CN107699276A - 一种多级超重力反应器重油加氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级超重力反应器重油加氢方法，包括如下步骤：开动超重力反应器电机，带动各级旋转盘旋转，同时打开进料腔中的超声探头；将氢气和重油输入进料腔内的进行气液两相高效混合，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第1级转子的旋转盘上，利用旋转盘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反应过程，反应产物自第1级转子底部的液体出口输送到第2级转子的旋转盘上进入第2级转子内进行反应，依次类推，直至进入第N级转子反应后自壳体底部液体出口排出反应器。本发明的方法可以实现脱沥青质≧50％，脱金属≧80％，脱硫率≧88％，脱氮率≧45％。
Description
技术领域
本发明属于重油加氢反应领域，尤其是涉及一种多级超重力反应器重油加氢方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展，能源危机的日益加剧，石油资源不足、原油变重变劣、中间馏分油需求量增加以及环保法规越来越严格等因素的存在，极大地促进了重油轻质化技术的发展。
重油原料组成一般具有以下特点：金属、硫和氮等杂质含量高，沥青质含量高，分子大小分布较宽。重油中的胶质和沥青质都是以若干个单元结构通过桥键连接而成的。胶质和沥青质的单元结构都以稠合的芳香环系为核心并合若干个环烷环，在芳香环和环烷环上带有若干个长度不等的烷基侧链，在其分子中还杂有各种硫、氮、氧的基团，并配合有镍、钒、铁等金属。实际上，胶质和沥青质中富集了原油中大部分的杂原子，要脱除渣油中的杂原子，必须将胶质和沥青质大分子解聚。沥青质分子的大小分布从数纳米到数百纳米不等，如果催化剂活性中心的间距小于沥青质分子，则沥青质分子很难通过扩散与催化剂的活性中心接触，而主要是吸附在催化剂的外表面或孔口，随着反应的进行只能因热缩合形成焦炭，导致催化剂失活。大孔催化剂有利于沥青质的脱除，但催化剂的孔径与比表面互为负相关，即平均孔径大的催化剂，其比表面积就小。因此为了兼顾这种性质，催化剂需要有合理的孔分布。采用具有梯度孔分布的催化剂，可以在保证大分子扩散性能的同时具有更高的加氢活性。
目前比较成熟的重油加氢技术为固定床重油加氢，该技术操作平稳，但该工艺受到原料性质的制约，对原料的金属、残碳等指标要求比较严格。而沸腾床加氢工艺原料适应性广，越来越受到人们的关注，但是该工艺要保持反应器中的催化剂处于沸腾状态，需要掌握进料在高温高压反应状态下的粘度、密度和表面张力等性质，并且对反应器内气液流速有严格限制，气液流速过低将不能保证催化剂沸腾，气液流速过高会将催化剂夹带出反应器，堵塞下游管线和设备，这无形中增加了操作的苛刻度，尤其当装置操作不平稳时，如果装置由于事故停止进料，沸腾的催化剂颗粒会沉降堆积在反应器底部的分布盘上，反应器中残留的原料在高温反应条件下会在催化剂上结焦积炭而使催化剂结块，当装置恢复正常操作重新进料时，催化剂将不能恢复到原来良好的沸腾状态。
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，由于氢气在粘度较大的重油中的溶解度较小则使用现有的超重力反应器不能够高效的进行重油加氢反应。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供多级超重力反应器重油加氢方法。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重油加氢反应，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重油料液(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；本发明的方法可以实现脱沥青质≧50％，脱金属≧80％，脱硫率≧88％，脱氮率≧45％。
为解决上述第一个技术问题，发明采用如下的技术方案：
一种多级超重力反应器重油加氢方法，包括如下步骤：
S1、选择超重力反应器
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；所述转子从上往下包括第1级转子-第N级转子；每一级转子中空位置设有旋转盘，每一级转子之间用隔板隔开，所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，每一级转子均与主轴固定连接；所述超重力反应器还包括进料腔；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第1级转子的旋转盘正上方；所述进料腔内设有超声探头，进料腔上设有气体入口、液体入口和催化剂入口；第2级转子-第N级转子的侧面壳体上设有气体入口和液体入口，底部设有液体出口；
S2、开动超重力反应器电机，带动各级旋转盘旋转，同时打开进料腔中的超声探头；将氢气和重油输入进料腔内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在重油中分散成大量的纳微米气泡，氢气在重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第1级转子的旋转盘上，利用旋转盘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反应过程，反应产物自第1级转子底部的液体出口输送到第2级转子的旋转盘上进入第2级转子内进行反应，依次类推，直至流经第N级转子反应后自壳体底部液体出口排出反应器。
作为技术方案的进一步改进，步骤S1中，所述超声探头功率为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，所述重油包括稠油、常压渣油、减压渣油、溶剂脱沥青油、页岩油或煤焦油中的一种或几种。
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，所述加氢反应的温度0-600℃，压力0.1-20MPa，氢油体积比为100:1-1000:1，液相空速0.1-5.0h-1，转子转速为100-2000r/min；优选地，所述加氢反应的温度200-600℃，压力1-15MPa，氢油体积比为200:1-800:1，液相空速0.5-5.0h-1，转子转速为300-1500r/min；更优选地，所述加氢反应的温度300-600℃，压力5-10MPa，氢油体积比为300:1-500:1，液相空速1-4h-1，转子转速为500-1000r/min。
作为技术方案的进一步改进，每一级转子内装载的催化剂包括脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭和脱沥青质催化剂。
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，重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。
6)本发明通过多级特定的超重力反应器，提高了脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质等的效率。
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为本发明具有3级转子的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。
本发明一种多级超重力反应器重油加氢方法，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1、主轴2、转子3和壳体4；所述转子从上往下包括第1级转子100-第N级转子N00；每一级转子中空位置设有旋转盘5，每一级转子之间用隔板隔开，所述电机输出端的主轴2穿过壳体4底部伸入到壳体内，每一级转子均与主轴2固定连接；所述超重力反应器还包括进料腔6；所述进料腔6设置在壳体4的上部，其下端伸入到壳体4内并设置在第1级转子100的旋转盘正上方；所述进料腔6内设有超声探头7，进料腔6上设有气体入口8、液体入口9和催化剂入口10；第2级转子100-第N级转子的侧面壳体上也设有气体入口8和液体入口9，底部设有液体出口11；
S2、开动超重力反应器电机，带动各级旋转盘旋转，同时打开进料腔6中的超声探头7；将氢气和重油输入进料腔6内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在重油中分散成大量的纳微米气泡，氢气在重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6的下端在气体压力和重力作用下喷射到第1级转子100的旋转盘上，利用旋转盘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反应过程，反应产物自第1级转子100底面的液体出口11排出后输送到第2级转子的旋转盘上然后进入转子内催化剂进行反应，依次类推，直至进入第N级转子N00反应后自壳体底部液体出口11排出反应器。
本申请创造性地在超重力反应器的进料腔6内布置超声探头7，实现了重油原料液与氢气的高效预混合，使气体能溶解在粘性大的重油原料中，而且，在达到气相饱和状态的同时，重油液相中还存在大量微米甚至纳米级的悬浮气泡；同时在超重力反应器的每一级转子的气体出口也可引入氢气；在两者的共同作用下，维持难溶性氢气在重油液相中的溶解量，能缓解传质速率对宏观反应速率的不利影响。本发明使用多级转子更有利于提高了脱硫、脱氮、脱金属、脱残炭及脱沥青质等的效率。
在本发明的某些实施例中，所述的超声探头功率为200-25000W，或200-20000W，或200-15000W，或200-10000W，或200-5000W，或500-2500W，或500-2000W，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，每一级转子的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，不仅能有效实现对重油进料在填料中的均匀分布，而且通过超重力气体每一级转子的气体入口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重油液相中的溶解量。
在本发明的某些实施例中，步骤S2中，所述重油包括稠油、常压渣油、减压渣油、溶剂脱沥青油、页岩油或煤焦油中的一种或几种；这些重油的粘度通常比较大，超过500mPa.s。
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，所述加氢反应的温度0-600℃，压力0.1-20MPa，氢油体积比为100:1-1000:1，液相空速0.1-5.0h-1，转子转速为100-2000r/min；优选地，所述加氢反应的温度200-600℃，压力1-15MPa，氢油体积比为200:1-800:1，液相空速0.5-5.0h-1，转子转速为300-1500r/min；更优选地，所述加氢反应的温度300-600℃，压力5-10MPa，氢油体积比为300:1-500:1，液相空速1-4h-1，转子转速为500-1000r/min。
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。
本发明通过对进料腔内的超声探头7的使用，可以使得进料腔6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、进料腔和超声探头的合称)，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，一种多级超重力反应器重油加氢方法，以脱除重油中的硫、氮及金属中的钒和镍；
所述超重力反应器中重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，进口重油中沥青质3.3％wt，硫的质量分数为2.79％，氮的质量分数为0.43％，钒含量为1.5μg/g，镍的含量为50μg/g。
反应后最终液体出口脱沥青质达到50％，脱金属达到80％，脱硫率达到88％，脱氮率达到45％。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或CN104419454A公开的超重力反应器)，液体出口脱硫率≦80％，脱氮率≦21％，脱金属≦50％，脱沥青质≦30％，本发明明显优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例2
如图2所示，一种多级超重力反应器重油加氢方法，以脱除重油中的硫、氮及金属中的钒和镍；操作步骤同实施例1，不同之处在于：
所述转速在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沥青质达到60％，脱金属达到85％，脱硫率达到90％，脱氮率达到50％。
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或CN104419454A公开的超重力反应器)，液体出口脱硫率≦80％，脱氮率≦21％，脱金属≦50％，脱沥青质≦30％，本发明明显优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例3
如图2所示，一种多级超重力反应器重油加氢方法，以脱除重油中的硫、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沥青质达到65％，脱金属达到88％，脱硫率达到92％，脱氮率达到60％。
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或CN104419454A公开的超重力反应器)，液体出口脱硫率≦80％，脱氮率≦21％，脱金属≦50％，脱沥青质≦30％，本发明明显优于现有超重力反应器加氢工艺。
实施例4
如图2所示，一种多级超重力反应器重油加氢方法，以脱除重油中的硫、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沥青质达到63％，脱金属达到88％，脱硫率达到92％，脱氮率达到56％。
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或CN104419454A公开的超重力反应器)，液体出口脱硫率≦80％，脱氮率≦21％，脱金属≦50％，脱沥青质≦30％，本发明明显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，镍的含量为34μg/g；
反应后最终液体出口脱沥青质达到65％，脱金属达到86％，脱硫率达到91％，脱氮率达到58％。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或CN104419454A公开的超重力反应器)，液体出口脱硫率≦80％，脱氮率≦21％，脱金属≦50％，脱沥青质≦30％。本发明明显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)
1.一种多级超重力反应器重油加氢方法，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；所述转子从上往下包括第1级转子-第N级转子；每一级转子中空位置设有旋转盘，每一级转子之间用隔板隔开，所述电机输出端的主轴穿过壳体底部伸入到壳体内，每一级转子均与主轴固定连接；所述超重力反应器还包括进料腔；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第1级转子的旋转盘正上方；所述进料腔内设有超声探头，进料腔上设有气体入口、液体入口和催化剂入口；第2级转子-第N级转子的侧面壳体上设有气体入口和液体入口，底部设有液体出口；
S2、开动超重力反应器电机，带动各级旋转盘旋转，同时打开进料腔中的超声探头；将氢气和重油输入进料腔内的进行气液两相高效混合，使难溶性氢气在重油中分散成大量的纳微米气泡，氢气在重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第1级转子的旋转盘上，利用旋转盘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反应过程，反应产物自第1级转子底部的液体出口输送到第2级转子的旋转盘上进入第2级转子内进行反应，依次类推，直至流经第N级转子反应后自壳体底部液体出口排出反应器。
2.根据权利要求1所述多级超重力反应器重油加氢方法，其特征在于：所述的超声探头功率为200-25000W，或200-20000W，或200-15000W，或200-10000W，或200-5000W，或500-2500W，或500-2000W，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，其特征在于：步骤S2中，所述重油包括稠油、常压渣油、减压渣油、溶剂脱沥青油、页岩油或煤焦油中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述多级超重力反应器重油加氢方法，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，其特征在于：所述加氢反应的温度0-600℃，压力0.1-20MPa，氢油体积比为100:1-1000:1，液相空速0.1-5.0h-1，转子转速为100-2000r/min；优选地，所述加氢反应的温度200-600℃，压力1-15MPa，氢油体积比为200:1-800:1，液相空速0.5-5.0h-1，转子转速为300-1500r/min；更优选地，所述加氢反应的温度300-600℃，压力5-10MPa，氢油体积比为300:1-500:1，液相空速1-4h-1，转子转速为500-1000r/min。
8.根据权利要求1所述多级超重力反应器重油加氢方法，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，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所述多级超重力反应器重油加氢方法，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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