CN107880927B - 一种重油等离子体加氢处理工艺和系统 - Google Patents

一种重油等离子体加氢处理工艺和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种重油等离子体加氢处理工艺和系统，该工艺包括：将等离子体射流送入加氢反应器(1)中与重油原料接触并进行加氢反应，得到加氢产物。基于本发明系统的加氢处理工艺能够降低加氢处理过程中所产生的焦炭，提高重油原料的利用率。

Description

一种重油等离子体加氢处理工艺和系统
技术领域
本发明涉及一种重油等离子体加氢处理工艺和系统。
背景技术
近年，随着轻质原油资源的逐渐减少和价格的不断攀升，加工储量丰富、来源广泛和价格低廉的重油已成全球趋势。与此同时，市场对轻质油品的需求则不断增加，环保法规对油品质量要求也日益严格。上述形势迫使炼油厂必须认真面对重油深加工这一世界性技术难题，传统的重油加工技术正面临严峻的挑战。
当前重油加工技术主要包括脱碳和加氢两大类。脱碳技术因焦炭生成率高、产能低以及工艺可控性差，发展受到一定限制。而加氢技术一方面可以处理高硫、高残炭、高金属的劣质重油，另一方面可以提高液体收率和液体产品质量，是目前工业上发展较快和使用较多的重油加工技术。在重油加氢工艺中，采用催化剂活化氢气，所得活化氢随之与重油分子发生加氢改质反应，同时发生加氢脱硫、加氢脱氮以及加氢脱金属等加氢精制反应。另外，活化氢还可及时终止重油大分子热裂解所形成的自由基之间的缩合和生焦反应。
然而，目前的重油加氢主要存在几个方面的问题：一是在高温、高压和临氢下操作且空速低，反应器多，设备投资高，操作具有一定的危险性；二是催化剂存在积炭失活问题，装置运转周期短，装剂、卸剂周期长，严重影响炼厂经济效益；三是对于目前工业上常用的固定床和沸腾床重油加氢工艺，使用的均是毫米级颗粒状催化剂，而重油的粘度较大，存在严重的内扩散限制，导致重油大分子与催化剂的活性中心接触不完全，致使反应难以充分进行，影响了残炭的加氢转化效果。以上三个问题严重影响炼油企业的生产效率和经济效益，同时对于大量含硫、含氮废催化剂的处理也是难题之一。由上分析，催化剂不尽理想的活化氢“生产-输运”能力成为制约重油加氢技术进一步发展的关键因素。因此，通过探寻和发展高效、无污染的新型活化氢“生产-输运”技术有望实现重油加氢技术的重大突破和创新。
等离子体技术作为一种高效的分子活化手段，可以生产各种在理论上可以直接与重油分子进行反应的高活性粒子，如电子、自由基、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子，为突破传统重油加工技术瓶颈带来了新的机会，目前已引起炼油领域研究人员的高度关注和重视。
发明内容
本发明的目的是提供一种重油等离子体加氢处理工艺和系统，基于本发明系统的加氢处理工艺能够降低加氢处理过程中所产生的焦炭，提高重油原料的利用率。
为了实现上述目的，本发明提供一种重油等离子体加氢处理工艺，该工艺包括：将等离子体射流送入加氢反应器中与重油原料接触并进行加氢反应，得到加氢产物。
优选地，所述等离子体射流的制备步骤包括：将富氢气体送入等离子体发生器中进行放电处理，得到所述等离子体射流；其中，所述富氢气体包括选自氢气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
优选地，将所述等离子体射流从所述加氢反应器的侧面送入所述加氢反应器中与来自所述加氢反应器顶部的重油原料接触并进行加氢反应，得到的加氢产物从所述加氢反应器的底部送出所述加氢反应器；或者，将所述等离子体射流从所述加氢反应器的底部送入所述加氢反应器中与来自所述加氢反应器顶部的重油原料接触并进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器的侧面送出所述加氢反应器；或者，所述加氢反应器内的下部设置有顶部开口的溢流罐，所述溢流罐的外部与所述加氢反应器的内部形成反应空间；将所述重油原料送入所述溢流罐的底部与来自所述加氢反应器顶部的等离子体射流接触并在所述反应空间中进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器的侧面送出所述加氢反应器。
优选地，将多组等离子体射流从所述加氢反应器的侧面送入所述加氢反应器中，每组等离子体射流包括两股对称于所述加氢反应器的轴向送入所述加氢反应器中的等离子体射流。
优选地，所述重油原料为选自常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、油页岩油和煤焦油中的至少一种。
优选地，所述加氢反应的条件包括：温度为180℃-350℃，压力为0-2.0兆帕，等离子体射流与重油原料的重量比为1：(0.1-10)。
优选地，所述加氢反应在催化剂存在的条件下进行；其中，所述催化剂为选自加氢精制催化剂、加氢裂化催化剂和渣油加氢催化剂中的至少一种，反应空速为0.05-50小时-1。
本发明还提供一种重油等离子体加氢处理系统，该系统包括加氢反应器和位于所述加氢反应器外部的等离子体发生器，所述等离子体发生器设置有富氢气体入口和等离子体射流出口，所述加氢反应器设置有重油原料入口、等离子体射流入口和加氢产物出口，所述等离子体发生器的等离子体射流出口与所述加氢反应器的等离子体射流入口流体连通。
优选地，所述等离子体发生器为选自介质阻挡等离子体发生器、微波放电等离子体发生器、射频放电等离子体发生器、辉光放电等离子体发生器、电晕放电等离子体发生器和滑动弧放电等离子体发生器中的至少一种。
优选地，所述重油原料入口位于所述加氢反应器的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器的侧面，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器的底部；或者，所述重油原料入口位于所述加氢反应器的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器的底部，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器的侧面；或者，所述加氢反应器内的下部设置有顶部开口溢流罐，所述溢流罐的外部与所述加氢反应器的内部形成反应空间，所述溢流罐的底部与所述重油原料入口流体连通，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器的顶部并与所述溢流罐的顶部开口流体连通，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器的侧面，所述溢流罐的顶部开口通过所述反应空间与所述加氢产物出口流体连通。
优选地，所述加氢反应器的侧面包括多组由上至下沿着所述加氢反应器分布的等离子体射流入口，每组等离子体射流入口包括对称于所述加氢反应器轴向分布的两个等离子体射流入口。
优选地，所述重油等离子体加氢处理系统还包括分馏塔和气体分离装置，所述分馏塔设置有加氢产物入口、气体出口、液体产物出口和尾油出口，所述气体分离装置设置有气体入口、富氢气体出口和非富氢气体出口，所述分馏塔的加氢产物入口与所述加氢反应器的加氢产物出口流体连通，所述分馏塔的尾油出口与所述加氢反应器的重油原料入口流体连通，所述分馏塔的气体出口与所述气体分离装置的气体入口流体连通，所述气体分离装置的富氢气体出口与所述等离子体发生器的富氢气体入口流体连通。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、使由富氢气体所产生的等离子体射流中活性氢直接与重油大分子发生作用进而加氢转化，取代常规高温高压反应气氛，有利于提高装置的经济性，而且利于避免常规加氢工艺中的巨大氢耗；
2、使含有低碳烷烃等烃类的富氢气体所产生的等离子体射流中的其它高能活性粒子(CH3·、CH2·、CH·等)可以发生自由基链式叠合反应，副产高附加值的低碳烯烃；
3、实现对广泛存在于天然气、油田气、煤层气、催化裂解气以及炼厂废气中低价值的低碳烷烃资源进行高价值利用；
4、通过采用等离子体射流进行反应从而可以不使用催化剂，不仅节省巨额的催化剂研发、生产和运行成本，而且避免传统工艺中因催化剂结焦或中毒失活中断反应造成的时间和经济损失及对环境有污染的废催化剂的处理环节；
5、本发明将等离子体发生反应与重油加氢反应分别在不同的反应器中进行，防止重油在电场作用下大量生焦。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1包括本发明重油等离子体加氢处理工艺第一种实施方式的流程示意图，也包括本发明重油等离子体加氢处理系统第一种实施方式的结构示意图；
图2包括本发明重油等离子体加氢处理工艺第一种实施方式的优选实施方式的流程示意图，也包括本发明重油等离子体加氢处理系统第一种实施方式的优选实施方式的结构示意图；
图3包括本发明重油等离子体加氢处理工艺第二种实施方式的流程示意图，也包括本发明重油等离子体加氢处理系统第二种实施方式的结构示意图；
图4包括本发明重油等离子体加氢处理工艺第三种实施方式的流程示意图，也包括本发明重油等离子体加氢处理系统第三种实施方式的结构示意图。
附图标记说明
1加氢反应器 2等离子体发生器 3分馏塔
4气体分离装置 5预热器 6控制阀
7加热炉 8溢流罐 9反应空间
101管线 102管线 103管线
104管线 105管线 106管线
107管线 108管线 109管线
110管线
201管线 202管线 203管线
204管线 205管线 206管线
207管线 208管线 209管线
210管线 211管线
301管线 302管线 303管线
304管线 305管线 306管线
307管线 308管线 309管线
310管线 311管线 312管线
313管线
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供一种重油等离子体加氢处理工艺，该工艺包括：将等离子体射流送入加氢反应器1中与重油原料接触并进行加氢反应，得到加氢产物。本发明的工艺不仅可以在有效避免结焦反应的同时，实现重油高效加氢以及低碳烷烃等富氢气体的高价值利用，还可以副产高附加值低碳烯烃产品，同时减少装置操作和维护费用，并降低装置长周期运转所面临的环保风险。
根据本发明，重油原料和富氢气体可以经过预热炉预热至150-250℃后再进行反应。
根据本发明，等离子体射流是本领域技术人员所熟知的，可以采用等离子体发生器产生，例如，所述等离子体射流的制备步骤可以包括：将富氢气体送入等离子体发生器2中进行放电处理，得到所述等离子体射流；其中，所述富氢气体可以包括选自氢气、水和氢碳比大于2的有机化合物中的至少一种，优选氢气和C1-C3的低碳烷烃，更优选为包括选自氢气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种，进一步优选甲烷或乙烷。富氢气体放电处理的形式可以为介质阻挡放电、微波放电和射频放电中的至少一种，优选介质阻挡放电；富氢气体放电处理的属性可以为辉光放电、电晕放电和滑动弧放电中的至少一种，优选滑动弧放电；等离子体发生器2的激励电源可以选自为直流电源、高频高压电源、纳秒脉冲电源中的至少一种，优选纳秒脉冲电源；等离子体射流可以经电场或气流送入加氢反应器1中。放电处理的电压可以为100伏特-20000伏特，优选为2000伏特-10000伏特，频率可以为30Hz-2MHz，优选为200Hz-1MHz。
根据本发明，富氢气体在电场作用下经放电产生富含高浓度氢自由基、甲基自由基、亚甲基自由基等高活性粒子的等离子体，然后在电场驱动或工作气体流体驱动下，等离子体以射流方式脱离电场，随之与重油分子进行接触，在一定温度下，等离子体射流中高浓度的各种高活性粒子尤其是氢自由基、氢负离子、氢正离子等活性氢瞬间与原料油的各种不饱和大分子发生加氢反应，与此同时，等离子体中的甲基自由基、亚甲基自由基等活性粒子还会发生叠合反应生成低碳烯烃等物质。本发明可以通过多种方式将等离子体射流与加氢反应器中的重油原料混合，例如：
第一种实施方式，如图1-2所示，将所述等离子体射流从所述加氢反应器1的侧面送入所述加氢反应器1中与来自所述加氢反应器1顶部的重油原料接触并进行加氢反应，得到的加氢产物从所述加氢反应器1的底部送出所述加氢反应器1；
优选实施方式，如图1-2所示，将多组等离子体射流从所述加氢反应器1的侧面送入所述加氢反应器1中，每组等离子体射流包括两股对称于所述加氢反应器1的轴向送入所述加氢反应器1中的等离子体射流。由于等离子体射流方向与重油原料输送方向是垂直的，这样可以实现对等离子体射流的充分利用，一方面可以增加等离子体射流入射面积，另一方面能够保证未来得及与上方的等离子体射流进行加氢反应的重油分子继续再与下方的等离子体射流发生加氢反应，或者使已经与上方等离子体射流发生加氢反应的重油分子继续与下方的等离子体射流发生进一步加氢反应，从而实现重油分子在充分加氢的同时进行深度加氢，有利于提高加氢效率。因此，可以通过调控每一个等离子体发生器的工作参数实现对重油加氢处理深度的调变，从而实现对产物选择性的调变。
第二种实施方式，如图3所示，将所述等离子体射流从所述加氢反应器1的底部送入所述加氢反应器1中与来自所述加氢反应器1顶部的重油原料接触并进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器1的侧面送出所述加氢反应器1。低密度的等离子体射流从加氢反应器的底部进入与来自加氢反应器顶部的高密度的重油原料逆流混合，可以达到反应原料充分混合，提高反应效率的效果。
第三种实施方式，如图4所示，所述加氢反应器1内的下部设置有顶部开口的溢流罐8，所述溢流罐8的外部与所述加氢反应器1的内部形成反应空间9；将所述重油原料送入所述溢流罐8的底部与来自所述加氢反应器1顶部的等离子体射流接触并在所述反应空间9中进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器1的侧面送出所述加氢反应器1。通过设置溢流罐，使得重油原料能够通过从溢流罐顶部均匀溢出的方式实现重油原料与等离子体射流更充分的接触，提高中间馏分液体产物的产率。
第四种实施方式，所述重油原料与等离子体射流均从加氢反应器顶部、底部或侧面送入加氢反应器中，使重油原料与等离子体射流并流进行反应，以提高反应的空速，降低反应压降。
根据本发明，重油原料为本领域技术人员所熟知，例如可以为选自常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、油页岩油和煤焦油中的至少一种。
根据本发明，加氢反应及其条件是本领域技术人员所熟知的，为避免重油大分子在加氢过程中发生热解产生大分子自由基进而发生结焦反应，本发明控制较低的反应温度，以避免“重油分子一旦在反应过程中生成大分子自由基将不可避免发生结焦反应”的现象；另外，由于本发明的等离子体射流在加氢反应器外部生成，可以进一步避免焦现象；同时，本发明意外发现，在温和的反应条件下，等离子体加氢反应的效果也很好，例如，所述加氢反应的条件可以包括：温度为180℃-350℃，优选为200-300℃，压力为0-2.0兆帕，优选为常压，等离子体射流与重油原料的重量比为1：(0.1-10)。
根据本发明，所述加氢反应优选在催化剂存在的条件下进行；其中，所述催化剂可以为选自加氢精制催化剂、加氢裂化催化剂和渣油加氢催化剂中的至少一种，反应空速可以为0.05-50小时-1。催化剂的尺寸和形状可以与常规加氢催化剂相同或相似，例如，为球形、条形或蝶形等，粒径为0.5-10毫米，优选1.5-5.0毫米。
本发明还提供一种重油等离子体加氢处理系统，该系统包括加氢反应器1和位于所述加氢反应器1外部的等离子体发生器2，所述等离子体发生器2设置有富氢气体入口和等离子体射流出口，所述加氢反应器1设置有重油原料入口、等离子体射流入口和加氢产物出口，所述等离子体发生器2的等离子体射流出口与所述加氢反应器1的等离子体射流入口流体连通。
本发明可以在加氢反应器1内的等离子体射流入口处设置气体分布器，在重油原料入口处设置液体分布器。液体分布器的作用在于，确保重油或渣油分子在于等离子体发生加氢反应之前进行较好的分散，气体分布器的作用在于，可使进入加氢反应器的未被电离的富氢气体能够尽量均匀的分散成小气泡，实现对反应器内的重油分子进行搅拌，使得进入反应器的重油分子处于稳定的湍流状态，进一步促使这些分子的呈高分散状态，两个分布器共同作用，促进了重油渣油分子与等离子体射流的充分接触，确保加氢反应高效的进行。
根据本发明，等离子体发生器是本领域技术人员所熟知的，例如可以为选自介质阻挡等离子体发生器、微波放电等离子体发生器、射频放电等离子体发生器、辉光放电等离子体发生器、电晕放电等离子体发生器和滑动弧放电等离子体发生器中的至少一种。
根据本发明，等离子体发生器2与加氢反应器1可以有多种相对位置以及具体连接方式，例如：
第一种实施方式，如图1-2所示，所述重油原料入口位于所述加氢反应器1的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器1的侧面，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器1的底部；
优选实施方式，如图1-2所示，所述加氢反应器1的侧面包括多组由上至下沿着所述加氢反应器1分布的等离子体射流入口，每组等离子体射流入口包括对称于所述加氢反应器1轴向分布的两个等离子体射流入口。由于等离子体射流方向与重油原料输送方向是垂直的，这样可以实现对等离子体射流的充分利用，一方面可以增加等离子体射流入射面积，另一方面能够保证未来得及与上方的等离子体射流进行加氢反应的重油分子继续再与下方的等离子体射流发生加氢反应，或者使已经与上方等离子体射流发生加氢反应的重油分子继续与下方的等离子体射流发生进一步加氢反应，从而实现重油分子在充分加氢的同时进行深度加氢，有利于提高加氢效率。因此，可以通过调控每一个等离子体发生器的工作参数实现对重油加氢处理深度的调变，从而实现对产物选择性的调变。
第二种实施方式，如图3所示，所述重油原料入口位于所述加氢反应器1的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器1的底部，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器1的侧面。低密度的等离子体射流从加氢反应器的底部进入与来自加氢反应器顶部的高密度的重油原料逆流混合，可以达到反应原料充分混合，提高反应效率的效果。
第三种实施方式，如图4所示，所述加氢反应器1内的下部设置有顶部开口溢流罐8，所述溢流罐8的外部与所述加氢反应器1的内部形成反应空间9，所述溢流罐8的底部与所述重油原料入口流体连通，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器1的顶部并与所述溢流罐8的顶部开口流体连通，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器1的侧面，所述溢流罐8的顶部开口通过所述反应空间9与所述加氢产物出口流体连通。溢流罐8的顶部开口与等离子体射流入口相对，溢流罐上顶部开口的面积优选等于或略小于等离子体射流入口的面积。通过设置溢流罐，使得重油原料能够通过从溢流罐顶部均匀溢出的方式实现重油原料与等离子体射流更充分的接触，提高中间馏分液体产物的产率。
第四种实施方式，所述重油原料入口和等离子体射流入口均位于所述加氢反应器的顶部、底部或侧面，使重油原料与等离子体射流并流进行反应，以提高反应的空速，降低反应压降。
根据本发明，加氢处理产物可以有多种处理方式，一种具体实施方式，所述重油等离子体加氢处理系统还包括分馏塔3和气体分离装置4，所述分馏塔3设置有加氢产物入口、气体出口、液体产物出口和尾油出口，所述气体分离装置4设置有气体入口、富氢气体出口和非富氢气体出口，所述分馏塔3的加氢产物入口与所述加氢反应器1的加氢产物出口流体连通，所述分馏塔3的尾油出口与所述加氢反应器1的重油原料入口流体连通，所述分馏塔3的气体出口与所述气体分离装置4的气体入口流体连通，所述气体分离装置4的富氢气体出口与所述等离子体发生器2的富氢气体入口流体连通。气体分离装置4是本领域技术人员所熟知的，其原理可以为利用气体的沸点进行分离，可以利用气体分子的极性不同进行分离，本发明不再赘述。
下面将结合附图通过具体实施方式来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
如图1所示，等离子体加氢处理系统包括加氢反应器1、四个等离子体发生器2、分馏塔3、气体分离装置4、预热器5和控制阀6，四个等离子体发生器2分为上下两组，每组等离子体发生器2对称于加氢反应器1轴向设置，且等离子体射流入口均与加氢反应器1流体连通。富氢气体从管线101进入预热器5进行预热后经管线102和控制阀6进入四个等离子体发生器2中，在其中的放电功能部分生成等离子体，然后由等离子体输送部分从加氢反应器1的侧面送入加氢反应器1中。重油原料从管线103经过预热器5预热后从加氢反应器1的顶部送入加氢反应器1中，由上至下与不同组的等离子体发生器2所产生的等离子体射流接触并进行加氢反应。反应产物经管线104送入分馏塔3中进行分馏，分馏得到气体产物从管线105送入气体分离装置4中进行分离，分馏得到的中间馏分液体产物从管线106送出等离子体加氢处理系统，分馏得到的尾油部分经管线107外排，部分经管线110作为重油原料进行进一步加氢处理。气体分离装置4分离出的富氢气体经管线109经预热炉5预热后送入等离子体发生器2中生成等离子体射流送入加氢反应器1中进行进一步反应，非富氢气体经管线108外排。
图2的等离子体加氢处理系统与图1的等离子体加氢处理系统的区别在于设置了八个等离子体发生器，分为四组，使等离子体射流更加均匀地送入加氢反应器1中，增加加氢反应的稳定性。
如图3所示，等离子体加氢处理系统包括加氢反应器1、一个等离子体发生器2、分馏塔3、气体分离装置4、预热器5、控制阀6和加热炉7，等离子体发生器2位于加氢反应器1的下方。富氢气体从管线201经控制阀6进入预热器5进行预热后经管线202进入等离子体发生器2中，在其中的放电功能部分生成等离子体，然后由等离子体输送部分从加氢反应器1的底部送入加氢反应器1中。重油原料从管线203经过预热器5预热后从加氢反应器1的顶部送入加氢反应器1中，在加氢反应器1侧面加热炉7的加热下与逆流而上的等离子体射流接触并进行加氢反应，部分加氢轻组分产物从管线211送入分馏塔3中进行分馏，部分加氢重组分产物经管线204送入分馏塔3中进行分馏，分馏得到气体产物从管线205送入气体分离装置4中进行分离，分馏得到的中间馏分液体产物从管线206送出等离子体加氢处理系统，分馏得到的尾油部分经管线207外排，部分经管线210与重油原料混合后进行进一步加氢处理。气体分离装置4分离出的富氢气体经管线209经预热炉5预热后送入等离子体发生器中生成等离子体射流送入加氢反应器1中进行进一步反应，非富氢气体经管线208外排。
如图4所示，等离子体加氢处理系统包括加氢反应器1、一个等离子体发生器2、分馏塔3、气体分离装置4、预热器5、控制阀6和加热炉7，等离子体发生器2位于加氢反应器1的上方。富氢气体从管线301经控制阀6进入预热器5进行预热后经管线302进入等离子体发生器2中，在其中的放电功能部分生成等离子体，然后由等离子体输送部分从加氢反应器1的顶部送入加氢反应器1中。重油原料从管线303经过预热器5预热后从加氢反应器1的底部送入加氢反应器1的溢流罐8中并从溢流罐中均匀导出，在加氢反应器1侧面加热炉7的加热下与由上而下的等离子体射流接触并在反应空间9中进行加氢反应，部分加氢轻组分产物从管线313送入分馏塔3中进行分馏，部分加氢重组分产物经管线304送入分馏塔3中进行分馏，分馏得到气体产物从管线305送入气体分离装置4中进行分离，分馏得到的中间馏分液体产物从管线306送出等离子体加氢处理系统，其中石脑油产物从管线311送出，柴油产物从管线312送出，分馏得到的尾油部分经管线307外排，部分经管线310与重油原料混合后进行进一步加氢处理。气体分离装置4分离出的富氢气体经管线309经预热炉5预热后送入等离子体发生器2中生成等离子体射流，非富氢气体经管线308外排。
下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
本发明实施例和对比例所用华北渣油和沙轻渣油的物理、化学性质和组成如表1和表2所示。
本发明实施例和对比例所用分馏塔3中气体产物的沸点为50℃以下，中间馏分液体产物(亦可称为加氢生成油)的沸点为50℃-700℃，尾油产物的沸点为700℃以上。
实施例1
如图2所示，本实施例富氢气体采用CH4，以华北渣油作为重油原料进行试验，按如下步骤进行：(1)重油原料从管线103输入经预热器5预热至180℃后进入加氢反应器1中；(2)CH4从管线101输入经预热器5预热至150℃后进入8套等离子体发生器2中，接通等离子体发生器2的电源，控制每个等离子体电源的放电电压均为5kV，频率为50kHz，此时等离子体发生器2中形成电场，CH4等离子体随即产生，并输送进入加氢反应器1中与重油原料进行加氢反应；(3)通过加热炉对加氢反应器1进行加热，控制反应温度为300℃，反应压力为常压，等离子体射流与重油原料的重量比为1：0.6。反应完成后产物于加氢反应器1底部导入分馏塔3，经分馏得到气体产物、中间馏分液体产物(加氢生成油)以及馏分较重的尾油，尾油循环经管线110进入加氢反应器1再加工，气体产物导入气体分离装置4进行分离。之后对中间馏分液体产物的物理、化学性质和组成进行了分析，结果列于表1中，同时对气体产物组成也进行了分析，结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
实施例2
实施例2与实施例1试验方法基本相同，不同之处在于以沙轻渣油作为重油原料进行试验，中间馏分液体产物(加氢生成油)的物理、化学性质和组成分析结果列于表2中，气体产物组成分析结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
实施例3
如图3所示，本实施例富氢气体采用CH4，以华北渣油作为重油原料进行试验，按如下步骤进行：(1)来自管线203的重油原料经预热器5预热至180℃后进入加氢反应器1中；(2)CH4经预热器5预热至150℃后进入等离子体发生器2中，接通等离子体发生器2的电源，控制等离子体电源的放电电压5kV左右，频率为50kHz左右，此时等离子体发生器2中形成电场，CH4等离子体随即产生，并输送进入加氢反应器1中与重油原料进行加氢反应；(3)通过加热炉7对加氢反应器1进行加热，控制反应温度为300℃，反应压力为常压，等离子体射流与重油原料的重量比为1：0.6；所得液体产物于反应器底部液体产物出口导出经管线204进入分馏塔3，所得气体产物于装置顶部气体产物出口导出经管线211进入分馏塔3，经分馏得到气体组分、中间馏分液体产品(加氢生成油)和尾油，尾油经管线210循环进入加氢反应器1进行再加工，气体组分经气体分离器4进行分离。之后对中间馏分液体产物(加氢生成油)的物理、化学性质和组成进行了分析，结果列于表1中，同时对气体产物组成也进行了分析，结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
实施例4
实施例4与实施例3试验方法基本相同，不同之处在于以沙轻渣油作为重油原料进行试验，中间馏分液体产物(加氢生成油)的物理、化学性质和组成分析结果列于表2中，气体产物组成分析结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
实施例5
如图4所示，本实施例富氢气体采用CH4，以华北渣油作为重油原料进行试验，按如下步骤进行：(1)来自管线303的重油原料经预热器5预热至180℃后进入加氢反应器1中；(2)CH4经预热器5预热至150℃后进入等离子体发生器2中，接通)来自管线203的的电源，控制等离子体电源的放电电压5kV左右，频率为50kHz左右，此时来自管线203的中形成电场，CH4等离子体随即产生，经射流形式进入加氢反应器1中与重油原料接触并进行加氢反应；(3)通过加热炉7对加氢反应器1进行加热，控制反应温度为300℃，反应压力为常压，等离子体射流与重油原料的重量比为1：0.6；所得液体产物于反应器底部液体产物出口导出经管线304进入分馏塔3，所得气体产物于反应器顶部气体产物出口导出经管线313进入分馏塔3，经分馏得到气体组分、中间馏分液体产物(加氢生成油)和尾油，尾油经管线310循环进入加氢反应器1进行再加工，气体组分经气体分离器5进行分离。之后对中间馏分液体产物(加氢生成油)的物理、化学性质和组成进行了分析，结果列于表1中，同时对气体产物组成也进行了分析，结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
实施例6
实施例6与实施例5试验方法基本相同，不同之处在于以沙轻渣油作为重油原料进行试验，中间馏分液体产物(加氢生成油)的物理、化学性质和组成分析结果列于表2中，气体产物组成分析结果列于表3中，具体产物分布列于表4中。
对比例1
本对比例富氢气体采用CH4，以华北渣油作为重油原料进行试验，采用专利CN102942950B具体实施方式中所公开的等离子体加氢反应器对华北渣油进行了加氢处理，具体过程包括：(1)将预热后的甲烷与预热至180℃后的华北渣油在等离子体加氢反应器中混合；(2)与此同时，接通等离子体电源，控制等离子体电源的放电电压5kv左右，频率为5KHz左右，低压电极反应管与高压电极之间所形成电场，甲烷和渣油在电场和高温的作用下进行自由基反应，反应温度为425℃；(3)所得产物按照实施例1的流程进行分离，具体结果列于表1、表3和表4中。
对比例2
本对比例与对比例1的不同为，以沙轻渣油作为重油原料进行试验，具体结果列于表2-4中。
由表1-4可见，两种重油原料采用本发明方法在经射流型CH4等离子体在温和的加氢反应条件下进行处理后，无论物理性质还是化学性质都得到了显著改善，由残炭值显著降低、氢含量明显提高、平均分子量的显著减少、饱和分组成大幅增加以及芳香分、胶质和沥青质组成比例的大幅下降，本发明实现了重油组分的高效加氢转化。除此之外，本发明技术还具有优异的脱金属、脱氮和脱硫加氢精制性能。通过对气体产品分析发现，采用本发明提供的等离子体加氢工艺还可以副产高价值的低碳烯烃产品。另外，与采用将重油置于放电电场中进行加氢处理的技术相比，本发明的焦炭和尾油产率低，高价值中间馏分液体产物高。
另外，从表1和表2的数据可以看出，采用图2所示装置进行加氢反应，所得加氢生成油的残炭值、硫含量、氮含量、碳含量和金属含量更低，残炭前驱物转化率更高。
表1
表2
表3
表4

Claims (12)

1.一种重油等离子体加氢处理工艺，该工艺包括：
将等离子体射流送入加氢反应器(1)中与重油原料接触并进行加氢反应，得到加氢产物；所述等离子体射流的制备步骤包括：将富氢气体送入等离子体发生器(2)中进行放电处理，得到所述等离子体射流；其中，所述等离子体发生器(2)位于加氢反应器(1)外部。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述富氢气体包括选自氢气、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的工艺，其中，将所述等离子体射流从所述加氢反应器(1)的侧面送入所述加氢反应器(1)中与来自所述加氢反应器(1)顶部的重油原料接触并进行加氢反应，得到的加氢产物从所述加氢反应器(1)的底部送出所述加氢反应器(1)；
或者，将所述等离子体射流从所述加氢反应器(1)的底部送入所述加氢反应器(1)中与来自所述加氢反应器(1)顶部的重油原料接触并进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器(1)的侧面送出所述加氢反应器(1)；
或者，所述加氢反应器(1)内的下部设置有顶部开口的溢流罐(8)，所述溢流罐(8)的外部与所述加氢反应器(1)的内部形成反应空间(9)；将所述重油原料送入所述溢流罐(8)的底部与来自所述加氢反应器(1)顶部的等离子体射流接触并在所述反应空间(9)中进行加氢反应，所得加氢产物从所述加氢反应器(1)的侧面送出所述加氢反应器(1)。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中，将多组等离子体射流从所述加氢反应器(1)的侧面送入所述加氢反应器(1)中，每组等离子体射流包括两股对称于所述加氢反应器(1)的轴向送入所述加氢反应器(1)中的等离子体射流。
5.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述重油原料为选自常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、油页岩油和煤焦油中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述加氢反应的条件包括：温度为180℃-350℃，压力为0-2.0兆帕，等离子体射流与重油原料的重量比为1：(0.1-10)。
7.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述加氢反应在催化剂存在的条件下进行；其中，所述催化剂为选自加氢精制催化剂、加氢裂化催化剂和渣油加氢催化剂中的至少一种，反应空速为0.05-50小时-1。
8.一种重油等离子体加氢处理系统，该系统包括加氢反应器(1)和位于所述加氢反应器(1)外部的等离子体发生器(2)，所述等离子体发生器(2)设置有富氢气体入口和等离子体射流出口，所述加氢反应器(1)设置有重油原料入口、等离子体射流入口和加氢产物出口，所述等离子体发生器(2)的等离子体射流出口与所述加氢反应器(1)的等离子体射流入口流体连通。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述等离子体发生器(2)为选自介质阻挡等离子体发生器、微波放电等离子体发生器、射频放电等离子体发生器、辉光放电等离子体发生器、电晕放电等离子体发生器和滑动弧放电等离子体发生器中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述重油原料入口位于所述加氢反应器(1)的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器(1)的侧面，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器(1)的底部；
或者，所述重油原料入口位于所述加氢反应器(1)的顶部，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器(1)的底部，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器(1)的侧面；
或者，所述加氢反应器(1)内的下部设置有顶部开口的溢流罐(8)，所述溢流罐(8)的外部与所述加氢反应器(1)的内部形成反应空间(9)，所述溢流罐(8)的底部与所述重油原料入口流体连通，所述等离子体射流入口位于所述加氢反应器(1)的顶部并与所述溢流罐(8)的顶部开口流体连通，所述加氢产物出口位于所述加氢反应器(1)的侧面，所述溢流罐(8)的顶部开口通过所述反应空间(9)与所述加氢产物出口流体连通。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述加氢反应器(1)的侧面包括多组由上至下沿着所述加氢反应器(1)分布的等离子体射流入口，每组等离子体射流入口包括对称于所述加氢反应器(1)轴向分布的两个等离子体射流入口。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述重油等离子体加氢处理系统还包括分馏塔(3)和气体分离装置(4)，所述分馏塔(3)设置有加氢产物入口、气体出口、液体产物出口和尾油出口，所述气体分离装置(4)设置有气体入口、富氢气体出口和非富氢气体出口，所述分馏塔(3)的加氢产物入口与所述加氢反应器(1)的加氢产物出口流体连通，所述分馏塔(3)的尾油出口与所述加氢反应器(1)的重油原料入口流体连通，所述分馏塔(3)的气体出口与所述气体分离装置(4)的气体入口流体连通，所述气体分离装置(4)的富氢气体出口与所述等离子体发生器(2)的富氢气体入口流体连通。
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