CN109679682A - 一种溶氢设备和溶氢方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种溶氢设备和溶氢方法，该设备包含初级溶氢段、加速溶氢段、氢气释放段三部分。首先原料油与低压氢在初级溶氢段混合为饱和氢物流，然后将该物流与切向引入的富氢气液混合物料混合，形成一种携带了大量微气泡氢气的稳定“油包气”型流体，经过一定停留时间后的逃逸气体则经由氢气释放段释放后循环利用，“油包气”型流体作为加氢反应器进料发生液相加氢反应。本发明溶氢效率高，氢气携带量大，形成的“油包气”型气液混合流体状态稳定，应用于液相加氢反应中，可省去循环油系统，进一步简化工艺流程、减小加氢反应器体积、降低能耗、提高安全可靠性。

Description

一种溶氢设备和溶氢方法
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体为一种液相加氢工艺中的溶氢设备和溶氢方法。
背景技术
油品加氢技术是改善油品质量的重要技术手段，随着全球原油劣质化趋势的加强，通过加氢来将硫、氮、氧和金属等杂质进行脱除，使油品满足各种产品要求。在加氢过程中，参与反应的氢气实际上只有勇于化学耗氢的氢气，而传统滴流床反应器加氢技术中为了控制催化剂床层的反应温度和避免催化剂积碳失活，一般都采用较大的氢油比，因而反应过程中有大量的剩余氢气，这些富余的氢气通常经循环氢压缩机增压后与新氢混合继续作为反应的氢气进料，该工艺过程中的循环氢压缩机的投资占整个加氢装置成本的比例较高，氢气换热系统能耗较大，如果能将加氢处理过程中的氢气流量减少并省去氢气压缩机循环系统和循环氢压缩机，可以大幅度节省投资和降低生产成本，因而出现了馏分油液相加氢技术。
馏分油液相加氢技术是一种新型的加氢技术。常规滴流床加氢反应过程中主要是以氢气进行传质，即氢气是从气相扩散并溶解到油中的速度是整个加氢反应的速率控制步骤。而液相加氢工艺则消除了氢气扩散传质的影响，使加氢反应在动力学控制区进行，即氢气溶解于原料油中来满足加氢反应所需氢气，在反应器中为纯液相反应，可消除氢气从气相到液相的传质影响，通过液体循环来溶解反应所需的氢气量，满足加氢反应的需要。在液相加氢技术中，不需设置氢气循环系统，改为增加液相循环油系统和氢气与油的静态混合器，保证反应过程为氢气始终与油为单一相。
CN200810141293.X提出了一种液相加氢方法，取消了循环氢和循环氢压缩机，将氢气在溶剂或稀释剂存在下与新鲜反应进料和部分循环油混合形成混合物流，混合物流在分离罐中将气体分离后，液相进入反应器发生加氢反应，反应流出物一部分左右循环油，另一部分进入后续分馏系统。该方法由于化学耗氢大于溶解氢，因此为了使反应器进料的油中溶解较多的氢气，设置了循环油和稀释剂，以达到反应过程所需的反应氢，一方面设置了循环油系统不但使装置能耗大幅度增加，且反应器体积也增加很多，另一方面也增加了后续过程中稀释剂的脱除问题。
CN 105602619A提出了一种液相加氢异构系统及其工艺和应用方法，是将油品和氢气混合成为液态的氢油混合物，将所述氢油混合物引入加氢异构反应器进行加氢异构反应，加氢异构反应的产物分馏后引出目的产品，其中的加氢异构为液相加氢，至少在一组相邻的两催化剂床层之间设置了补充溶氢内构件用于向反应物中补充氢气。该发明方法中，虽然为液相加氢，但由于原料油对氢气的溶解能力有限，而化学耗氢则大于化学耗氢，因此需要在反应过程中来补充氢气维持反应氢，一方面加入氢气的位置不一定与化学耗氢一一对应，影响反应效果；另一方面补充溶氢构件的增设使高压加氢反应器变得十分复杂；此外，补充氢加入过程会改变反应器内物料流态，或对物料造成冲击，对加氢反应过程带来的一定的影响。
综上所述，对于航煤液相加氢过程来讲，采用常规的氢油混合构件，一般为了保证反应转化率，维持补充氢油比一般为7～12，即加氢反应过程中氢气过量，使反应过程中的氢气及生成的气体会逐渐逸出，在反应顶部气相空间累积，待顶部压力增大到一定程度后从排气口排出，浪费了大量氢气资源；而对于柴油液相加氢过程来讲，现有技术除采用常规的氢油混合构件的同时，主要靠大量的循环油携带氢气来实现液相加氢，使现有技术存在工艺流程复杂、装置操作成本高、能耗高、安全性差等诸多问题，这主要是与氢油混合器或溶氢系统/溶氢设备的效果不理想造成的，因此开发一种能够稳定溶解及携带大量分散氢的溶氢设施用于液相加氢过程，具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种溶氢设备和溶氢方法，本发明溶氢设备的初步溶氢段、加速溶氢段和氢气释放段，将氢气和原料油形成一种稳定的含有大量氢气的“油包气”型混合流体，提高了溶氢能力，对于化学耗氢大于或远大于原料油溶解氢的加氢过程来说，简化了工艺流程，省去了循环油系统，缩小反应器体积，减少氢气资源浪费，降低物耗和能耗，反应过程更加安全可靠。
本发明的溶氢设备包括溶氢设备壳体，溶氢设备壳体内部包含若干并联溶氢组件；所述的溶氢组件为腔体结构，沿物料流动方向依次为初步溶氢段、加速溶氢段和氢气释放段，各段之间相互贯通；其中加速溶氢段为锥形收缩结构，加速溶氢段的起始端连接高压氢分散设备，氢气释放段的中后部设置用于释放逸出气的气相出口，氢气释放段末端设置液相出口。
所述的初级溶氢段可以为多种形状的腔体结构，如圆筒形、圆锥形、方形等，优选为圆筒形；初级溶氢段内部装有强化流体扰动组件，一般为SWN型、SMX型、SMK型、SML型、SMH型、螺旋板片、波纹板片、旋转叶片、平叶片、弯曲叶片或多孔板片等组件等中的任意一种或几种；初级溶氢段起始端连接原料油进料管线和氢气进料管线，引入的氢气和原料油经初级溶氢段内部装有强化流体扰动组件混合为溶解氢物流。所述的加速溶氢段的收缩角为10°～30°，优选为15°～25°。所述的高压氢分散设备用于将氢气通过含有纳/微米孔道的分散介质分散到油相中，形成富氢气液混合物料。所述的含有纳/微米孔道的分散介质可以为膜管微分散器、微孔板或微孔材料等例如采用膜管微分散器时，高压氢分散设备为含有陶瓷膜管束的管壳式结构，管壳内可以包含一根或多根膜管，其中管内通入氢气，在压差推动下通过管壁上的纳/微米孔道进行渗透扩散形成纳/微米气泡进入分散器壳体，壳体内同时引入油相，将纳/微米气泡分散在液体中形成富氢气液混合物料，分散器壳体作为储存富氢气液混合物料的场所。高压氢分散设备包含将高压氢气引入的高压氢进料管线、将油相引入的油相引入管线和将富氢气液混合物料引出至加速溶氢段起始端的引出管线。在加速溶氢段，来自初步溶氢段的溶解氢物流与切向引入的富氢气液混合物料沿腔体呈螺旋式前进运动，由于溶解氢物流的离心力远大于富氢气液混合物料，从而沿加速溶氢段的管壁运动，富氢气液混合物料则在加速溶氢段的横截面中心运动，从而形成一种携带了大量氢气的“油包气”型流体；
所述的氢气释放段为一定长度的管状结构，管状结构的截面形状可以为方形、圆形、多边形或椭圆形中，优选为圆形，管状结构可以为直管和/或弯管，优选为直管，所述的弯管可以为S形、U形、螺旋形等中一种或几种；长度的设置一般根据体系氢油比和物料所需停留时间进行设置。
所述的加速溶氢段中锥形收缩结构的长度与氢气释放段的长度比为1：1～1：20，优选为1：5～1：15；其中所述的加速溶氢段的长度是指锥形收缩结构的中心轴长度，所述氢气释放段的长度一般指物料在氢气释放段实际流过直管或弯管的距离。
来自加速溶氢段的“油包气”型流体沿氢气释放段流动时，其中少量逃逸氢经氢气释放段的气相出口排出，可循环使用，“油包气”型流体通过液相出口引出，作为加氢反应器进料。氢气释放段的气相出口优选与氢气微分散设备连接，氢气微分散设备经管线再与初级溶氢段相连接。
本发明中，所述的“油包气”型流体是指为了说明所述的气液混合流体的一种物理状态，其中油相为溶解了氢气的原料油，气相为纳/微米级的氢气气泡。
本发明同时提供了一种溶氢方法，该方法采用了上述的溶氢设备。
本发明的溶氢方法，包括如下内容：
（1）首先原料油与氢气在初级溶氢段进行混合溶解，得到溶解氢物流；
（2）将（1）形成的溶解氢物流引入加速溶氢段，与自加速溶氢段切向引入富氢气液混合物料混合，溶解氢物流沿加速溶氢段管壁裹挟着富氢气液混合物料呈螺旋式前进运动，形成一种“油包气”型流体；
（3）“油包气”型流体流经氢气释放段，将“油包气”流体中的逃逸氢气释放、排出，得到含有大量氢气的稳定 “油包气”型流体。
本发明方法中，步骤（1）所述的原料油为能够进行液相加氢的各种油品，一般为馏程在130~550℃范围内任意馏分的烃类原料，可以选自但不限于石脑油、重整生成油、航煤、柴油、蜡油、润滑油、常压渣油、脱沥青油、生物柴油、动物油或植物油等中的一种或多种。
本发明方法中，步骤（1）所述的氢气可以直接通入初级溶氢段与原料油进行混合溶解，优选对氢气进行预分散后再进入初级溶氢段与原料油混合溶解，预分散的氢气的气泡尺寸为100～1000nm，一般可通过膜管微分散器、微孔板、微孔材料等对氢气进行分散。
本发明方法中，步骤（1）所述的混合溶解过程中，氢油质量比为0.001%～0.5%；氢油混合溶解条件为：常温～360℃，0.1～4.0MPaG，停留时间为0.5～30分钟；氢油混合溶解构件可以为具有管状混合器外壳，内部装有SWN型、SMX型、SMK型、SML型、SMH型、螺旋板片、波纹板片、旋转叶片、平叶片、弯曲叶片或多孔板片等任意强化流体扰动的组件中的任意一种或几种。
本发明方法中，步骤（2）所述的富氢气液混合物料中氢气气泡尺寸为0.5～500nm，一般通过高压氢分散设备得到。
本发明方法中，步骤（2）所述的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：常温～360℃，优选240~280℃，4.0～20.0MPaG，优选8~16MPaG；高压氢的给量可以远大于加氢过程中的化学氢耗，一般为氢油质量比为0.001%～15%，优选0.1%～5%；富氢气液混合物料中气相（Nm3/h）与液相（Nm3/h）的体积比为10：1～1500:1，优选为100:1～800:1。
本发明方法中，步骤（2）中的物料在加速溶氢段的停留时间为0.5～15分钟，优选1～5分钟，过短的停留时间达不到理想的氢气携带量和溶氢能力，过长的停留时间会由于饱和氢物流离心力的不足而失去携带氢气的能力。
本发明方法中，氢气释放段的停留时间与加速溶氢段的停留时间比为30:1～1:1，优选为5:1～10:1。
本发明方法中，步骤（3）所述的“油包气”型流体在前进过程中，由于碰撞、振动等原因存在部分逃逸气体，为了保证加氢反应在全液相条件下进行，在进入加氢反应器前需将逃逸气体释放排出，其中的逃逸氢气为总氢气量的0.5%～5%。逃逸氢气由气相出口排出，循环使用，循环回的逃逸氢气量一般情况下能够满足初步溶氢段对于氢气量的需求。
本发明的溶氢设备应用于油品的液相加氢反应过程，所述的液相加氢反应条件一般为：温度为150～450℃，压力为1.0～18.0MPaG，液时体积空速为0.5～15h-1。
本发明同时提供一种液相加氢反应系统，该系统采用了上述的溶氢设备。
本发明创造性地将溶氢过程分为三个阶段，首先原料油溶解氢气至饱和状态形成饱和氢物流，然后将其与富氢气液混合物料切向引入加速溶氢部分，基于溶解氢物流的离心力远大于富氢气液混合物料，因此二者形成一种“油包气”型流体，在剪切力的作用下，饱和氢物流裹挟着富氢气液混合物料呈沿着腔体呈螺旋式前进运动，从而溶解和携带了大量的氢气气泡，该流体在剪切力作用下形成大量涡流团，大幅度提高了氢气的均匀分散和夹带能力，经由一定停留时间后将其引入低压氢释放部分，将“油包气”流体中由于碰撞等原因而出现的逃逸气体沿气体扩散方向释放，释放出的氢气返回至油气预混合部分，得到了稳定的含有大量氢气的物流。本发明方法的溶氢能力强，氢气携带量大，形成的“油包气”型气液混合流体状态稳定，对于低、中、高氢油比的加氢过程均有良好的溶解携带氢能力，尤其对于化学耗氢大于或远大于原料油溶解氢的加氢过程来说，可省去循环油系统，进一步简化工艺流程、减小反应器体积、降低能耗、提高安全性。
附图说明
图1是本发明的一种溶氢设备及溶氢过程的示意图。
图2是本发明的带有逸出氢分散器的溶氢设备级溶氢过程的示意图。
其中，1为原料油，2为高压氢气，3为溶氢设备，4为初级溶氢段，5为加速溶氢段，6为氢气释放段，7为高压氢气分散设备，8为富氢气液混合物料，9为逸出氢气出口，10为逸出氢气分散器，11为循环氢气，12为稳定 “油包气”型流体，13为原料氢气。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明进行详细说明，但不因此限制本发明。
以附图2为例说明本发明的溶氢过程：
原料油1与氢气（包括循环氢气11和/或原料氢气13）经由溶氢设备3中的初级溶氢段进行溶解混合，形成一种溶解氢物流；微分散设备7为管壳式结构，高压氢气2引入高压氢气微分散设备7的管内，氢气在压差推动下经由管壁上的微孔渗透至管外的壳体，在此过程中被分散为纳/微米级气泡，同时向微分散设备7的壳体内引入液相，将纳/微米气泡分散在液体中形成富氢气液混合物料8，分散器壳体作为储存富氢气液混合物料；将溶解氢物料和富氢气液混合物料8切向引入加速溶氢段5中，在切向力作用下溶解氢物流裹挟着富氢气液混合物料成螺旋前进运动，逐渐形成“油包气”型流体，经过一定的停留时间后，逃逸气体经由氢气释放段6中的逸出氢气出口9释放出来，再被逸出氢气分散器10分散为纳/微米级气泡，作为循环氢气11返回至初级溶氢段，与原料油入口，循环使用，逸出氢气后的物流为稳定“油包气”型流体12自氢气释放段末端引出，可以作为加氢反应器进料引入液相加氢反应器发生加氢反应。
本发明实施例及对比例中采用的原料油为来自某厂常减压装置的常一线，具体性质见表1。实施例及对比例加氢反应中采用的保护剂/催化剂为抚顺石油化工研究院的FBN-03B01/FH-40A。
表1 原料性质
实施例1
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装旋叶片扰流组件，停留时间1.5分钟，低压逸出氢经无机膜管预分散为500nm尺寸的微气泡后循环使用，其流量为原料质量的0.045%；加速溶氢段的收缩角15°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:5；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为160℃，压力为6.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为100～300nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的0.06%，停留时间为1分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为119.2：1；氢气释放段采用直管段，停留时间为5分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例2
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用静态混合器结构，型号为SL-12.5/25-6.4-500，停留时间1分钟，低压逸出氢经无机膜管预分散为500nm尺寸的微气泡后循环使用，其流量为原料质量的0.03%；加速溶氢段的收缩角20°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:10；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为100℃，压力为5.5MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为100～300nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的0.065%，停留时间为3分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为278：1；氢气释放段采用螺旋管形式，停留时间为15分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例3
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装多孔板片扰流组件，停留时间1.8分钟，低压逸出氢经无机膜管预分散为1000nm尺寸的微气泡后循环使用，其流量为原料质量的0.015%；加速溶氢段的收缩角25°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:15；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为280℃，压力为6.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为50～100nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中，其中高压氢气给量为原料质量的0.08%，停留时间为2分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为354：1；氢气释放段采用U形管段形式，停留时间为16分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例4
采用附图1所述的溶氢设备和溶氢过程，其余同实施例1，区别在于进入初步溶氢段的氢气未经分散。溶氢效果见表2。
实施例5
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装波纹板填料，停留时间0.6分钟，低压逸出氢经微孔板初步分散后循环使用，其流量为原料质量的0.008%；加速溶氢段的收缩角10°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:1；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为160℃，压力为4.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为500nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的8%，停留时间为10分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为493：1；氢气释放段采用直管段，停留时间为10分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例6
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装丝网填料，停留时间5.5分钟，低压逸出氢经微孔板初步分散后循环使用，其流量为原料质量的0.011%；加速溶氢段的收缩角7°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:3；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为160℃，压力为5.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为100～300nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的10%，停留时间为0.5分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为575：1；氢气释放段采用直管段，停留时间为15分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例7
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装S型弯曲板片填料，停留时间12分钟，低压逸出氢经无机膜管分散为1000nm的微气泡后循环使用，其流量为原料质量的0.41%；加速溶氢段的收缩角28°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:17；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为80℃，压力为10.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为50～100nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的0.4%，停留时间为0.5分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为688：1；氢气释放段采用S型弯曲管段，停留时间为1.5分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体，溶氢效果见表2。
实施例8
采用附图2所述的溶氢设备和溶氢过程，溶氢设备中的初步溶氢段采用圆筒形内部填装W型弯曲板片填料，停留时间0.8分钟，低压逸出氢经无机膜管分散为500nm的微气泡后循环使用，其流量为原料质量的1.25%；加速溶氢段的收缩角12°，加速溶氢段与氢气释放段的长度比为1:3；加速溶氢段的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：温度为120℃，压力为18.0MPaG。高压氢气分散器采用无机膜管，氢气分散为500nm尺寸的微气泡后渗透至管外，与壳体内通入的液体形成富氢气液混合物料，其中高压氢气给量为原料质量的0.03%，停留时间为0.8分钟，富氢气液混合物料中氢气（Nm3/h）与液体（Nm3/h）的体积比为775：1；氢气释放段采用直管段，停留时间为0.8分钟。经由本发明的溶氢系统形成了稳定的“油包气”型流体作为加氢反应器进料，溶氢效果见表2。
对比例1
采用常规的静态混合器结构，型号为SX2.3/25-6.4-500，将氢气和原料油进行混合后得到溶氢物料，溶氢效果见表2。
对比例2
同对比例1，区别在于将氢气首先采用0.1~0.2um的平板纳滤膜进行分散后再引入静态混合器与原料油混合，混合后得到溶氢物料，溶氢效果见表2。
实施例9
将实施例1~8及对比例1~2得到的溶氢物料作为液相加氢反应进料，进行加氢反应，采用常规的液相加氢反应器，反应条件及加氢效果见表2。
表2溶氢效果、加氢反应条件及加氢反应效果
表2（续）溶氢效果、加氢反应条件及加氢反应效果
本领域技术人员熟知，常规溶氢方法中氢气分散在油品中为一种乳化混合物状态，但该乳化混合物不稳定，当压力降低、外界扰动等情况下氢气会迅速逸出而发生相间分离，使油品变得透光。为此，本实施例及对比例溶氢效果的测定方法为：同一氢油比条件下根据不同溶氢方法和溶氢设备得到的溶氢物料，然后分别引入透明容器中，阳光下或打光照条件下观察，对比各种溶氢物料由不透光变为透光的时间，即为溶氢物料稳定保持的时间，时间越长，表示溶氢效果越好，即氢气能够稳定存在于油品当中。为减少实验带来的误差，实验采取多次测量求平均值的方法。
由本实施例及对比例溶氢效果可以看出，采用本发明的溶氢方法和溶氢设备后，氢油乳化混合物保持时间明显延长很多，为采用现有溶氢方法的30倍以上，为采用改进型多孔滤膜溶氢效果的5倍以上，即采用该方法可以使大量氢气稳定分散在中，为一种良好的溶氢方法。用于航煤加氢反应时，与现有航煤技术相比具有以下效果：（1）可以采用更为缓和的条件，如温度和压力更低，而达到更好的效果，降低操作成本和能耗，提高催化剂使用寿命；（2）补充氢油比进一步降低，由原来的7～11降低至4～5.5，从而降低了氢气的给量和损失，从而降低了吨产品能耗；（3）能耗由现有技术的5.5～6.0kgEo/t原料降低至5.0～5.3kgEo/t原料；（4）将本发明用于柴油液相加氢过程，一方面可以省去循环油系统，使工艺流程更为简单，大幅度降低投资，反应器体积也有所减小，另一方面加氢效的果要优于现有技术，即采用较为缓和的条件而达到更好的效果，降低了生产成本。

Claims (22)

1.一种溶氢设备，包括溶氢设备壳体，其特征在于：溶氢设备壳体内部包含若干并联溶氢组件；所述的溶氢组件为腔体结构，沿物料流动方向依次为初步溶氢段、加速溶氢段和氢气释放段，各段之间相互贯通；其中加速溶氢段为锥形收缩结构，加速溶氢段的起始端连接高压氢分散设备，氢气释放段的中后部设置气相出口，氢气释放段末端设置液相出口。
2.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：初级溶氢段起始端连接原料油进料管线和氢气进料管线，引入的氢气和原料油经初级溶氢段内部装有强化流体扰动组件混合为溶解氢物流。
3.根据权利要求2所述的溶氢设备，其特征在于：所述的初级溶氢段为圆筒形、圆锥形或方形中的一种；所述强化流体扰动组件为SWN型、SMX型、SMK型、SML型、SMH型、螺旋板片、波纹板片、旋转叶片、平叶片、弯曲叶片或多孔板片中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：所述的加速溶氢段的收缩角为10°～30°。
5.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：所述的高压氢分散设备用于将氢气通过含有纳/微米孔道的分散介质分散到油相中，形成富氢气液混合物料；所述的含有纳/微米孔道的分散介质为膜管微分散器、微孔板或微孔材料；高压氢分散设备包含将高压氢气引入的高压氢进料管线、将油相引入的油相引入管线和将富氢气液混合物料引出至加速溶氢段起始端的引出管线。
6.根据权利要求5所述的溶氢设备，其特征在于：在加速溶氢段，来自初步溶氢段的溶解氢物流与切向引入的富氢气液混合物料沿腔体呈螺旋式前进运动，沿加速溶氢段的管壁运动，气体在加速溶氢段的横截面中心运动，形成一种携带了大量氢气的“油包气”型流体。
7.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：所述的氢气释放段为一定长度的管状结构，管状结构的截面形状为方形、圆形、多边形或椭圆形。
8.根据权利要求7所述的溶氢设备，其特征在于：管状结构为直管和/或弯管，所述的弯管为S形、U形或螺旋形中一种或几种。
9.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：所述的加速溶氢段的长度与氢气释放段的长度比为1：1～1：20；其中所述的加速溶氢段的长度为锥形收缩结构的中心轴长度，所述氢气释放段的长度指物料在氢气释放段实际流过的距离。
10.根据权利要求1所述的溶氢设备，其特征在于：氢气释放段的气相出口与氢气微分散设备连接，氢气微分散设备经管线再与初级溶氢段相连接。
11.一种溶氢方法，其特征在于：该方法采用了权利要求1~10任一权利要求所述的溶氢设备。
12.一种溶氢方法，其特征在于包括如下内容：（1）首先原料油与氢气在初级溶氢段进行混合溶解，得到溶解氢物流；（2）将（1）形成的溶解氢物流引入加速溶氢段，与自加速溶氢段切向引入的富氢气液混合物料混合，溶解氢物流沿加速溶氢段管壁裹挟富氢气液混合物料呈螺旋式前进运动，形成一种“油包气”型流体；（3）“油包气”型流体流经氢气释放段，将“油包气”流体中的逃逸氢气释放、排出，得到含有大量氢气的稳定 “油包气”型流体。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的原料油为馏程在130~550℃范围内任意馏分的烃类原料。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的原料油选自石脑油、重整生成油、航煤、柴油、蜡油、润滑油、常压渣油、脱沥青油、生物柴油、动物油或植物油中的一种或多种。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的氢气进行预分散后再进入初级溶氢段与原料油混合溶解，预分散的氢气的气泡尺寸为100～1000nm。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的混合溶解过程中，氢油质量比为0.001%～0.5%；氢油混合溶解条件为：常温～360℃，0.1～4.0MPaG，停留时间为0.5～30分钟。
17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的富氢气液混合物料中氢气的气泡尺寸为0.5～500nm。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的富氢气液混合物料引入位置的操作条件为：常温～360℃，4.0～20.0MPaG，；氢油质量比为0.001%～15%；富氢气液混合物料中气液体积比为10：1～1500:1。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：步骤（2）中的物料在加速溶氢段的停留时间为0.5～15分钟。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：氢气释放段的停留时间与加速溶氢段的停留时间比为1:1～30:1。
21.一种权利要求1~10任一权利要求所述的溶氢设备在油品的液相加氢反应过程中的应用。
22.根据权利要求21所述的应用，其特征在于：所述的液相加氢反应条件为：温度为150～450℃，压力为1.0～18.0MPaG，液时体积空速为0.5～15h-1。
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