CN117772221B - 一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于电厂用油品质再生的技术领域，涉及一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺。将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比为(13~15):(7~8):(6~7):(1~2)混合均匀，加热至500~550℃进行一次煅烧处理获得催化剂粉体，将催化剂粉体充分压实后加热至900~1000℃进行二次煅烧处理，即得微流控反应器材料。本发明不仅能够将油中的酸性基团等被氧化的基团进行还原，避免被氧化的基团对设备造成损害，同时避免油分子被进一步氧化；而且氢气与油中溶解氧反应形成水分子，这就避免了油在使用过程中形成油泥影响设备的安全稳定运行。

Description

一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还 原的电力用油性能恢复的再生工艺

技术领域

本发明属于电厂用油品质再生的技术领域，涉及一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

当电厂所用汽轮机油、变压器油、抗燃油等油类长期使用时，部分官能团被氧化以及油中溶解氧含量升高，出现油酸值、颗粒度、粘度升高的问题，使得设备运行情况变差，造成运行安全隐患。同时当油品质降低至一定标准时，需要进行换油，而换下来的油，通常作为危废进行处置，增加危废处置成本。真空抽滤虽然可在一定程度上恢复油的性能，但是无法改变已经发生变化的油分子的结构，因此对油质改善效果有限。

据发明人研究了解，加氢还原工艺能够将油分子上的氧化基团进行还原以及去除油中的溶解氧，从而提升油的品质，改善油的性质。然而，而通常情况下，由于涉及到使用氢气和加热温度较高等因素，需要用到专门的反应器，该过程较难在现场进行应用，需要将油倒出转入特定的工业企业进行处理，而后再倒回设备中，此过程成本较高时间较长，不利于电厂设备正常运转。因此通过建立适合现场的电厂老旧用油加氢工艺，是推动电厂用油加氢除氧应用的关键环节。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，本发明不仅能够将油中的酸性基团等被氧化的基团进行还原，避免被氧化的基团对设备造成损害，同时避免油分子被进一步氧化；而且氢气与油中溶解氧反应形成水分子，这就避免了油在使用过程中形成油泥影响设备的安全稳定运行。本发明提供的再生工艺同时实现油品再生和抑制老化，从而提升加氢还原工艺应用的可操作性，赋予加氢还原工艺的应用性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种微流控反应器材料，其制备方法为：将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比为(13~15): (7~8): (6~7): (1~2)混合均匀制成混合粉体，将混合粉体加热至500~550℃进行一次煅烧处理获得催化剂粉体，将催化剂粉体充分压实后加热至900~1000 ℃进行二次煅烧处理，即得。

本发明利用催化剂作为制备微流控反应器的材料，以期获得具有催化氢气还原的微流控反应器，首先采用活性材料在500~550 ℃的温度条件下进行一次煅烧获得催化剂粉体，该过程去除部分杂质以及延缓晶格的形成非预期异类经过的过程，能够更好的控制催化剂的性能，获得预期的微观结构和性能。制成微流控反应器的材料不仅要求有催化活性，还要求其具有一定的致密性和机械强度，因此本发明通过选择活性成分和配比，配合在900~1000 ℃的温度条件下进行二次煅烧，从而获得同时具有稳定催化活性、整体致密性和机械强度的整体性催化材料，进而能够对该材料进行进一步制备微流控反应器。

另一方面，一种微流控反应器，由上述微流控反应器材料制成。

本发明提供的微流控反应器材料是由催化粉体制成，能够用于催化电厂老旧用油加氢还原，在微流控尺度催化绝缘油、汽轮机油等电厂用油的加氢还原过程中，还原效率高、转化过程温和，同时由于反应条件过程精准可控，在深度去除油类分子中的氧原子的同时，可避免因局部反应过于激烈而导致油类结焦而出现覆盖催化剂的弊端，从而使得催化剂的催化效果可保持长期的高效性。

第三方面，一种基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，将电厂用的老旧用油加入至上述微流控反应器内，同时向所述微流控反应器内通入氢气，在150~200℃的温度条件下进行还原反应。

本发明的有益效果为：

（1）本发明提供的微流控反应器材料本身是一种固体催化剂，能够实现被氧化油分子的脱氢过程，实现油分子被充分脱氧还原，恢复其原有性质和表观性能。

（2）本发明提供的微流控反应器材料，作为固体催化剂，拥有长周期使用寿命，避免催化剂失活而影响微反应器的整体使用寿命。

（3）本发明采用微流控反应器材料制成的微流控反应器能够进行微反应过程，不仅能够促进深度传质，实现被氧化油分子的深度还原，并且可实现氢分子和油分子的充分接触，降低氢气的消耗量，有利于获得低还原成本。

（4）本发明利用微流控反应器材料制成的微流控反应器，可避免因微孔道内填装小颗粒催化剂在碎裂后而造成的堵塞、维修等影响正常使用的问题。

（5）本发明提供的老旧用油再生工艺利用本发明的微流控反应器能够进行微流控过程，有利于实现严格控制的反应过程，避免大量氢气与大量油分子短时间发生反应生成大量的气体或热量，并且可通过直接调整微反应器的数量来调整反应规模，从而确保反应过程的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例加氢还原的流程图；

其中，1.微流控反应器，2.油气出口，3.油入口，4.氢气入口，5.导热油入口，6.导热油出口，7.控温容器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

鉴于目前加氢还原工艺难以进行实际应用，本发明提出了一种微流控反应器材料、微流控反应器及基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种微流控反应器材料，其制备方法为：将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比为(13~15): (7~8): (6~7): (1~2)混合均匀制成混合粉体，将混合粉体加热至500~550 ℃进行一次煅烧处理获得催化剂粉体，将催化剂粉体充分压实后加热至900~1000 ℃进行二次煅烧处理，即得。

在一些实施例中，采用球磨的方式将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰混合均匀。具体地，球磨过程采用二氧化锆研磨球进行研磨。

在一些实施例中，一次煅烧处理的时间为3~6 h。

在一些实施例中，采用压强为2.0~3.0MPa的压力使催化剂粉体充分压实。

在一些实施例中，二次煅烧处理的时间为1~3 h。

本发明的另一种实施方式，提供了一种微流控反应器，由上述微流控反应器材料制成。

在一些实施例中，将所述微流控反应器材料打磨，再进行微通道雕刻以及打孔，然后进行组装、封闭，使得组装后的微通道一端连通油相进口和氢气进口，另一端连通油气出口。具体地，将两块表面雕刻微通道凹槽的材料对接组装，使两个微通道凹槽组成一个微通道，然后采用不锈钢片（型号优选为316L）进行封闭。

在一些实施例中，微流控反应器内微通道的径向截面为方形。具体地，所述方形的边长为10~15μm。

本发明的第三种实施方式，提供了一种基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，将电厂用的老旧用油加入至上述微流控反应器内，同时向所述微流控反应器内通入氢气，在150~200 ℃的温度条件下进行还原反应。

本发明中还原反应的温度采用油浴控制。

在一些实施例中，氢气通入压强为0.015~0.025 MPa。

在一些实施例中，氢气的流量与老旧用油的流量比为(1.8~2.2):1。

在一些实施例中，将电厂用的老旧用油过滤后加入至所述微流控反应器。过滤过程的过滤进度为2μm。

在一些实施例中，还原反应后进行真空抽滤处理。具体地，真空抽滤中，真空度为0.075~0.085 MPa，温度为75~85 ℃，时间为10~20 min。未反应的氢气进行低温催化燃烧处理。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

（1）将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比13：7：6：1混合后，采用球磨机进行深度研磨和混合，而后将混合粉体转入马弗炉中进行煅烧，混合粉末的煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h，自然冷却后再用球磨机进行研磨；

（2）将经过研磨后的粉体转入模具中进行充分压实，再转入马弗炉中进行煅烧，压力为2.3MPa，成型粉体的煅烧温度为900℃，煅烧时间为2h。自然冷却后对整体式催化剂外表进行打磨，将固体整体式催化剂表面进行微通道（T型，总长度为12cm，截面边长13μm）雕刻以及边缘进行打孔，上下面采用316L不锈钢片进行封闭，留有油入口3、氢气入口4和油气出口2，制成微流控反应器1。

（3）将华能运河电厂5号机组汽轮机油，经过2μm过滤精度后通过油入口3通入到微流控反应器1中，同时将氢气按照0.02MPa的压力通过氢气入口4通入微流控反应器1中，氢气流量与油流量比为2，氢气与油在微流控反应器1内反应后从油气出口2排出，微流控反应器1位于控温容器7内，导热油通过导热油入口5进入至控温容器7内，并通过导热油出口6排出，通过导热油的循环保持微流控反应器1在170℃的环境中，如图1所示。

（4）将经过微流控反应器1内微反应后的油导入真空滤油机中进行真空抽滤处理，真空滤油机的真空度为0.08MPa，滤油温度为80℃，停留时间为15min。

对汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性进行检测，检测结果如表1所示。

表1实施例1的汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性

实施例2

（1）将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比15：8：7：2混合后，采用球磨机进行深度研磨和混合，而后将混合粉体转入马弗炉中进行煅烧，混合粉末的煅烧温度为500℃，煅烧时间为3h，自然冷却后再用球磨机进行研磨。

（2）将经过研磨后的粉体转入模具中进行充分压实，再转入马弗炉中进行煅烧，压力为2.5MPa，成型粉体的煅烧温度为900℃，煅烧时间为3h。自然冷却后对整体式催化剂外表进行打磨，将固体整体式催化剂表面进行微通道（T型，总长度为12cm，截面边长13μm）雕刻以及边缘进行打孔，上下面采用316L不锈钢片进行封闭，留有油入口3、氢气入口4和油气出口2，制成微流控反应器1。

（3）将华能嘉祥电厂2号高压厂变压器中绝缘油为处理对象，经过2μm过滤精度后通过油入口3通入到微流控反应器1中，同时将氢气按照0.02MPa的压力通过氢气入口4通入微流控反应器1中，氢气流量与油流量比为2，氢气与油在微流控反应器1内反应后从油气出口2排出，微流控反应器1位于控温容器7内，导热油通过导热油入口5进入至控温容器7内，并通过导热油出口6排出，通过导热油的循环保持微流控反应器1在170℃的环境中，如图1所示。

（4）将经过微流控反应器1内微反应后的油导入真空滤油机中进行真空抽滤处理，真空滤油机的真空度为0.08MPa，滤油温度为80℃，停留时间为15min。

对汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性进行检测，检测结果如表2所示。

表2实施例2的汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性

实施例3

（1）将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比13：8：6：2混合后，采用球磨机进行深度研磨和混合，而后将混合粉体转入马弗炉中进行煅烧，混合粉末的煅烧温度为520℃，煅烧时间为5h，自然冷却后再用球磨机进行研磨；

（2）将经过研磨后的粉体转入模具中进行充分压实，再转入马弗炉中进行煅烧，压力为3.0MPa，成型粉体的煅烧温度为950℃，煅烧时间为1h。自然冷却后对整体式催化剂外表进行打磨，将固体整体式催化剂表面进行微通道（T型，总长度为12cm，截面边长13μm）雕刻以及边缘进行打孔，上下面采用316L不锈钢片进行封闭，留有油入口3、氢气入口4和油气出口2，制成微流控反应器1。

（3）将国家能源菏泽电厂1号高压厂变压器中绝缘油为处理对象，经过2μm过滤精度后通过油入口3通入到微流控反应器1中，同时将氢气按照0.02MPa的压力通过氢气入口4通入微流控反应器1中，氢气流量与油流量比为2，氢气与油在微流控反应器1内反应后从油气出口2排出，微流控反应器1位于控温容器7内，导热油通过导热油入口5进入至控温容器7内，并通过导热油出口6排出，通过导热油的循环保持微流控反应器1在170℃的环境中，如图1所示。

（4）将经过微流控反应器1内微反应后的油导入真空滤油机中进行真空抽滤处理，真空滤油机的真空度为0.08MPa，滤油温度为80℃，停留时间为15min。

对汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性进行检测，检测结果如表3所示。

表3实施例3的汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性

实施例4

（1）将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比15：7：7：1混合后，采用球磨机进行深度研磨和混合，而后将混合粉体转入马弗炉中进行煅烧，混合粉末的煅烧温度为530℃，煅烧时间为6h，自然冷却后再用球磨机进行研磨。

（2）将经过研磨后的粉体转入模具中进行充分压实，再转入马弗炉中进行煅烧，压力为2.8MPa，成型粉体的煅烧温度为950℃，煅烧时间为1h。自然冷却后对整体式催化剂外表进行打磨，将固体整体式催化剂表面进行微通道（T型，总长度为12cm，截面边长13μm）雕刻以及边缘进行打孔，上下面采用316L不锈钢片进行封闭，留有油入口3、氢气入口4和油气出口2，制成微流控反应器1。

（3）将华电莱城电厂1号机组汽轮机油为处理对象，经过2μm过滤精度后通过油入口3通入到微流控反应器1中，同时将氢气按照0.02MPa的压力通过氢气入口4通入微流控反应器1中，氢气流量与油流量比为2，氢气与油在微流控反应器1内反应后从油气出口2排出，微流控反应器1位于控温容器7内，导热油通过导热油入口5进入至控温容器7内，并通过导热油出口6排出，通过导热油的循环保持微流控反应器1在170℃的环境中，如图1所示。

（4）将经过微流控反应器1内微反应后的油导入真空滤油机中进行真空抽滤处理，真空滤油机的真空度为0.08MPa，滤油温度为80℃，停留时间为15min。

对汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性进行检测，检测结果如表4所示。

表4实施例4的汽轮机油的粘度、酸值、含水量、抗乳化性

由实施例1~4表明，通过选择氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰在其配比下制成的固体材料，进一步制成的微流控反应器1，并以其进行加氢还原反应，能够极大的恢复汽轮机油和变压器油等电厂老旧用油的性能。

本发明主要通过构建基于具有催化作用的微流控反应单元，用于电厂用油的微尺度加氢还原工艺。可将真空抽滤处理效果不佳的汽轮机油和变压器油进行有效再生，将油分子进行加氢还原，从而从根本上改变油的分子结构，使得汽轮机油和变压器油恢复至原有的性能，从而提升电力设备运行过程中的安全稳定性。并且加氢除氧过程采用微流控反应器1进行控制，不仅能保障氢气分子和油分子反应充分，显著提升还原效率和缩短反应时间，同时降低局部反应规模，使得反应控制在微尺度进行，十分利于控制反应温度并且大幅提升反应过程的安全性。

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 (6)

1.一种微流控反应器，其特征是，将微流控反应器材料打磨，再进行微通道雕刻以及打孔，然后进行组装、封闭，使得组装后的微通道一端连通油相进口和氢气进口，另一端连通油气出口；

所述微流控反应器材料，其制备方法为：将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰按照质量比为(13~15): (7~8): (6~7): (1~2)混合均匀制成混合粉体，将混合粉体加热至500~550℃进行一次煅烧处理获得催化剂粉体，将催化剂粉体充分压实后加热至900~1000 ℃进行二次煅烧处理，即得；

一次煅烧处理的时间为3~6 h，二次煅烧处理的时间为1~3 h；

采用压强为2.0~3.0MPa的压力使催化剂粉体充分压实。

2.如权利要求1所述的微流控反应器，其特征是，采用球磨的方式将氧化镍、氧化镁、氧化钙、二氧化锰混合均匀。

3.如权利要求1所述的微流控反应器，其特征是，微流控反应器内微通道的径向截面为方形。

4. 一种基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，其特征是，将电厂用的老旧用油加入至权利要求1~3任一所述的微流控反应器内，同时向所述微流控反应器内通入氢气，在150~200 ℃的温度条件下进行还原反应。

5.如权利要求4所述的基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，其特征是，氢气通入压强为0.015~0.025 MPa。

6.如权利要求4所述的基于微流控加氢还原的电力用油性能恢复的再生工艺，其特征是，将电厂用的老旧用油过滤后加入至所述微流控反应器。