CN107511116A - 一种高温高压超重力加氢反应器及应用 - Google Patents

一种高温高压超重力加氢反应器及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温高压超重力加氢反应器及其应用，其包括电机、主轴、转子和壳体；所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，所述转子固定在主轴上部；所述超重力加氢反应器还包括旋转盘和进料腔；所述旋转盘与主轴顶端固定连接，所述进料腔设置在壳体的上部，其下端伸入到壳体内并设置在旋转盘正上方，进料腔下端面上设有进料腔出口；所述进料腔内设有超声探头；本发明反应器使得气泡在液相中存在时间长；气液传质效率高；能对反应时催化剂的润湿分数进行有目的的调节；反应器中氢气的分压可以适当降低，提高装置安全性；无需再与其他大型气液预混设备串联，减少设备方面的投资。

Description

一种高温高压超重力加氢反应器及应用
技术领域
本发明属于超重力反应器领域，尤其是涉及一种高温高压超重力加氢反应器及应用。
背景技术
超重力反应器为典型的化工强化设备。在超重力环境下，巨大的剪切力将液体撕裂成微米甚至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使得相间传质速率比传统塔式反应器中提高1～3个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。同时，由于逆流旋转床的液泛线要比填料塔中的液泛线高40％左右，气速可以适当地提高，使得处理量变大。
对于一些难溶性气体参与的氧化或加氢反应，由于气体溶解度很低，导致反应受到传质控制，严重限制了表观反应速率的提升。传统超重力反应器用于上述氧化或加氢反应时，由于停留时间较短，在反应的同时难以实现气相饱和溶解在液相中，对于较快反应而言，传统超重力反应器内气相向液相传质的速率仍慢于反应速率。以加氢反应为例，氢气需要从气相进入液相，然后与反应物共同吸附在超重力反应器内催化剂的表面，从而在催化剂活性中心的作用下进行反应。采用高氢气压力和高氢油比时，其中实际提供的氢气量远远超过化学反应所需的氢气量，造成循环氢压缩机能耗过高；另一个问题是对于高粘性物料的加氢体系，氢气在其中溶解往往不足，即使氢耗很高，转化率也不高，严重的情况还会造成过量积炭结焦。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种高温高压超重力加氢反应器(简称：RPB)；该反应器特别适用于高温高压加氢催化反应，可大幅降低反应压力，减小设备投资和操作成本，提高装置的安全性；也特别适用于料液粘度≧500mPa.s的反应物料；该反应器具有优异的传质和微观混合性能，通过调控旋转床转速即可实现对纳微米气泡的尺寸、在液相中的上升速度、有效气液混合比的调控；同时，由于液膜在旋转床反应器中具有快速的更新频率，十分有利于溶解的气相反应物快速到达催化剂表面，以及产物迅速离开催化剂表面，实现高效催化和产物分离。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种高温高压超重力加氢反应器的应用。
为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：
本发明一种高温高压超重力加氢反应器，包括电机、主轴、转子和壳体；所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，所述转子固定在主轴上部；所述超重力加氢反应器还包括旋转盘和进料腔；所述旋转盘与主轴顶端固定连接，所述进料腔设置在壳体的上部，其下端伸入到壳体内并设置在旋转盘正上方；所述进料腔内设有超声探头，进料腔上设有第一气体入口、液体入口和催化剂入口；所述壳体下部设有气液出口。
作为技术方案的进一步改进，所述的超声探头功率为0-25kW，频率为5-300kHz的频率。
作为技术方案的进一步改进，所述旋转盘为多层等距均分旋转盘，可实现液体等量分配到每层旋转盘，层数为2-100，除最底层旋转盘外，其它多层旋转盘中心设有进料孔，从上到下每层进料孔孔径等间距缩小。
作为技术方案的进一步改进，所述壳体上部还设有气体出入口。
作为技术方案的进一步改进，所述壳体侧面还设有第二气体入口。
所述转子内装载的固体可以为散装的球形、三叶草、圆柱或马鞍形催化剂，或整体结构式泡沫金属，或整体结构式堇青石，或整体结构式丝网催化剂。
为解决上述第二个技术问题，发明采用如下的技术方案：
一种如上所述高温高压超重力加氢反应器的应用，包括如下步骤：
S1、开动超重力加氢反应器电机，带动旋转盘旋转，同时打开进料腔中的超声探头；
S2、将氢气和液体物料输入进料腔内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在液相中分散成大量的纳微米气泡，氢气在液相中的溶解度达到过饱和，形成气液混合物；
S3、将气液混合物自进料腔的下端喷射到旋转盘上，利用旋转盘上的离心力将气液混合物甩到转子内缘并流经转子，在高速旋转的转子填料内发生反应；或与装载在转子内部的固体催化剂接触，发生气液固三相催化反应；或者从超重力加氢反应器催化剂入口补充纳微米催化剂，发生气液拟均相催化反应。
作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，液相与气相在标准状态下的体积比为1:1-1:1000。
作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，液相料液的粘度为≧500mPa.s。
作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，所述纳微米气泡尺寸控制在30nm-300μm，有效气液混合比为5-90％。
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子内催化剂床层的润湿效率在0.4-1.0之间；可由转速的变化来调节。
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子的转速为10-2800rpm。
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述转子内发生的反应温度为常温-650℃，压力控制在常压-25MPa；优选地，反应温度和压力的范围分别为常温-500℃，压力为常压-10Mpa。
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，液相体积空速控制在0.2-100h-1；优选地，液相空速范围为1-50h-1；
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述纳米催化剂包括贵金属催化剂、碳材料催化剂或生物酶催化剂；优选地，所述纳米催化剂选自贵金属催化剂或碳材料催化剂。
作为技术方案的进一步改进，步骤S3中，所述加氢反应包括加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢裂化、临氢异构、芳烃加氢饱和或炔烃选择性加氢。
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
1)气泡在液相中存在时间长：普通气液简单混合装置中气泡在液相中产生后，会迅速上升到液相表面并破裂消失，存在时间很短；而通过气液高效预混合装置产生的微纳米气泡一经产生，在水中的上升速度较慢，从产生到破裂的历程通常达到几十秒甚至几分钟，而且在上升过程中体积不断收缩并于水中最终溶解消失，且体积越小的气泡在水中的上升速度越慢；
2)气液传质效率高，当气泡直径较小时，微气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现的较为显著，这时的表面张力对内部气体产生压缩作用，使得微米气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压。随着气泡直径的无限缩小，气泡界面的比表面积也随之无限增大，最终由于自身增压效应导致内部气压增大到无限大。因此，会有使得更多的气体穿过气液界面溶解到水中，可使得气液界面处传质效率持续增强，并且这种特性使的微气泡即使在液相中的气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。反应和气体的溶解是同时发生的，气相反应物被消耗的同时，纳微米气泡破碎溶解和宏观气相向液相中传质溶解同时进行，气体能在第一时间内得到补充；
3)降低反应压力方面：如现阶段的加氢装置中大多采用提高压力的方法来提高氢气在溶液中的溶解，如采用本发明的气液高效混合装置，液相在进入反应器之前已经达到了过饱和，且由于高效气液混合装置能使液相中的气含量高达90％，微米甚至纳米气泡在液相中破碎进行气相的再溶解，因此实际反应器中氢气的分压可以适当降低，提高装置安全性；
4)设备投资方面：本发明的反应器为旋转床，旋转床自身就能实现高效气液混合，与气液预混合装置联用，能使混合效果得到进一步强化。而且两部分结合在一起能减少设备的占地面积，也无需再与其他大型气液预混设备串联，减少设备方面的投资；
5)通过调节反应器旋转床的转速和选择合适的填料种类，能对反应时催化剂的润湿分数进行有目的的调节，即调节催化剂与液相和气相接触的比例，这样一来就能满足不同气相需求量的反应。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本发明超重力加氢反应器结构示意图；
图2为利用本发明RPB进行高效气液预混合加氢流程示意图；
图3为实施例1利用本发明RPB进行渣油加氢反应流程图；
图4为实施例2有无气液预混的RPB在不同转速下的脱氧率图；
其中：
101-循环泵，102-采出口，103-超重力加氢反应器，104-液相进料管，
105-气体入口，106-气体压缩机，107-催化剂入口，108-气液出口，
109-放空口，110-气液分离器，111-液相采出口；
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明中使用方位词“上、下、左、右”等只是为了叙述方便，本领域技术人员能够知晓，这些方位是相对的，可能通过旋转等方式发生改变。
本发明一种高温高压超重力加氢反应器，包括电机1、主轴2、转子3和壳体4；所述电机1输出端的主轴2穿过壳体4底部伸入到壳体内，所述转子3固定在主轴2上部；所述超重力加氢反应器还包括旋转盘14和进料腔7；所述旋转盘14与主轴2顶端固定连接，所述进料腔7设置在壳体4的上部，其下端伸入到壳体4内并设置在旋转盘14正上方，进料腔7下端面上设有进料腔出口6；所述进料腔7内设有超声探头11，进料腔7上设有第一气体入口10、液体入口8和催化剂入口9；所述壳体4下部设有气液出口15；所述转子3和壳体4之间设有密封5。
本申请创造性地在超重力反应器的进料腔内布置超声探头，实现粘性体系的原料液与氢气的高效预混合，使气体能溶解在粘性大的液相原料中，而且，在达到气相饱和状态的同时，液相中还存在大量微米甚至纳米级的悬浮气泡；同时在超重力气体进口也可引入气体；在两者的共同作用下，维持难溶性气体在液相中的溶解量，缓解传质速率对宏观反应速率的不利影响；本发明采用独创的分级旋转盘结构，取代传统的带孔喷头分布器，能有效实现对高粘体系的进料在填料中的均匀分布。
本发明中的术语“高粘度”是指粘度≧500mPa.s。
在本发明的某些实施例中，所述的超声探头功率为0-25kW，或0.2-20kW，或0.2-15kW，或0.2-10kW，或0.2-5kW，或0.2-1kW，或0.5-25kW，或0.5-20kW，或0.5-15kW，或0.5-10kW，或0.5-5kW，或0.5-1kW；所述超声探头频率为5-300kHz，或5-250kHz，或5-200kHz，或5-150kHz，或5-100kHz，或5-50kHz，或50-300kHz，或50-250kHz，或50-200kHz，或50-150kHz，或50-100kHz。
在本发明的某些实施例中，所述旋转盘为多层等距均分旋转盘，可实现液体等量分配到每层旋转盘，层数为2-100，除最底层旋转盘外，其它多层旋转盘中心设有进料孔，从上到下每层进料孔孔径等间距缩小。
在本发明的某些实施例中，所述壳体4上部还设有气体出入口12，也就是根据需要，可以作为气体的入口，也可以作为气体的出口。在壳体上部的气体出入口引入气体，与进料腔中引入的气体共同作用下，可维持难溶性气体在液相中的溶解量，缓解传质速率对宏观反应速率的不利影响。
在本发明的某些实施例中，所述壳体4侧面还设有第二气体入口13。在壳体4的侧面气体入口13引入气体，与进料腔7中引入的气体共同作用下，可维持难溶性气体在液相中的溶解量，缓解传质速率对宏观反应速率的不利影响。
通过对进料腔内的超声探头，可以使得进料腔7内的气泡在液相中存在时间长：普通气液简单混合装置中气泡在液相中产生后，会迅速上升到液相表面并破裂消失，存在时间很短；而通过气液高效预混合装置产生的微纳米气泡一经产生，在水中的上升速度较慢，从产生到破裂的历程通常达到几十秒甚至几分钟，而且在上升过程中体积不断收缩并于水中最终溶解消失，且体积越小的气泡在水中的上升速度越慢；当气泡直径较小时，微气泡界面处的表面张力对气泡特性的影响表现的较为显著，这时的表面张力对内部气体产生压缩作用，使得微米气泡在上升过程中不断收缩并表现出自身增压；随着气泡直径的无限缩小，气泡界面的比表面积也随之无限增大，最终由于自身增压效应导致内部气压增大到无限大；因此，会有使得更多的气体穿过气液界面溶解到水中，可使得气液界面处传质效率持续增强，并且这种特性使的微气泡即使在液相中的气体含量达到过饱和条件时，仍可继续进行气体的传质过程并保持高效的传质效率。反应和气体的溶解是同时发生的，气相反应物被消耗的同时，纳微米气泡破碎溶解和宏观气相向液相中传质溶解同时进行，气体能在第一时间内得到补充；
降低反应压力方面：现阶段的加氢反应装置中大多采用提高压力的方法来提高氢气在溶液中的溶解，而采用本发明的气液高效混合装置(电机1、主轴2、旋转盘14、进料腔7和超声探头11的合称)，液相在进入转子之前氢气已经达到了过饱和，且由于气液高效混合装置能使液相中的氢气含量高达90％，微米甚至纳米氢气泡在液相中破碎进行气相的再溶解，因此实际反应器中氢气的分压可以适当降低，减少投资成本。
在本发明的某些优选实施例中，所述转子3内装载的固体可以为散装的球形、三叶草、圆柱、马鞍形催化剂，或整体结构式泡沫金属，或整体结构式堇青石，或整体结构式丝网催化剂。
一种如上所述高温高压超重力加氢反应器的应用，包括如下步骤：
S1、开动超重力加氢反应器电机1，带动旋转盘14旋转，同时打开进料腔7中的超声探头11；
S2、将氢气和液体物料输入进料腔7内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在液相中分散成大量的纳微米气泡，氢气在液相中的溶解度达到过饱和，形成气液混合物；
S3、将气液混合物自进料腔7的下端喷射到旋转盘14上，利用旋转盘14上的离心力将气液混合物甩到流经转子3，在高速旋转的转子填料内发生反应；或与装载在转子内部的固体催化剂接触，发生气液固三相催化反应；或者从超重力加氢反应器催化剂入口补充纳微米催化剂，发生气液拟均相催化反应。
本发明创造性的将包括电机1、主轴2、旋转盘14、进料腔7和超声探头11的气液高效混合装置和旋转盘结合起来，特别适用于高粘度(≧500mPa.s)液体物料的气液混合，即解决了现有技术上对高粘度液体物料和气体混合的效率低问题，也解决了容易堵塞管道的问题。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S2中，液相与气相在标准状态下的体积比为1:1-1:1000，或1:1-1:950，或1:1-1:900，或1:1-1:850，或1:1-1:800，或1:1-1:750，或1:1-1:700，或1:1-1:650，或1:1-1:600，或1:1-1:550，或1:1-1:500，或1:1-1:450，或1:1-1:400，或1:1-1:350，或1:1-1:300，或1:1-1:250，或1:1-1:200，或1:1-1:150，或1:1-1:100，或1:1-1:50，或1:50-1:1000，或1:50-1:950，或1:50-1:900，或1:50-1:800，或1:50-1:700，或1:50-1:600，或1:50-1:500，或1:50-1:400，或1:50-1:300，或1:50-1:200，或1:50-1:100。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S2中，液相料液的粘度为≧500mPa.s。例如可以为：500mPa.s，515mPa.s，525mPa.s，535mPa.s，545mPa.s，555mPa.s，565mPa.s，575mPa.s，585mPa.s，595mPa.s，605mPa.s，615mPa.s，625mPa.s，635mPa.s，645mPa.s，655mPa.s，665mPa.s，675mPa.s，685mPa.s，695mPa.s，700mPa.s，720mPa.s，740mPa.s，760mPa.s，780mPa.s，800mPa.s，820mPa.s，840mPa.s，860mPa.s，880mPa.s，900mPa.s，920mPa.s，940mPa.s，960mPa.s，980mPa.s或1000mPa.s。液相料液的粘度当粘度超过500mPa.s时，本发明装置也能有效按照规定的流量输送液体，而且不会造成设备的堵塞。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S2中，所述纳微米气泡尺寸控制在30nm-300μm，或30nm-250μm，或30nm-200μm，或30nm-150μm，或30nm-100μm，或30nm-50μm，或30nm-10μm，或30nm-1μm，或100nm-300μm，或100nm-250μm，或100nm-200μm，或100nm-100μm，或100nm-1μm。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S2中，有效气液混合比为5-90％，或5-80％，或5-75％，或5-70％，或5-65％，或5-60％，或5-55％，或5-50％，或5-45％，或5-40％，或5-35％，或5-30％，或5-25％，或5-20％，或5-15％，或5-10％，10-90％，或10-80％，或10-75％，或10-70％，或10-65％，或10-60％，或10-55％，或10-50％，或10-45％，或10-40％，或10-35％，或10-30％，或10-25％，或10-20％，或10-15％，15-90％，或15-80％，或15-75％，或15-70％，或15-65％，或15-60％，或15-55％，或15-50％，或15-45％，或15-40％，或15-35％，或15-30％，或15-25％，或15-20％。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S3中，所述转子的转速为10-2800rpm，或10-2500rpm，或10-2000rpm，或10-1500rpm，或10-1000rpm，或10-500rpm，或10-100rpm，或300-2500rpm，或300-2000rpm，或300-1500rpm，或300-1000rpm，或300-500rpm。通过对转子转速的控制，使得所述转子内催化剂床层的润湿效率在0.4-1.0之间。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S3中，所述转子内发生的反应温度为常温-650℃，压力控制在常压-25MPa；优选地，反应温度和压力的范围分别为常温-500℃，压力为常压-10Mpa。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S3中，液相体积空速控制在0.2-100h-1；优选地，液相空速范围为1-50h-1；
在本发明的某些优选实施例中，步骤S3中，所述纳米催化剂包括贵金属催化剂、碳材料催化剂或生物酶催化剂；更优选地，所述纳米催化剂选自贵金属催化剂或碳材料催化剂。
在本发明的某些优选实施例中，步骤S3中，所述加氢反应包括加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属、加氢裂化、临氢异构、芳烃加氢饱和或炔烃选择性加氢。
实施例1：渣油加氢转化
渣油不仅硫、氮杂质含量高，而且含有大量重金属、胶质和沥青质，因此是石油中最难加工的部分。在其轻质化的过程中，硫、氮、氧、金属等杂质的存在会导致设备腐蚀、催化剂中毒、产品质量不佳及环境污染，增加加工难度和生产成本。
渣油加工中使用的常规反应器有固定床、移动床、沸腾床和悬浮床，这些反应器的操作压力最低为10MPa，过量的氢气只能通过氢气循环压缩机在反应系统中进行循环，设备费用和操作费用都很高。由此考虑使用带有气液预混合的、适合高粘体系加氢的RPB替代传统的加氢反应器。
本实施例使用的催化剂为活性组分为Mo、Ni、Co，其载体为γ-Al2O3，催化剂使用之前需要进行预硫化。通过考察渣油转化率、加氢产物分布情况、硫氮杂质脱除情况对旋转床中的渣油加氢反应性能进行研究。加氢的具体流程如图3所示。反应结束之后分别对气相产物和液相产物进行分析。实验所得液相产品分为汽油(5-200℃)、柴油(200-350℃)、VGO(350-500℃)以及加氢残油(＞500℃)。
反应条件①反应温度400℃，压力10MPa，反应器为常规的超重力旋转床，反应时间2h；
反应条件②反应温度400℃，压力6MPa，反应器为带有气液预混合的超重力旋转床，不开启超声探头，反应时间2h；
反应条件③反应温度400℃，压力6MPa，反应器为带有气液预混合的超重力旋转床，开启超声探头，反应时间2h。
反应条件④反应温度400℃，压力6MPa，反应器为带有气液预混合的超重力旋转床，开启超声探头，用常规的液体分布器代替旋转盘，反应时间2h。
表1不同反应条件下RPB渣油加氢反应结果及产物组成分析
表1
反应条件 ① ② ③ ④
渣油转化率％ 15.42 29.1 49.45 9.78
脱硫率％ 79.59 84.11 90.93 60.52
脱氮率％ 11.85 17.1 23.84 7.64
物料平衡％(各组分收率)
焦炭 1.49 2.01 3.35 1.56
气体 1.42 1.69 3.13 1.23
＜204℃ 2.87 7.43 15.31 1.68
204-350℃ 9.65 17.96 27.66 9.72
350-500℃ 62.29 53.75 39.24 40.69
＞500℃ 22.28 17.15 12.31 45.63
由反应的结果可以看出，耦合了气液预混装置的RPB。即使在低压的情况下，渣油的转化率也能达到高压下的至少2倍，开启超声探头之后，氢气能在高粘的原料油中得到很好的分散，且能再进一步提高脱硫率和脱氮率。传统的提高渣油转化率的方式为增加氢气的分压，但压力提升到一定程度之后会抑制渣油加氢裂化反应的发生，反而会使渣油转化率有所降低；反应得到强化的另一个好处是产品的成分向轻质油方向移动，即低沸点馏分油的组成比例明显提升。而使用普通的液体分布器由于其不能对渣油原料进行有效的输送和分散，导致总体的渣油转化率严重偏低。
实施例2：生物油的加氢处理
生物油是生物质在快速加热条件下，短时间内裂解产生的燃料，经冷凝得到液体生物油，因为该过程没有达到热力学平衡，所以生物油的性质不稳定，不仅如此，其高含氧量、高粘度、低热值限制了其应用，因此必须对其进行精制改质。生物油催化加氢因其具有结焦率小，液体产率高等优点而备受关注。适当的预热可以降低生物油的粘度，但是当温度升高到一定程度，由于老化反应加快，整个生物油的性质都会发生改变。其加氢脱氧一般分为两个阶段：第一阶段H2消耗较少，主要是饱和一些高活性化合物(醛类、羟基醛类)，第二阶段是深度脱氧加氢，温度适当升高，饱和一些较不活泼的基团，因此需要在反应不同阶段对其供氢量进行调节。耦合了气液预混合装置的RPB就能解决上述两个问题。
本实施例使用的催化剂为CoMo/Al2O3，以从生物油中分离出来的中质馏分段和重质馏分段为研究对象，考察了反应前后生物油的组成、性质的变化。
对产物中的液相成分进行分析，图4可以看出随着RPB转速的增加，没有耦合气液预混合装置的RPB脱氧率先增加后趋于稳定，耦合了气液预混合装置的RPB的脱氧率随转速的增加持续增高，最大转速下可达到前者的3倍。这是因为当油品中的含氧官能团大部分被脱除，剩余一小部分难以脱除的含氧官能团如酸和酯，这些官能团在低温下生物油粘性太大，溶剂中供氢不足，普遍较难脱除；再加上其中含不饱和键的物质由于没有及时被加氢转化，会覆盖催化剂活性中心，与其结合导致其失活。
对反应之后分离出的固相洗涤干燥后进行TG表征，并于使用之前的催化剂进行比较，结果表明，耦合了气液预混的RPB反应之后催化剂上的结焦量很少，在800℃以内，与新鲜催化剂和在没有耦合气液预混的RPB中使用的催化剂相比，在温度T＝800℃以内，没有明显的质量失重峰，说明该催化剂上没有焦炭的沉积，因此可以得出，采用气液预混对生物油进行加氢改质可有效减少焦炭的生成，提高生物油的利用率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种高温高压超重力加氢反应器，包括电机(1)、主轴(2)、转子(3)和壳体(4)；所述电机(1)输出端的主轴(2)穿过壳体(4)底部伸入到壳体内，所述转子(3)固定在主轴(2)上部；其特征在于：所述超重力加氢反应器还包括旋转盘(14)和进料腔(7)；所述旋转盘(14)与主轴(2)顶端固定连接，所述进料腔(7)设置在壳体(4)的上部，其下端伸入到壳体(4)内并设置在旋转盘(14)正上方，进料腔(7)下端面上设有进料腔出口(6)；所述进料腔(7)内设有超声探头(11)，进料腔(7)上设有第一气体入口(10)、液体入口(8)和催化剂入口(9)；所述壳体(4)下部设有气液出口(15)。
2.根据权利要求1所述超重力加氢反应器，其特征在于：所述旋转盘为多层等距均分旋转盘，层数为2-100，除最底层旋转盘外，其它多层旋转盘中心设有进料孔，从上到下每层进料孔孔径等间距缩小。
3.根据权利要求1所述超重力加氢反应器，其特征在于：所述壳体(4)上部还设有气体出入口(12)。
4.根据权利要求1所述超重力加氢反应器，其特征在于：所述壳体(4)侧面还设有第二气体入口(13)。
5.根据权利要求1所述超重力加氢反应器，其特征在于：所述转子(3)内装载的固体可以为散装的球形、三叶草、圆柱、马鞍形催化剂，或整体结构式泡沫金属，或整体结构式堇青石，或整体结构式丝网催化剂。
6.一种如权利要求1-5中任一所述超重力加氢反应器的应用，其特征在于，包括如下步骤：
S1、开动超重力加氢反应器电机(1)，带动旋转盘(14)旋转，同时打开进料腔(7)中的超声探头(11)；
S2、将氢气和液体物料输入进料腔(7)内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在液相中分散成大量的纳微米气泡，氢气在液相中的溶解度达到过饱和，形成气液混合物；
S3、将气液混合物自进料腔(7)的下端喷射到旋转盘(14)上，利用旋转盘(14)上的离心力将气液混合物甩到转子内缘并流经转子(3)，在高速旋转的转子填料内发生反应；或与装载在转子内部的固体催化剂接触，发生气液固三相催化反应；或者从超重力加氢反应器催化剂入口补充纳微米催化剂，发生气液拟均相催化反应。
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：步骤S2中，液相与气相在标准状态下的体积比为1:1-1:1000，或1:1-1:950，或1:1-1:900，或1:1-1:850，或1:1-1:800，或1:1-1:750，或1:1-1:700，或1:1-1:650，或1:1-1:600，或1:1-1:550，或1:1-1:500，或1:1-1:450，或1:1-1:400，或1:1-1:350，或1:1-1:300，或1:1-1:250，或1:1-1:200，或1:1-1:150，或1:1-1:100，或1:1-1:50，或1:50-1:1000，或1:50-1:950，或1:50-1:900，或1:50-1:800，或1:50-1:700，或1:50-1:600，或1:50-1:500，或1:50-1:400，或1:50-1:300，或1:50-1:200，或1:50-1:100；
优选地，步骤S2中，液相料液的粘度为≧500mPa.s。
8.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：步骤S2中，所述纳微米气泡尺寸控制在30nm-300μm，或30nm-250μm，或30nm-200μm，或30nm-150μm，或30nm-100μm，或30nm-50μm，或30nm-10μm，或30nm-1μm，或100nm-300μm，或100nm-250μm，或100nm-200μm，或100nm-100μm，或100nm-1μm；
优选地，步骤S2中，有效气液混合比为5-90％，或5-80％，或5-75％，或5-70％，或5-65％，或5-60％，或5-55％，或5-50％，或5-45％，或5-40％，或5-35％，或5-30％，或5-25％，或5-20％，或5-15％，或5-10％，10-90％，或10-80％，或10-75％，或10-70％，或10-65％，或10-60％，或10-55％，或10-50％，或10-45％，或10-40％，或10-35％，或10-30％，或10-25％，或10-20％，或10-15％，15-90％，或15-80％，或15-75％，或15-70％，或15-65％，或15-60％，或15-55％，或15-50％，或15-45％，或15-40％，或15-35％，或15-30％，或15-25％，或15-20％。
9.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：步骤S3中，所述转子的转速为10-2800rpm，或10-2500rpm，或10-2000rpm，或10-1500rpm，或10-1000rpm，或10-500rpm，或10-100rpm，或300-2500rpm，或300-2000rpm，或300-1500rpm，或300-1000rpm，或300-500rpm。
10.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：步骤S3中，所述转子内发生的反应温度为常温-650℃，压力控制在常压-25MPa；优选地，反应温度和压力的范围分别为常温-500℃，压力为常压-10Mpa；
优选地，步骤S3中，液相体积空速控制在0.2-100h-1；更优选地，液相空速范围为1-50h-1；
优选地，步骤S3中，所述纳米催化剂包括贵金属催化剂、碳材料催化剂或生物酶催化剂；更优选地，所述纳米催化剂选自贵金属催化剂或碳材料催化剂。
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