CN108998080A - 一种放电等离子体重油加氢多级处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放电等离子体重油加氢多级处理装置，由多个等离子体反应腔体串联组成，腔体两端连接带孔绝缘板与其他腔体连通，腔体外覆盖低压电极并接地，腔体内插入高压电极并接高压电源，腔体内填充加氢催化剂，腔体外设加热和温控装置、配气及流量控制装置、气液产物收集及循环处理装置和阀控装置。本发明还提供了一种放电等离子体重油加氢多级处理工艺，重油和富氢气体预热混合后注入第一反应腔体发生加氢反应，气态产物排出反应腔体冷凝收集，液态产物与富氢气体预热混合后注入第二反应腔体，以此类推形成逐级分布加氢处理。本发明的有益效果：针对不同重油馏分，有效调控重油加氢处理流程，避免单一反应条件下加氢效率低的缺点。

Description

一种放电等离子体重油加氢多级处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及重油处理技术领域，具体而言，涉及一种放电等离子体重油加氢多级处理装置及工艺。

背景技术

当前石油劣质化趋势不断加剧，重油加工需求相应增加，传统基于高温高压催化、以氢气为“氢”源的重油加氢技术正在面临严峻挑战。针对主要技术瓶颈：(1)高耗能、高污染：放电等离子体技术能够提供高能电子和自由基等高化学反应活性的物质，有利于提高化学反应速率、降低反应能耗以及简化反应设备，特别是与催化剂共同作用，能够在提升目标产物产率同时降低能耗和污染；(2)“氢”源短缺：目前氢气在产量、运输存贮等方面存在技术瓶颈，需要可替代“氢”源。自然界中富氢气体储量丰富，而且在炼油过程中也会副产大量的低碳烷烃(如甲烷和乙烷)，以富氢气体为“氢”源能够解决“氢”源不足的限制。结合以上两点形成新的重油加氢技术路线：放电等离子体技术转化富氢气体产生活性“富氢”自由基(氢、甲基等)，其中部分与预热的重油分子发生加氢反应产生轻质油品，另外部分“富氢”自由基发生复合反应产生高附加值烯烃。

放电等离子体技术转化富氢气体研究广泛，然而同时与重油加氢耦合报道较少。美国专利(专利号：US 6896854B2和US 7494574 B2)分别公开了一种放电等离子体技术同时转化天然气和重质烃的装置和方法，其特征在于采用介质阻挡放电等离子体反应腔体，并在反应腔体内装填加氢转化催化剂和加氢处理催化剂，将天然气与重质烃通入反应腔体，在电场作用和一定温度条件下，分别将天然气活化为高活性自由基、重质烃活化成较小的分子碎片，自由基与分子碎片反应生成汽油、柴油等燃料。

中国专利(专利号：CN 102942950A)公开了一种等离子体提质重质碳氢化合物生产轻质油品的方法及装置。所述装置由一个等离子体反应腔体组成，能够是加热条件下实现氢气、氮气、甲烷等气体放电等离子体在催化剂存在的情况下与重油相互作用。所述装置可以调控活性氢自由基产生速率和外加温度实现与重热裂解的大分子反应。由于该技术直接将重油大分子置于等离子体的放电区域中，可能无法避免重油大分子的“过度”裂解生成过多低价值干气，热裂解产生的重油大分子自由基片段之间的聚合、结焦反应。

众所周知，重油成分非常复杂、种类繁多，上述公开专利存在主要缺陷有：(1)反应器结构单一，处理流程过于简单，原料适用性差，不能够对不同馏分、种类的重油进行差异化处理；(2)重油“过度”裂解严重：现有技术均将重油放置于强电场中，会造成重油分子“过度”裂解、发生结焦现象并产生大量低值干气；(3)轻质油产率、能耗等核心技术工艺并未涉及：现有技术仅仅考虑处理技术和工艺，由于结构、工艺比较简单，轻质油产率、能耗等不能得到优化。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种放电等离子体重油加氢多级处理装置及工艺，采用多个串联的等离子体反应腔体，在高压激励下放电产生等离子体活化富氢气体后产生富氢自由基在适当加热条件下与重油分子发生多级加氢反应，能够针对不同馏分的重油样品，合理选择放电等离子体反应腔体的参数和组合方案，从而提升重油加氢的产率和能效，避免单一反应条件下加氢效率低的缺点。

本发明提供了一种放电等离子体重油加氢多级处理装置，包括：

等离子体反应腔体，其腔体内插入高压电极并连接高压电源，腔体外覆盖低压电极并接地，多个等离子体反应腔体串联设置，且相邻两个等离子体反应腔体上下两端通过带孔绝缘板连通，至少一个等离子体反应腔体内填充加氢催化剂；

加热和温控装置，其位于所述等离子体反应腔体外，并与所述等离子体反应腔体配套设置；

配气及流量控制装置，其包括载气、工作气体、与所述载气和所述工作气体相连的质量流量控制器、以及与所述质量流量控制器相连的混气室；

气液产物收集及循环处理装置，其包括与第一级等离子体反应腔体相连的重油管路、与多个等离子体反应腔体相连的多个气体收集管路、以及与最后一级等离子体反应腔体相连的收集循环管路；

其中：

所述重油管路上依次设置有存储有待处理重油样品的储油罐、预热装置和油气混合罐，所述混气室输出端接至所述油气混合罐；

所述气体收集管路上设置气体稳压罐，多个所述气体稳压罐均接至气体储存罐；

所述收集循环管路上设置气体稳压罐、气液分离器和循环泵，所述气液分离器的气体入口与最后一级等离子体反应腔体相连，气体出口与气体稳压罐相连，液体出口通过所述循环泵接至所述储油罐；

阀控装置，其包括位于所述质量流量控制器与所述混气室之间、所述混气室与所述油气混合罐之间、所述重油管路上、多个所述气体收集管路上、所述收集循环管路上、以及连接在所述混气室和多个等离子体反应腔体之间的若干阀门。

作为本发明进一步的改进，所述等离子体反应腔体的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电和电晕放电中的任何一种。

作为本发明进一步的改进，所述等离子体反应腔体采用介质阻挡放电结构，由金属高压电极、绝缘套筒、绝缘支撑和金属低压电极组成，所述绝缘套筒固定在所述绝缘支撑上，所述金属高压电极穿过所述绝缘支撑后插入所述绝缘套筒内，所述金属高压电极连接所述高压电源，所述金属低压电极贴附在所述绝缘套筒外表面并接地。

作为本发明进一步的改进，所述高压电源为直流电源、交流电源、纳秒脉冲电源、射频电源和微波电源中的任何一种；

其中，所述直流电源电流幅值可调，所述交流电源峰值电压和频率可调，所述脉冲电源上升沿、脉宽、下降沿、极性和频率可调，所述射频电源占空比、功率和调制频率可调，所述微波电源功率可调。

作为本发明进一步的改进，所述加热和温控装置包括位于所述等离子体反应腔体外的加热炉、与所述加热炉相连的热电偶、以及与所述热电偶相连的温控仪。

作为本发明进一步的改进，加氢催化剂为加氢精制催化剂、加氢处理催化剂、加氢裂化催化剂和加氢异构催化剂中的一种或多种。

作为本发明进一步的改进，所述带孔绝缘板采用耐热绝缘材料，为陶瓷、聚四氟乙烯和石英中的任何一种，孔径范围为0.1～1mm。

作为本发明进一步的改进，所述载气为惰性气体，采用氩气或氦气；所述工作气体为富氢气体，采用氢气、甲烷、乙烷中的一种或多种。

本发明还提供了一种放电等离子体重油加氢多级处理方法，包括以下步骤：

步骤1，搭建放电等离子体重油加氢多级处理装置：连接多个等离子体反应腔体、加热和温控装置、配气及流量控制装置、气液产物收集及循环处理装置和阀控装置；

步骤2，清洗放电等离子体重油加氢多级处理装置并进行预处理准备：

步骤201，采用载气清洗所有装置，并通过阀控装置控制多个等离子体反应腔体、气及流量控制装置和气液产物收集及循环处理装置的气压；

步骤202，将储油罐内储存的待处理重油样品经过加热装置预热至一定温度，载气和工作气体混合后，与预热后重油样品经油气混合罐混合后一起注入第一级等离子体反应腔体中；

步骤203，多个加热和温控装置分别将对应等离子体反应腔体加热至工作温度；

步骤3，启动重油加氢处理并收集处理过程产生的气态产物和液态产物：

步骤301，调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，同时调节与所有等离子体反应腔体连接的高压电源的工作参数并启动；

步骤302，第一级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢自由基，并与重油分子发生加氢反应，加热和温控装置控制所述第一级等离子体反应腔体的温度恒定，同时处理过程中的气态产物实时排出等离子体反应腔体，并通入对应气体收集管路上的气体稳压罐；

步骤303，处理后的液态重油样品通过带孔绝缘板进入第二级等离子体反应腔体，第二级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢(氢、甲基)自由基，并与液态重油样品的重油分子再次发生加氢反应，多级等离子体反应腔体以此类推；

步骤304，经多个等离子体反应腔体处理后，流出最后一级等离子体反应腔体的液态产物通入气液分离器，并经过循环泵抽送到所述储油罐进行循环处理，同时，流出最后一级等离子体反应腔体处理后的气态产物经过气液分离器后通入气体稳压罐；

步骤4，检测气态产物和液态产物：

步骤401，所有气体稳压罐的气体均被气体储存罐收集，通过检测仪器检测所述储存罐中气体的组成成份；

步骤402，液态产物被所述储油罐收集，通过检测仪器检测所述储油罐中重油的元素含量和馏分组成；

步骤5，重新调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，重复上述步骤3，结合气体产物和液态产物的检测结果，选择最优的结构和反应参数。

作为本发明进一步的改进，等离子体反应腔体的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电或电晕放电；

等离子体反应腔体的反应参数包括高压电极材料种类、绝缘材料种类和厚度、气体间隙、催化剂种类、载气和工作气体种类及流量、以及工作温度。

本发明的有益效果为：

对不同馏分重油样品，采用多个放电等离子体反应腔体串联设计，通过单独调控单个等离子体反应腔体的尺寸、催化剂、施加电压和温度等条件，实现重油级联、分布式加氢处理；

通过变化等离子体反应腔体内电极结构和尺寸，实现电场与重油分子共存或分离两种不同处理方式，避免重油“过度”裂解；

通过调节等离子体反应腔体参数和组合方式，能够有效优化轻质油产率、能耗。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种放电等离子体重油加氢多级处理装置的结构示意图。

图中，

1、载气；2、工作气体；3、质量流量控制器；4、阀门；5、混气室；6、温控仪；7、热电偶；8、加热炉；9、带孔绝缘板；10、金属高压电极；11、绝缘套筒；12、绝缘支撑；13、金属低压电极；14、高压电源；15、气体储存罐；16、气体稳压罐；17、气液分离器；18、循环泵；19、储油罐；20、预热装置；21油气混合罐。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，本发明实施例的一种放电等离子体重油加氢多级处理装置，由多个等离子体反应腔体串联组成，每个反应腔体由高压电极、低压电极、带孔绝缘板、绝缘介质等组成。腔体上下两端均连接带孔绝缘板与其他腔体相连通，腔体外覆盖低压电极并接地，腔体内插入高压电极并连接高压电源，腔体内填充加氢催化剂，腔体外设有加热和温控装置、配气及流量控制装置、气液产物收集及循环处理装置和阀控装置。具体连接如下：

等离子体反应腔体通常为圆柱形，腔体内插入高压电极并连接高压电源14，腔体外覆盖低压电极并接地，多个等离子体反应腔体串联设置，且相邻两个等离子体反应腔体上下两端通过带孔绝缘板9连通，使得上一级等离子体反应腔体处理后的重油馏分继续进入到下一级等离子体反应腔体进行处理，至少一个等离子体反应腔体内填充加氢催化剂。

级联的等离子体反应腔体可以根据放电需求横向或竖向放置，且排列组合方式可根据需求调节。每个等离子体反应腔体的结构和反应参数可以根据重油馏分进行相应调整。

等离子体反应腔体可选用的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电和电晕放电中的任何一种。以一种具体结构为例，如图1所示，等离子体反应腔体采用介质阻挡放电结构，由金属高压电极10、绝缘套筒11、绝缘支撑12和金属低压电极13组成，绝缘套筒11固定在绝缘支撑12上，金属高压电极10穿过绝缘支撑12后插入绝缘套筒11内，金属高压电极10连接高压电源14，金属低压电极13贴附在绝缘套筒11外表面并接地。绝缘套筒11为耐热绝缘材料，可选陶瓷、聚四氟乙烯、石英等，优选陶瓷。

等离子体反应腔体可调节的反应参数包括高压电极材料种类、绝缘材料种类和厚度、气体间隙、催化剂种类、载气和工作气体种类及流量、以及工作温度。加氢催化剂为加氢精制催化剂、加氢处理催化剂、加氢裂化催化剂和加氢异构催化剂中的一种或多种，不同级等离子体反应腔体可放置相同或不同的加氢催化剂。例如，催化剂种类可以为Ni，Co等过渡态金属氧化物或硫化物，担载量在1％-10％内可调控，负载为微球状或者条状Al₂O₃等，填充位置可以为等离子体反应腔体前段、中间、后端等。

带孔绝缘板9采用耐热绝缘材料，可选用陶瓷、聚四氟乙烯和石英中的任何一种，优选陶瓷，孔径范围为0.1～1mm，根据重油样品进行调节，优选0.2mm。

高压电源为直流电源、交流电源、纳秒脉冲电源、射频电源和微波电源中的任何一种。其中，直流电源电流幅值可调，电流调节范围为10～100A；交流电源峰值电压和频率可调，电压幅值为10～100kV，频率为1～100kHz；脉冲电源上升沿、脉宽、下降沿、极性、频率可调，上升沿、脉宽、下降沿调节范围均为10～10000ns，极性可选正、负极性，优选负极性，频率范围为100Hz～100kHz；射频电源占空比、功率、调制频率可调，占空比范围为10％～90％，功率范围为10-500W，调制频率范围为10Hz～10kHz；微波电源功率可调，功率范围为100～3000W。

加热和温控装置位于等离子体反应腔体外，并与等离子体反应腔体配套设置，用于将所述等离子体反应腔体加热至工作温度。加热和温控装置的温度在20～500℃范围内可调，多个于等离子体反应腔体的加热温度根据实际情况单独可调，工作温度通常在200～300℃。混合气体输送的管路、重油输送的管路根据实验情况可实现预热、保温功能(20-150℃)。以一种具体结构为例，如图1所示，加热和温控装置包括位于等离子体反应腔体外的加热炉8、与加热炉8相连的热电偶7、以及与热电偶7相连的温控仪6。

配气及流量控制装置包括载气1、工作气体2、与载气1和工作气体2相连的质量流量控制器3、以及与质量流量控制器3相连的混气室5。载气1为惰性气体，采用氩气或氦气等，优选氩气；工作气体2为富氢气体，采用氢气、甲烷、乙烷中的一种或多种，优选CH₄和H₂。

气液产物收集及循环处理装置，其包括与第一级等离子体反应腔体相连的重油管路、与多个等离子体反应腔体相连的多个气体收集管路、以及与最后一级等离子体反应腔体相连的收集循环管路。

其中：重油管路上依次设置有存储有待处理重油样品的储油罐19、预热装置20和油气混合罐21，混气室5输出端接至油气混合罐21。重油样品可选常压渣油、减压渣油、裂化渣油、裂化柴油、催化柴油、脱沥青油、减压蜡油、焦化蜡油、页岩油、煤焦油等中的一种。预热装置20根据重油样品调节预热温度，温度范围为50～300℃，优选80～100℃。

气体收集管路上设置气体稳压罐16，多个气体稳压罐16均接至气体储存罐15。

收集循环管路上设置气体稳压罐16、气液分离器17和循环泵18，气液分离器17的气体入口与最后一级等离子体反应腔体相连，气体出口与气体稳压罐16相连，液体出口通过循环泵18接至储油罐19。

阀控装置包括位于质量流量控制器3与混气室5之间、混气室5与油气混合罐21之间、重油管路上、多个气体收集管路上、收集循环管路上、以及连接在混气室5和多个等离子体反应腔体之间的若干阀门4。整个放电等离子体重油加氢多级处理装置通过阀控装置实现运行过程中全密封，气压根据实验情况可在0.1-10大气压范围内调节，等离子体反应腔体的压力在0.05～3.0MPa范围内调节，优选常压。

实施例2，本发明还提供了一种放电等离子体重油加氢多级处理方法，重油和富氢气体经过预热、混合后注入第一级等离子体反应腔体，施加高压激励的放电等离子体活化富氢气体后产生富氢(氢、甲基)自由基在适当加热条件下与重油分子发生加氢反应，气态产物排出第一级等离子反应腔体后冷凝收集，液态产物又与富氢气体预热、混合后注入第二级等离子体反应腔体，并根据液体组分施加相应地高压和温度等反应条件，并以此类推形成逐级、分布加氢处理。具体包括以下步骤：

步骤1，搭建放电等离子体重油加氢多级处理装置：连接多个等离子体反应腔体、加热和温控装置、配气及流量控制装置、气液产物收集及循环处理装置和阀控装置；

步骤2，清洗放电等离子体重油加氢多级处理装置并进行预处理准备：

步骤201，采用载气1清洗所有装置，并通过阀控装置控制多个等离子体反应腔体、气及流量控制装置和气液产物收集及循环处理装置的气压；

步骤202，将储油罐19内储存的待处理重油样品(通常为50ml或者100ml)经过加热装置20预热至一定温度，载气1和工作气体2混合后，与预热后重油样品经油气混合罐21混合后一起注入第一级等离子体反应腔体中；

步骤203，多个加热和温控装置分别将对应等离子体反应腔体加热至工作温度；

步骤3，启动重油加氢处理并收集处理过程产生的气态产物和液态产物：

步骤301，调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，同时调节与所有等离子体反应腔体连接的高压电源14的工作参数并启动；

步骤302，第一级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢(氢、甲基)自由基，并与液态重油样品的重油分子发生加氢反应，根据待处理重油样品设置处理时间(通常是1～4个小时)，加热和温控装置控制第一级等离子体反应腔体的温度恒定，同时处理过程中的气态产物实时排出等离子体反应腔体，并通入对应气体收集管路上的气体稳压罐16；

步骤303，处理后的液态重油样品通过带孔绝缘板9进入第二级等离子体反应腔体，第二级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢(氢、甲基)自由基，并与液态重油样品的重油分子再次发生加氢反应，多级等离子体反应腔体以此类推；

步骤304，经多个等离子体反应腔体处理后，流出最后一级等离子体反应腔体的液态产物通入气液分离器17，并经过循环泵18抽送到储油罐19进行循环处理，同时，流出最后一级等离子体反应腔体处理后的气态产物经过气液分离器17后通入气体稳压罐16；

步骤4，检测气态产物和液态产物：

步骤401，所有气体稳压罐16的气体均被气体储存罐15收集，通过GC-MS、FTIR等通用检测仪器检测储存罐15中气体的组成成份；

步骤402，液态产物被储油罐19收集，可通过收集循环管路上的阀门4定时取样测量，通过GC-MS、FTIR、ICP-MS等通用检测手段检测储油罐19中重油的硫、氮、碳、氢、金属等元素含量和馏分组成；

步骤5，重新调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，重复上述步骤3，结合气体产物和液态产物的检测结果，选择最优的结构和反应参数。

其中，等离子体反应腔体的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电或电晕放电；等离子体反应腔体的反应参数包括高压电极材料种类、绝缘材料种类和厚度、气体间隙、催化剂种类、载气和工作气体种类及流量、以及工作温度。

具体使用时：

以图1的放电等离子体重油加氢多级处理为例，对重油样品进行加氢处理。其中载气1为氩气，工作气体2采用CH₄，重油样品为中东VGO，等离子体反应腔体结构为介质阻挡放电形式。

按照图1连接整个装置，三个等离子体反应腔体竖向放置，且第一级等离子体反应腔体下端与第二级等离子体反应腔体上端通过带孔绝缘板9连通，第二级等离子体反应腔体下端与第三级等离子体反应腔体上端通过带孔绝缘板9连通。三个等离子体反应腔体均采用介质阻挡放电结构，由金属高压电极10、绝缘套筒11、绝缘支撑12和金属低压电极13组成，绝缘套筒11固定在绝缘支撑12上，金属高压电极10穿过绝缘支撑12后插入绝缘套筒11内，金属高压电极10连接高压电源14，金属低压电极13贴附在绝缘套筒11外表面并接地。每个等离子体反应腔体外部设置温控仪6、热电偶7和加热炉8组成的加热和温控装置，加热炉8至于绝缘套筒11外部，热电偶7与加热炉8相连，温控仪6与热电偶7相连。储油罐19与预热装置20相连，预热装置20与油气混合罐21相连，油气混合罐21接至第一级等离子体反应腔体。载气1和工作气体2分别通过质量流量控制器3通入混气室5，混气室5接至油气混合罐21。第一级等离子体反应腔体、第二级等离子体反应腔体、第三级等离子体反应腔体分别与对应气体收集管路上的气体稳压罐16相连，同时第三级等离子体反应腔体液体入口与气液分离器17相连，气液分离器17气体出口与气体稳压罐16相连，气液分离器17液体出口通过循环泵18接至储油罐19。所有的气体稳压罐16均与气体储存罐15相连。两个质量流量控制器3与混气室5相连的管路上分别安装一个阀门4，混气室5与油气混合罐21相连的管路上安装一个阀门4，混气室5与三个等离子体反应腔体相连的管路上分别安装一个阀门4，预热装置20与油气混合罐21相连的管路上安装一个阀门4，每个气体稳压罐16与气体储存罐15相连的管路上安装一个阀门4，气液分离器17与循环泵18相连的管路上安装一个阀门4。

接通载气1对整个装置进行清洗，并接通工作气体2，通过质量流量控制器3控制氩气流速为100ml/min，CH₄流速为50ml/min。通过温控仪6和热电偶7控制加热炉8温度恒定为250℃。将放置于储油罐19中的50ml中东VGO原料油经过预热装置20预热至100℃后进入到油气混合罐21，并流入第一级等离子体反应腔体中。

分别调节第一级等离子体反应腔体、第二级等离子体反应腔体、第三级等离子体反应腔体的参数：气体间隙分别3mm、2mm、1mm；内置的加氢催化剂均为担载量为5％的条状Ni/Al₂O₃；高压电源14选择高压脉冲电源，幅值分别为15kv、10kv、7kv，频率分别为10kH、8kHz、6kHz，上升沿、下降沿均为100ns，脉宽均为200ns，极性均为正极性。同时启动三个脉冲高压脉冲电源开关，激励混合油气放电。

气态产物分别通过与第一级等离子体反应腔体、第二级等离子体反应腔体、第三级等离子体反应腔体相连的气体收集管路上的气体稳压罐16收集，三个气体稳压罐16的气体均被气体储存罐15收集，液态产物流出第三级等离子体反应腔体通入气液分离器17，并经过循环泵18抽送到储油罐19进行循环处理，整个加氢处理过程共计进行4个小时。

处理过后，由中东VGO的原料油与处理后的产物油性质对照表中数据可知，产品油的密度变轻，硫氮含量降低，氢碳比略有提高，各模拟蒸馏数据变小，气煤柴油的含量增加，馏分段和重油含量降低，油中重金属含量逐渐降低。

表1中东VGO原料油与处理后的产物油性质对照表

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，包括：

等离子体反应腔体，其腔体内插入高压电极并连接高压电源(14)，腔体外覆盖低压电极并接地，多个等离子体反应腔体串联设置，且相邻两个等离子体反应腔体上下两端通过带孔绝缘板(9)连通，至少一个等离子体反应腔体内填充加氢催化剂；

加热和温控装置，其位于所述等离子体反应腔体外，并与所述等离子体反应腔体配套设置；

配气及流量控制装置，其包括载气(1)、工作气体(2)、与所述载气(1)和所述工作气体(2)相连的质量流量控制器(3)、以及与所述质量流量控制器(3)相连的混气室(5)；

气液产物收集及循环处理装置，其包括与第一级等离子体反应腔体相连的重油管路、与多个等离子体反应腔体相连的多个气体收集管路、以及与最后一级等离子体反应腔体相连的收集循环管路；

其中：

所述重油管路上依次设置有存储有待处理重油样品的储油罐(19)、预热装置(20)和油气混合罐(21)，所述混气室(5)输出端接至所述油气混合罐(21)；

所述气体收集管路上设置气体稳压罐(16)，多个所述气体稳压罐(16)均接至气体储存罐(15)；

所述收集循环管路上设置气体稳压罐(16)、气液分离器(17)和循环泵(18)，所述气液分离器(17)的气体入口与最后一级等离子体反应腔体相连，气体出口与气体稳压罐(16)相连，液体出口通过所述循环泵(18)接至所述储油罐(19)；

阀控装置，其包括位于所述质量流量控制器(3)与所述混气室(5)之间、所述混气室(5)与所述油气混合罐(21)之间、所述重油管路上、多个所述气体收集管路上、所述收集循环管路上、以及连接在所述混气室(5)和多个等离子体反应腔体之间的若干阀门(4)。

2.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述等离子体反应腔体的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电和电晕放电中的任何一种。

3.根据权利要求2所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述等离子体反应腔体采用介质阻挡放电结构，由金属高压电极(10)、绝缘套筒(11)、绝缘支撑(12)和金属低压电极(13)组成，所述绝缘套筒(11)固定在所述绝缘支撑(12)上，所述金属高压电极(10)穿过所述绝缘支撑(12)后插入所述绝缘套筒(11)内，所述金属高压电极(10)连接所述高压电源(14)，所述金属低压电极(13)贴附在所述绝缘套筒(11)外表面并接地。

4.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述高压电源为直流电源、交流电源、纳秒脉冲电源、射频电源和微波电源中的任何一种；

其中，所述直流电源电流幅值可调，所述交流电源峰值电压和频率可调，所述脉冲电源上升沿、脉宽、下降沿、极性和频率可调，所述射频电源占空比、功率和调制频率可调，所述微波电源功率可调。

5.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述加热和温控装置包括位于所述等离子体反应腔体外的加热炉(8)、与所述加热炉(8)相连的热电偶(7)、以及与所述热电偶(7)相连的温控仪(6)。

6.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，加氢催化剂为加氢精制催化剂、加氢处理催化剂、加氢裂化催化剂和加氢异构催化剂中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述带孔绝缘板(9)采用耐热绝缘材料，为陶瓷、聚四氟乙烯和石英中的任何一种，孔径范围为0.1～1mm。

8.根据权利要求1所述的放电等离子体重油加氢多级处理装置，其特征在于，所述载气(1)为惰性气体，采用氩气或氦气；所述工作气体(2)为富氢气体，采用氢气、甲烷、乙烷中的一种或多种。

9.一种放电等离子体重油加氢多级处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，搭建放电等离子体重油加氢多级处理装置：连接多个等离子体反应腔体、加热和温控装置、配气及流量控制装置、气液产物收集及循环处理装置和阀控装置；

步骤2，清洗放电等离子体重油加氢多级处理装置并进行预处理准备：

步骤201，采用载气(1)清洗所有装置，并通过阀控装置控制多个等离子体反应腔体、气及流量控制装置和气液产物收集及循环处理装置的气压；

步骤202，将储油罐(19)内储存的待处理重油样品经过加热装置(20)预热至一定温度，载气(1)和工作气体(2)混合后，与预热后重油样品经油气混合罐(21)混合后一起注入第一级等离子体反应腔体中；

步骤203，多个加热和温控装置分别将对应等离子体反应腔体加热至工作温度；

步骤3，启动重油加氢处理并收集处理过程产生的气态产物和液态产物：

步骤301，调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，同时调节与所有等离子体反应腔体连接的高压电源(14)的工作参数并启动；

步骤302，第一级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢自由基，并与重油分子发生加氢反应，加热和温控装置控制所述第一级等离子体反应腔体的温度恒定，同时处理过程中的气态产物实时排出等离子体反应腔体，并通入对应气体收集管路上的气体稳压罐(16)；

步骤303，处理后的液态重油样品通过带孔绝缘板(9)进入第二级等离子体反应腔体，第二级等离子体反应腔体产生放电等离子体，活化混合后的富氢气体后产生富氢自由基，并与液态重油样品的重油分子再次发生加氢反应，多级等离子体反应腔体以此类推；

步骤304，经多个等离子体反应腔体处理后，流出最后一级等离子体反应腔体的液态产物通入气液分离器(17)，并经过循环泵(18)抽送到所述储油罐(19)进行循环处理，同时，流出最后一级等离子体反应腔体处理后的气态产物经过气液分离器(17)后通入气体稳压罐(16)；

步骤4，检测气态产物和液态产物：

步骤401，所有气体稳压罐(16)的气体均被气体储存罐(15)收集，通过检测仪器检测所述储存罐(15)中气体的组成成份；

步骤402，液态产物被所述储油罐(19)收集，通过检测仪器检测所述储油罐(19)中重油的元素含量和馏分组成；

步骤5，重新调节所有等离子体反应腔体的结构和反应参数，重复上述步骤3，结合气体产物和液态产物的检测结果，选择最优的结构和反应参数。

10.根据权利要求9所述的放电等离子体重油加氢多级处理方法，其特征在于，等离子体反应腔体的结构为裸电极放电、介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、滑动弧放电或电晕放电；

等离子体反应腔体的反应参数包括高压电极材料种类、绝缘材料种类和厚度、气体间隙、催化剂种类、载气和工作气体种类及流量、以及工作温度。