CN107686742A - 一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,包括如下步骤:选择超重力反应器;开动超重力反应器电机,带动旋转盘旋转,同时打开进料腔中的超声探头;将氢气和渣油输入进料腔内进行气液两相高效混合,使难溶性氢气在渣油中分散成大量的纳微米气泡,氢气在渣油中的溶解度达到过饱和,形成气液混合物;将气液混合物自进料腔的下端在气体压力和重力作用下喷射到旋转盘上,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催化剂,完成气液固三相加氢裂化反应过程。本发明的方法可以实现渣油的脱硫率≧85%,脱氮率≧25%,钒含量≦0.55μg/g,镍含量≦45μg/g。

Description

一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法
技术领域
本发明属于渣油加氢反应领域,尤其是涉及一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法。
背景技术
随着社会的不断发展,人们对能源的需求不断增加。石化产品需求持续增长,原油性质呈现重质化和劣质化,环保要求和油品质量标准不断提高,促进了国内炼化企业开始重视渣油轻质化技术。渣油中硫、氮杂质含量高,而且含有大量重金属、胶质及沥青质,因此是石油中较难加工的部分。渣油加氢技术作为渣油轻质化的主要技术之一,在渣油加工改质中发挥出独特的作用。常见的工艺和装置有固定床、移动床、沸腾床、浆态床渣油加氢。
固定床渣油加氢物料的停留时间较长,副产物多,往往存在因积炭或金属沉积造成的压降上升而影响装置长期运转的不足。移动床设备较为复杂,可实现催化剂的在线加入和排出,催化剂利用率高,装置运转周期长,但装置投资相对较高,操作难度也较大,控制系统要求较高,还有待于积累更多的生产经验。沸腾床操作条件较为苛刻,控制系统也较为复杂。
近年来超重力技术在化工领域的应用研究取得较多重要进展,CN103102942A成功地将原料油通入装有非贵金属催化剂的超重力反应器,与氢气逆流接触进行脱硫、脱氮和部分芳烃饱和反应;CN104419454A将金属-聚合物催化剂固定在超重力旋转床反应器的转子上,裂解汽油和氢气通过旋转着的催化剂床层进行选择加氢反应。但是,使用现有的超重力反应器难以满足更高层次渣油加氢反应的要求,很大程度上是渣油加氢反应过程中氢气在渣油中的溶解度所带来的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法。该方法具有传质传热混合效率高、压降低、气液传质系数和液固传质系数高的优点,可在降低加氢压力的同时,提高加氢裂化过程的反应效率和产品收率。同时,该方法所用设备体积小,也具有操作简单及生产过程投资少等优点。该方法使用特定的超重力反应器,该反应器特别适用于渣油加氢反应,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;该反应器也特别适用于渣油料液(料液粘度>500mPa.s);该反应器具有优异的传质和微观混合性能,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;渣油的脱硫率≥85%,脱氮率≥25%,钒含量≤0.55μg/g,镍的含量≤45μg/g。
为解决上述第一个技术问题,发明采用如下的技术方案:
一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,包括如下步骤:
S1、选择超重力反应器
超重力反应器,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;所述壳体上部还设有气体出入口,所述壳体侧面还设有第二气体入口;
S2、开动超重力反应器电机,带动旋转盘旋转,同时打开进料腔中的超声探头;将氢气和渣油输入进料腔内进行气液两相高效混合,使难溶性氢气在渣油中分散成大量的纳微米气泡,氢气在渣油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在气体压力和重力作用下喷射到旋转盘上,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催化剂,完成气液固三相加氢裂化反应过程。
作为技术方案的进一步改进,步骤S1中,所述的超声探头功率为200-25000W,频率为5-300kHz的频率。
作为技术方案的进一步改进,步骤S1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。
作为技术方案的进一步改进,步骤S2中,所述渣油包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、煤液化重油以及煤焦油中一种或多种。
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S2中,所述超重力反应器转速为200-2800r/min,加氢反应的温度300-650℃,压力1-25MPa,气相空速1000-30000h-1,液相空速5-1000h-1,氢油体积比为20∶1-1000∶1。优选的,反应器内加氢反应的温度300-400℃,压力8MPa,气相空速15000h-1,液相空速150h-1,氢油体积比为100∶1-500∶1。
作为技术方案的进一步改进,步骤S3,所述转子内装载的催化剂包括脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂。
优选地,所述转子内沿半径方向装填不同类型的催化剂,各不同类型催化剂沿半径进行同心圆环排布,沿半径向外的同心圆环催化剂依次为脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂,各层催化剂之间用填料隔开。
优选地,所述转子内各层催化剂的粒径随着转子半径的由小到大,各同心圆环层的催化剂粒径逐渐变小。
优选地,所述转子内各层催化剂的活性金属组分含量随着转子半径的由小到大,各层催化剂活性金属组分含量逐渐增加。
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;而通过本发明中的特定超重力反应器进料腔产生的纳微米气泡一经产生,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,采用本发明的特定超重力反应器,渣油中的氢气在进入反应器之前已经达到了过饱和,且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,减少投资成本;
4)设备投资方面:本发明的超重力反应器为旋转床,旋转床自身就能实现高效气液混合,与气液预混合装置(进料腔及超声探头)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为本发明超重力反应器结构示意图;
图2为利用本发明超重力反应器进行加氢反应的流程示意图;
其中:
101-储罐,102-超重力反应器,103-质量流量计A,104-质量流量计B,
105-原料气钢瓶A,106-原料气钢瓶B,107-气液分离器,108-泵。
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。
本发明一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,包括如下步骤:
S1、选择超重力反应器
超重力反应器102,包括电机1、主轴2、转子3和壳体4;所述电机输出端的主轴2穿过壳体4底部伸入到壳体4内,所述转子3固定在主轴2上部;所述超重力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;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;所述壳体4上部还设有气体出入口12,所述壳体4侧面还设有第二气体入口13;所示转子3和壳体4之间设有密封5;
S2、开动超重力反应器电机1,带动旋转盘14旋转,同时打开进料腔7中的超声探头11;将氢气和渣油输入进料腔7内的进行气液两相高效混合,使难溶性氢气在渣油中分散成大量的纳微米气泡,氢气在渣油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的下端在气体压力和重力作用下喷射到旋转盘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内催化剂,完成气液固三相加氢裂化反应过程;或者从超重力反应器催化剂入口补充纳微米催化剂,发生气液拟均相加氢裂化反应。
本申请创造性地在超重力反应器的进料腔7内布置超声探头11,实现了渣油原料液与氢气的高效预混合,使气体能溶解在粘性大的渣油原料中,而且,在达到气相饱和状态的同时,渣油液相中还存在大量微米甚至纳米级的悬浮气泡;同时在超重力气体出入口12或第二气体进口13也可引入氢气;在两者的共同作用下,维持难溶性氢气在渣油液相中的溶解量,能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,所述的超声探头功率为100-25000W,或200-20000W,或200-15000W,或200-10000W,或200-5000W,或500-25000W,或500-20000W,或500-15000W,或500-10000W,或500-5000W,或500-2500W,或500-1500W,或500-1000W;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。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,不仅能有效实现对渣油进料在填料中的均匀分布,而且通过超重力气体出入口12或第二气体进口13引入的氢气与气液混合物的有效接触,有助于维持难溶性氢气在渣油液相中的溶解量。
在本发明的某些实施例中,步骤S2中,所述渣油包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、煤液化重油以及煤焦油中一种或多种。
在本发明的某些实施例中,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%。
在本发明的某些实施例中,步骤S2和S3中,超重力反应器转速为200-2800r/min,加氢反应的温度300-650℃,压力1-25MPa,气相空速1000-30000h-1,液相空速5-1000h-1,氢油体积比为20∶1-1000∶1。
在本发明的某些优选实施例中,超重力反应器转速为500-2000r/min,加氢反应的温度300-500℃,压力5-20MPa,气相空速5000-20000h-1,液相空速50-500h-1,氢油体积比为50∶1-800∶1;更优选的,超重力反应器内加氢反应的温度300-400℃,压力5-10MPa,气相空速10000-20000h-1,液相空速100-200h-1,氢油体积比为100∶1-500∶1。
在本发明的某些实施例中,步骤S3中,所述转子内装载的催化剂包括脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂。
在本发明的某些优选实施例中,步骤S3中,所述转子内沿半径方向装填不同类型的催化剂,各不同类型催化剂沿半径进行同心圆环排布,沿半径向外的同心圆环催化剂依次为脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂,各层催化剂之间用填料隔开(图中未示出)。
优选地,所述转子内各层催化剂的粒径随着转子半径的由小到大,各同心圆环层的催化剂粒径逐渐变小。
优选地,所述转子内各层催化剂的活性金属组分含量随着转子半径的由小到大,各层催化剂活性金属组分含量逐渐增加;更优选的,沿转子区域半径由内向外,相邻的同心催化剂圆环层活性金属组分含量比为1∶1.2;最优选的,靠近液体分布器的同心圆环层内脱硫催化剂的圆环层内分为两层,前后两层催化剂活性金属组分含量比为1∶1.2。在整个加氢反应的过程中,随转子半径的由小到大,液相物料反应物含量逐渐减小,反应推动力减小,增加各层催化剂活性金属含量,有利于加氢反应的进行。
本发明通过对进料腔内的超声探头的使用,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(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。
实施例1
如图2所示,一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,以脱除渣油中的硫、氮及金属中的钒和镍;
所述超重力反应器中渣油加氢反应的温度为330-460℃,压力为4-9MPa,控制气相流量为1m3/h,液相流量为10L/h,催化剂以无序的散装方式装填在转子区域,进口渣油中硫的质量分数为0.6%,氮的质量分数为0.8%,钒含量为0.98μg/g,镍的含量为60μg/g,并且转速在1600rpm;
反应后最终液体出口脱硫率达到85%,脱氮率达到25%,钒含量为0.55μg/g,镍的含量为45μg/g。采用常规超重力反应器(例如中国专利申请CN103102942A公开的超重力反应器),液体出口脱硫率≤80%,脱氮率≤21%,钒含量为0.75μg/g,镍含量为55μg/g。本发明优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例2
如图2所示,一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,以脱除渣油中的硫、氮及金属中的钒和镍;操作步骤同实施例1,不同之处在于:
所述转速为2400rpm,温度为550℃,压力为10MPa的操作条件下,反应后最终液体出口脱硫率达到87%,脱氮率达到28%,钒含量为0.50μg/g,镍含量为35μg/g。
采用常规超重力反应器(例如中国专利申请CN104419454A公开的超重力反应器),液体出口脱硫率≤80%,脱氮率≤21%,钒含量为0.73μg/g,镍的含量为55μg/g。本发明优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例3
如图2所示,一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,以脱除渣油中的硫、氮及金属中的钒和镍;操作步骤同实施例1,不同之处在于:
所述旋转床的转子区域分为8层同心环,第一层为不锈钢丝网填料环,填料环与催化剂环交替放置,沿转子半径依次为脱硫、脱氮、脱金属钒以及脱金属镍的催化剂。
反应后最终液体出口脱硫率达到90%,脱氮率达28%,钒含量为0.45μg/g,镍含量为33μg/g。
采用常规超重力反应器(例如中国专利申请CN103102942A公开的超重力反应器),液体出口脱硫率≤80%,脱氮率≤21%,钒含量为0.75μg/g,镍的含量为55μg/g。本发明更加优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例4
如图2所示,一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,以脱除渣油中的硫、氮及金属中的钒和镍;操作步骤同实施例1,不同之处在于:
所述反应器的转子区域分为8层同心环,第一层为不锈钢丝网填料环,填料环与催化剂环交替放置,沿转子半径依次为脱硫、脱氮、脱金属钒以及脱金属镍的催化剂。接下来每层催化剂环中使用的催化剂粒径依次减小,脱硫催化剂环的粒径为3mm,之后相邻两同心催化剂圆环层的催化剂粒径比为1∶0.7。
反应后最终液体出口脱硫率达到93%,脱氮率达到30%,钒含量为0.45μg/g,镍的含量为30μg/g。
采用常规超重力反应器(例如中国专利申请CN104419454A公开的超重力反应器),液体出口脱硫率≤80%,脱氮率≤21%,钒含量为0.75μg/g,镍含量为55μg/g。本发明更加优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例5
如图2所示,一种在超重力反应器内进行煤焦油加氢反应的方法,以脱除煤焦油中的硫、氮及金属中的钒和镍;操作步骤同实施例1,不同之处在于:
以某焦化厂所产的低温煤焦油为原料。反应条件为压力3-10MPa,温度170-260℃;控制气相流量为1m3/h,液相流量为10L/h,转速在1600rpm;转子区域分为8层同心环,第一层为不锈钢丝网填料环,填料环与催化剂环交替放置,沿转子半径依次为脱硫、脱氮、脱金属钒以及脱金属镍的催化剂;进口煤焦油中硫的质量分数为1.15%,氮的质量分数为0.8%,钒含量为0.68μg/g,镍含量为34μg/g;
反应后最终液体出口脱硫率达到95%,脱氮率达到32%,钒含量为0.45μg/g,镍的含量为25μg/g。采用常规超重力反应器(例如中国专利申请CN103102942A公开的超重力反应器),液体出口脱硫率≤80%,脱氮率≤21%,钒含量为0.55μg/g,镍的含量为30μg/g。本发明优于现有超重力反应器加氢工艺。
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)

1.一种在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、选择超重力反应器
超重力反应器,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;所述壳体上部还设有气体出入口,所述壳体侧面还设有第二气体入口;
S2、开动超重力反应器电机,带动旋转盘旋转,同时打开进料腔中的超声探头;将氢气和渣油输入进料腔内进行气液两相高效混合,使难溶性氢气在渣油中分散成大量的纳微米气泡,氢气在渣油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在气体压力和重力作用下喷射到旋转盘上,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催化剂,完成气液固三相加氢裂化反应过程。
2.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于:所述的超声探头功率为100-25000W,或200-20000W,或200-15000W,或200-10000W,或200-5000W,或500-25000W,或500-20000W,或500-15000W,或500-10000W,或500-5000W,或500-2500W,或500-1500W,或500-1000W;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。
3.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,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。
4.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于:步骤S2中,所述渣油包括常压渣油、减压渣油、脱沥青油、煤液化重油以及煤焦油中一种或多种。
5.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,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。
6.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于: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%。
7.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于:步骤S2和S3中,超重力反应器转速为200-2800r/min,加氢反应的温度300-650℃,压力1-25MPa,气相空速1000-30000h-1,液相空速5-1000h-1,氢油体积比为20:1-1000:1;优选地,超重力反应器转速为500-2000r/min,加氢反应的温度300-500℃,压力5-20MPa,气相空速5000-20000h-1,液相空速50-500h-1,氢油体积比为50:1-800:1;更优选的,超重力反应器内加氢反应的温度300-400℃,压力5-10MPa,气相空速10000-20000h-1,液相空速100-200h-1,氢油体积比为100:1-500:1。
8.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于:步骤S3中,所述转子内装载的催化剂包括脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂。
9.根据权利要求8所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于,所述转子内沿半径方向装填不同类型的催化剂,各不同类型催化剂沿半径进行同心圆环排布,沿半径向外的同心圆环催化剂依次为脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质催化剂,各层催化剂之间用填料隔开。
10.根据权利要求1所述在超重力反应器内进行渣油加氢反应的方法,其特征在于:所述转子内各层催化剂的粒径随着转子半径的由小到大,各同心圆环层的催化剂粒径逐渐变小;
优选地,所述转子内各层催化剂的活性金属组分含量随着转子半径的由小到大,各层催化剂活性金属组分含量逐渐增加;更优选的,沿转子区域半径由内向外,相邻的同心催化剂圆环层活性金属组分含量比为1:1.2;最优选的,靠近液体分布器的同心圆环层内脱硫催化剂的圆环层内分为两层,前后两层催化剂活性金属组分含量比为1:1.2。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109382053A (zh) * 2018-11-12 2019-02-26 安徽科技学院 多传递过程集成装置
CN109603720A (zh) * 2019-01-08 2019-04-12 北京化工大学 超重力氧化反应器装置及应用
CN109925993A (zh) * 2019-04-10 2019-06-25 北京化工大学 超声微波耦合超重力及木质素降解的反应系统、方法
CN109967013A (zh) * 2019-04-10 2019-07-05 北京化工大学 超声微波耦合超重力反应装置及系统
CN110538613A (zh) * 2019-08-09 2019-12-06 北京化工大学 螺旋管式进料的超重力微波耦合反应器及系统
CN112175653A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 南京延长反应技术研究院有限公司 一种煤液化的强化反应系统及方法
CN112175654A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 南京延长反应技术研究院有限公司 一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统及工艺
CN113416433A (zh) * 2021-03-29 2021-09-21 北京化工大学 一种非晶态氢氧化铬分散体的制备方法
CN115322810A (zh) * 2021-04-26 2022-11-11 中国石油天然气股份有限公司 重油强化混氢加氢工艺、液相加氢反应系统及其对流旋转混合器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1507940A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 中国石油化工股份有限公司 催化反应的方法
WO2013067832A1 (zh) * 2011-11-10 2013-05-16 北京化工大学 一种选择性调控费托合成产品的方法
CN104549100A (zh) * 2013-10-16 2015-04-29 北京化工大学 一种新型无源的超重力旋转床装置
CN104874315A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 中石化洛阳工程有限公司 一种强化加氢工艺的微气泡发生器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1507940A (zh) * 2002-12-16 2004-06-30 中国石油化工股份有限公司 催化反应的方法
WO2013067832A1 (zh) * 2011-11-10 2013-05-16 北京化工大学 一种选择性调控费托合成产品的方法
CN104549100A (zh) * 2013-10-16 2015-04-29 北京化工大学 一种新型无源的超重力旋转床装置
CN104874315A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 中石化洛阳工程有限公司 一种强化加氢工艺的微气泡发生器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
焦纬洲: "《超重力强化甲醇柴油乳化燃料制备技术》", 31 December 2013, 国防工业出版社 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109382053A (zh) * 2018-11-12 2019-02-26 安徽科技学院 多传递过程集成装置
CN109603720A (zh) * 2019-01-08 2019-04-12 北京化工大学 超重力氧化反应器装置及应用
CN109603720B (zh) * 2019-01-08 2021-03-26 北京化工大学 超重力氧化反应器装置及应用
CN109925993A (zh) * 2019-04-10 2019-06-25 北京化工大学 超声微波耦合超重力及木质素降解的反应系统、方法
CN109967013A (zh) * 2019-04-10 2019-07-05 北京化工大学 超声微波耦合超重力反应装置及系统
CN112175653A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 南京延长反应技术研究院有限公司 一种煤液化的强化反应系统及方法
CN112175654A (zh) * 2019-07-04 2021-01-05 南京延长反应技术研究院有限公司 一种煤直接液化的沸腾床强化反应系统及工艺
CN110538613A (zh) * 2019-08-09 2019-12-06 北京化工大学 螺旋管式进料的超重力微波耦合反应器及系统
CN113416433A (zh) * 2021-03-29 2021-09-21 北京化工大学 一种非晶态氢氧化铬分散体的制备方法
CN115322810A (zh) * 2021-04-26 2022-11-11 中国石油天然气股份有限公司 重油强化混氢加氢工艺、液相加氢反应系统及其对流旋转混合器
CN115322810B (zh) * 2021-04-26 2024-03-26 中国石油天然气股份有限公司 重油强化混氢加氢工艺、液相加氢反应系统及其对流旋转混合器

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