定值，可在低活性的催化剂下面(此处按物流方向是前面)加入一定量的活性更低、颗粒及床层孔隙率更大的保护剂以保证装置长周期地运转，保护剂的加入量一般为整个加氢保护反应器催化剂体积的1～20％，具体数据可根据原料性质而定。
本发明的优点：
1、由于本发明采用了优化的催化剂级配方法，并能根据不同原料的性质进行相应调整，可充分发挥催化剂的脱金属活性和容金属能力，因此本发明金属脱除率高、催化剂使用寿命长。
2、由于本发明脱硫活性适中，又采用了合适的催化剂级配方法，使得加氢保护反应器温升易于控制，因此操作平稳，生产周期长。
3、由于本发明是通过使用同一种催化剂载体负载不同含量的活性金属，来制备不同加氢活性催化剂的，因此简化了催化剂生产工艺，降低了催化剂生产成本。
下面的实例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例中所使用的加氢催化剂是用下述方法制得：
称取长岭催化剂厂生产的拟薄水铝石粉300克，加入12克聚乙烯醇、140克柠檬酸铵混合均匀，加入300毫升含氢氟酸8克的水溶液，室温下混捏10分钟，在挤条机上挤成φ2.5毫米的圆柱形条，然后在滚圆机中滚制为φ2.5毫米的球形颗粒，球形颗粒在120℃干燥2小时，之后于750℃焙烧2小时，得载体；载体的酸含量、氟含量、比表面、孔分布和孔容列于表1中。由表1给出的结果可以表明，本发明提供的具有双重孔的氧化铝载体的具有很低的酸含量。
取上述载体200克，用500毫升含氧化钼40克/升，氧化镍8克/升的钼酸铵和硝酸镍混合溶液浸渍1小时，过滤后于120℃烘干2小时，500℃焙烧4小时，得到催化剂U1。催化剂U1中活性金属组分含量如表2所示。
取上述载体200克，用500毫升含氧化钼60克/升，氧化镍12克/升的钼酸铵和硝酸镍混合溶液浸渍1小时，过滤后于120℃烘干2小时，500℃焙烧4小时，得到催化剂U2。催化剂U2中活性金属组分含量如表2所示。
取上述载体200克，用500毫升含氧化钼80克/升，氧化镍16克/升的钼酸铵和硝酸镍混合溶液浸渍1小时，过滤后于120℃烘干2小时，500℃焙烧4小时，得到催化剂U3。催化剂U3中活性金属组分含量如表2所示。
实施例中所用的原料A为减压渣油和减压瓦斯油的混合物，原料B为常压渣油，二者性质如表3所示。由表3可看出这两种原料硫含量高，其中原料B金属含量也较高。
在以下实施例中，杂质脱除率定义为：
Figure S051D5561320060106D000051
实施例1
原料油A与氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上依次通过催化剂U1和催化剂U3，进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流即金属含量低，残碳含量低的加氢生成油。催化剂U1的装填比例为总催化剂体积的25％，催化剂U3的装填比例为总催化剂体积的75％。加氢保护反应器的反应条件和加氢生成油性质如表4所示，加氢生成油杂质脱除率如表5所示，由表5可见脱金属率高达75.4％，有很好的脱金属效果。
实施例2
原料油B与氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上依次通过催化剂U1和催化剂U3，进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流即金属含量低，残碳含量低的加氢生成油。催化剂U1的装填比例为总催化剂体积的33％，催化剂U3的装填比例为总催化剂体积的67％。加氢保护反应器的反应条件和加氢生成油性质如表4所示，加氢生成油杂质脱除率如表5所示，由表5可见脱金属率高达75.9％，有很好的脱金属效果。
实施例3
原料油B与氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上依次通过催化剂U1、催化剂U2和催化剂U3，进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流即金属含量低，残碳含量低的加氢生成油。催化剂U1的装填比例为总催化剂体积的33.3％，催化剂U2的装填比例为总催化剂体积的33.3％，催化剂U3的装填比例为总催化剂体积的33.3％。加氢保护反应器的反应条件和加氢生成油性质如表4所示，加氢生成油杂质脱除率如表5所示，由表5可见在更高的空速下脱金属率仍高达73.8％，有很好的脱金属效果。
表1
表2
 
催化剂编号 U1 U2 U3
活性金属含量，重量％
钼 3.9 5.9 7.8
镍 0.75 1.13 1.5
表3
 
原料 A B
密度(20℃)，g/cm<sup>3</sup> 0.9930 0.9625
粘度(100℃)，mm<sup>2</sup>/s 186.1 37.06
残炭，重量％ 15.7 10.6
元素含量，重量％
硫 3.9 3.1
氮 0.30 0.43
碳 85.70 84.88
氢 10.66 11.16
金属含量，μg/g
镍 18.9 50.5
钒 58.6 151
铁 9.9 10.6
钙 4.3 14.8
钠 3.9 10.5
表4
 
实施例1 实施例2 实施例3
催化剂装填比 U1:U3＝1:3 U1:U3＝1:2 U1:U2:U3＝1：1：1
原料油 A B B
反应条件
 
实施例1 实施例2 实施例3
氢分压，MPa 15.0 14.0 14.5
平均反应温度，℃ 380 380 390
氢油体积比，Nm<sup>3</sup>/m<sup>3</sup> 300 300 300
液时体积空速，h<sup>-1</sup> 0.50 0.50 0.70
加氢生成油性质
残炭，重量％ 9.69 6.37 6.70
硫，重量％ 1.7 1.2 1.3
氮，重量％ 0.24 0.33 0.35
金属含量，μg/g
镍 7.8 17.1 18.5
钒 11.3 31.5 34.2
铁 3.7 7.8 8.0
钙 1.9 5.6 5.9
钠 2.0 3.4 3.2
表5
 
原料油 脱金属率，％ 脱镍率，％ 脱钒率，％ 脱硫率，％ 脱残炭率，％
实施例1 75.4 58.7 80.7 56.4 38.3
实施例2 75.9 66.1 79.1 61.3 39.9
实施例3 73.8 63.4 77.4 58.1 36.8

Claims (9)

1.一种渣油的加氢处理方法，原料油和氢气混合后进入加氢保护反应器，从下至上通过催化剂床层进行加氢脱杂质反应，加氢保护反应器出口物流不经分离直接进入固定床精制反应器，进行加氢精制反应，其特征在于加氢保护反应器中分段装填有两种或两种以上催化剂，催化剂具有相同的载体，下部装填的催化剂的活性金属负载量比相邻的上部催化剂的活性金属负载量低，所述的加氢保护反应器反应条件为：氢分压10.0～20.0MPa，平均反应温度340～440℃，氢油体积比200～1200Nm3/m3，；液时体积空速为0.1～3.0h-1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于催化剂含有一种具有双重孔的氧化铝载体和负载在该载体上的钼和/或钨，以及钴和/或镍，催化剂的载体具有如下的孔分布：孔直径为10-20纳米的孔容占总孔容的45-70％，孔直径为500-1200纳米的孔容占总孔容的20-40％，孔直径小于10纳米、在20-500纳米之间以及大于1200纳米的孔容之和占总孔容的10-30％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述催化剂的载体含有卤素，以载体总量为基准，氧化铝的含量为95-99.9重量％，以元素计，卤素的含量为0.1-5重量％，其酸量小于0.2毫摩尔/克。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢保护反应器中装填有两种催化剂，下部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨0.5～7重量％，钴和/或镍0.3～2重量％；上部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨5～15重量％，钴和/或镍1～8重量％。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于所述加氢保护反应器中装填有两种催化剂，下部的催化剂的装填体积范围：20～99％；上部的催化剂的装填体积范围：1～80％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述加氢保护反应器中装填有三种催化剂，下部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨0.5～7重量％，钴和/或镍0.3～1.8重量％；中部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨4.5～10重量％，钴和/或镍1.3～2.5重量％；上部装填的催化剂的活性金属负载量为：钼和/或钨7～15重量％，钴和/或镍1.8～8重量％。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于所述加氢保护反应器中装填有三种催化剂，下部的催化剂的装填体积范围：20～60％；中部的催化剂的装填体积范围：10～60％；上部的催化剂的装填体积范围：10～60％。
8.根据权利要求1所述的方法，所述的原料油是常压渣油、减压渣油、拔头原油中的一种或一种以上混合油和任意的重馏分油所形成的混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，所述的加氢保护反应器反应条件为：氢分压11.0～16.0MPa，平均反应温度360～420℃，氢油体积比200～600Nm3/m3，；液时体积空速为0.25～0.8h-1。
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