CN109306272A - 重油加氢处理*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种重油加氢处理***，该重油加氢处理***包括主反应器和至少一个子反应器，主反应器包括第一筒体，第一筒体用于盛放物料，子反应器包括：混合单元，用于将物料和氢气混合，混合单元包括第二筒体，第二筒体上设置有物料入口、氢气入口和第一出口，物料入口与第一筒体的出口连通；强化装置，强化装置的入口与第二筒体的第一出口连通，强化装置的出口与第一筒体的容纳腔连通，强化装置用于给物料提供能量以使物料发生裂化反应。通过本发明提供的技术方案，能够解决现有技术中的重油加氢处理***运行成本高和投资成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种重油加氢处理***。
背景技术
重油是原油在提取出馏分油后所剩余的部分。重油与原油比，成分复杂、密度大、粘度高、平均分子量大、氢碳比低、残炭值高，且含有大量的金属、硫、氮等有害物质。从充分利用能源或保护环境的角度考虑，需要对重油进行处理。
原油分为轻质原油和重质原油，随着石油开采程度的加深，采出原油的组分越来越重，原油重质化、劣质化的现象越来越突出，即重质原油的比例越来越高。重油的处理较为困难，尤其是对重质原油进行加工后，产生的重油的量可能占到重质原油总量的一半以上，而且重油的饱和烃的含量较低，后续处理更加困难。
在对重油进行处理时，主要包括脱碳处理工艺和加氢处理工艺两类技术。为了提高对重油的利用率可以采用加氢处理工艺。加氢处理工艺是在重油中加入氢气，在一定的温度、压力和催化剂的作用下，氢离子和碳离子结合，使烯烃甚至芳烃饱和，以达到轻质化的目的。现有的采用加氢处理工艺的重油加氢处理***需在高温高压的条件下运行，并且对氢气的消耗量大，从而使重油加氢处理***的运行成本高。而且，由于需要在高温高压的条件下运行，对***的性能要求高，使得***的结构复杂，从而使重油加氢处理***的投资成本高。
发明内容
本发明提供一种重油加氢处理***，以解决现有技术中的重油加氢处理***运行成本高和投资成本高的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种重油加氢处理***，该重油加氢处理***包括主反应器和至少一个子反应器，主反应器包括第一筒体，子反应器包括：混合单元，用于将物料和氢气混合，混合单元包括第二筒体，第二筒体上设置有物料入口、氢气入口和第一出口，物料入口与第一筒体的出口连通；强化装置，强化装置的入口与第二筒体的第一出口连通，强化装置的出口与第一筒体的容纳腔连通，强化装置用于给物料提供能量以使物料发生裂化反应。
进一步地，强化装置包括强化单元，强化单元为等离子体单元、空化单元、搅拌单元和撞击单元中的一种或多种，等离子体单元用于对物料进行离子化处理，空化单元用于使物料产生空化作用，搅拌单元用于对物料进行搅拌，撞击单元用于将进入第一筒体的容纳腔的物料发生撞击。
进一步地，强化装置包括多个强化单元，每个强化单元为等离子体单元、空化单元、搅拌单元和撞击单元中的一种，当其中一个强化单元为撞击单元时，撞击单元的出口与第一筒体的容纳腔连通，第二筒体的第一出口、其他强化单元和撞击单元顺次连通。
进一步地，强化装置包括多个强化单元，每个强化单元为等离子体单元、空化单元和搅拌单元中的一种，第二筒体的第一出口、多个强化单元和第一筒体的容纳腔顺次连通。
进一步地，等离子体单元包括：第三筒体，具有第一筒壁和第二筒壁，第一筒壁设置在第二筒壁的内侧，第一筒壁和第二筒壁之间具有第一腔体，第一筒壁内具有第二腔体，物料可在第一腔体内流动；电介质，设置在第二腔体中；电极，至少部分地穿入电介质中，电极的一端连接高压电源。
进一步地，空化单元包括：第四筒体；空化板组，设置在第四筒体内；和/或，空化嘴，设置在第四筒体内。
进一步地，空化单元包括空化板组，空化板组包括：第一板体，第一板体上设置有多个通孔；第二板体，第二板体上设置有多个通孔，第二板体与第一板体之间具有夹角。
进一步地，至少部分第一板体的周缘为锯齿形，和/或至少部分第二板体的周缘为锯齿形。
进一步地，空化板组为多个，多个空化板组沿物料的流动方向顺次设置在第四筒体内。
进一步地，搅拌单元包括：第五筒体；转轴，可转动地设置在第五筒体内，转轴的轴向沿物料的流动方向设置；多个桨叶，多个桨叶沿转轴的圆周方向间隔设置在转轴上。
进一步地，搅拌单元还包括：多个弧形挡板，固定设置在第五筒体与多个桨叶之间，多个弧形挡板沿转轴的圆周方向间隔设置。
进一步地，撞击单元设置在第一筒体的容纳腔的上部，撞击单元包括：支架，固定在第一筒体的内侧壁上；输送管，固定在支架上，输送管的入口与第二筒体的第一出口连通。
进一步地，子反应器的强化装置包括撞击单元，撞击单元入口与第二筒体的第一出口连通，撞击单元的出口与第一筒体的容纳腔连通；子反应器至少为两个，至少两个子反应器的撞击单元的出口间隔设置，从不同撞击单元进入第一筒体的物料发生撞击。
进一步地，第二筒体的内壁的横截面面积大于第一出口的内壁的横截面面积，第二筒体由钢管制成。
进一步地，混合单元还包括：气体分布器，设置在第二筒体内，气体分布器与氢气入口连通，气体分布器用于将氢气均匀分布到物料内。
进一步地，气体分布器包括：本体，本体具有入口和出口，本体的入口与第二筒体的氢气入口连通；无机膜，设置在本体的出口上，无机膜具有多个通孔，优选地，无机膜为陶瓷膜，更优选地，陶瓷膜的通孔的直径在0.3μm至1.0μm之间。
进一步地，气体分布器还包括：分子筛，分子筛附着在无机膜上，优选地，分子筛为FAU型分子筛，更优选地，FAU型分子筛的厚度小于1.0μm。
进一步地，子反应器还包括：泵体，设置在第一筒体的出口与强化装置的出口之间的管路上，泵体用于输送物料。
进一步地，重油加氢处理***还包括：供氢装置，供氢装置的氢气出口与第二筒体的氢气入口连通，供氢装置提供的氢气的纯度为A，其中，A≥20％。
进一步地，供氢装置由甲烷裂解制备氢气。
进一步地，重油加氢处理***还包括：精馏塔，精馏塔用于将物料的气相产物按沸点范围分离，精馏塔的入口与第一筒体的气相产物出口连通；精馏塔顶部的不凝气出口与供氢装置的入口连通，或精馏塔顶部的不凝气出口与第二筒体的氢气入口连通。
进一步地，重油加氢处理***内的压力小于0.1MPa。
进一步地，重油加氢处理***内物料的反应温度在350℃至410℃之间。
应用本发明的技术方案，在重油加氢处理***中设置有混合单元和强化装置，由于强化装置可以给重油和氢气混合后的物料提供能量以使物料发生裂化反应，因此该重油加氢处理***不需要较高的压力和温度，也不需要较高的氢气消耗，就可以采用加氢处理工艺对对重油进行处理，从而能够降低重油加氢处理***的运行成本。该重油加氢处理***可在常压和较低的温度下运行，对***的性能要求降低，因此可以简化***的结构，从而能够降低重油加氢处理***的投资成本。
附图说明
构成本申请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。在附图中：
图1示出了本发明提供的重油加氢处理***的结构示意图；
图2示出了图1中的重油加氢处理***的俯视图；
图3示出了重油加氢处理***中的混合单元的结构示意图；
图4示出了重油加氢处理***中的等离子体单元的结构示意图；
图5示出了重油加氢处理***中的空化单元的结构示意图；
图6示出了重油加氢处理***中的搅拌单元的结构示意图；
图7示出了重油加氢处理***中的撞击单元的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、混合单元；11、第二筒体；12、气体分布器；20、等离子体单元；21、第三筒体；22、电介质；23、电极；30、空化单元；31、空化板组；31a、第一板体；31b、第二板体；40、搅拌单元；41、转轴；42、桨叶；43、弧形挡板；50、撞击单元；51、支架；52、输送管；60、泵体；100、子反应器；200、主反应器；210、第一筒体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图7所示，本发明的实施例提供了一种重油加氢处理***，该重油加氢处理***包括主反应器200和子反应器100。其中，主反应器200包括第一筒体210，物料可以加入第一筒体210中或者从第一筒体210中排出，物料还可以在第一筒体210中发生反应。子反应器100包括混合单元10和强化装置。其中，混合单元10用于将物料和氢气混合。如图3所示，混合单元10包括第二筒体11，第二筒体11上设置有物料入口、氢气入口和第一出口，物料入口与第一筒体210的出口连通。强化装置的入口与第二筒体11的第一出口连通，强化装置的出口与第一筒体210的容纳腔连通。
强化装置用于给物料提供能量以使物料发生裂化反应。强化装置提供的能量可使物料中的烃类分子和氢分子获得足够的外部能量，在催化剂的作用下，烃类分子尤其是多环芳烃的分子键被切断产生烃类离子，并且氢分子的氢键被切断产生氢离子。烃类离子和氢离子结合形成新的化合物，完成裂化反应。该方案通过强化装置的作用可以代替原来的物料在高温高压下才能发生反应的方案。
应用本发明的技术方案，由于强化装置可以给重油和氢气混合后的物料提供能量以使物料发生裂化反应，因此该重油加氢处理***不需要较高的压力和温度，也不需要较高的氢气消耗，就可以采用加氢处理工艺对对重油进行处理，从而能够降低重油加氢处理***的运行成本。并且，由于该重油加氢处理***可在常压和较低的温度下运行，对***的性能要求降低，因此可以简化***的结构，从而能够降低重油加氢处理***的投资成本。
具体地，强化装置包括强化单元，强化单元为等离子体单元20、空化单元30、搅拌单元40和撞击单元50中的一种或多种。等离子体单元20用于对物料进行离子化处理，空化单元30用于使物料产生空化作用，搅拌单元40用于对物料进行搅拌，撞击单元50用于将进入第一筒体210的容纳腔的物料发生撞击。通过将强化装置设置为强化单元，并且强化单元的种类可以进行选择，能够根据生产需要设置合适的强化装置，从而为混合后的物料提供足够的能量，以使物料发生裂化反应。而且，可选择地设置强化装置能够增强重油加氢处理***的适用范围。强化装置可以设置为等离子体单元20、空化单元30、搅拌单元40和撞击单元50中的任意一种、任意两种、任意三种或全部四种。多种强化单元可以使用并联或串联的方式连接，还可以同时采用并联或串联的方式。当减少强化装置中的强化单元的种类时，能够降低装置的制造成本，当增加强化装置中的强化单元的种类时，能够提高***的反应效率。在实际生产中，应根据不同的情况做到成本与效率的平衡。
强化装置中可以只包括一种强化单元，此种情况下第二筒体11的第一出口、该强化单元和第一筒体210顺利连通。例如，强化装置只包括撞击单元50，第二筒体11的第一出口、撞击单元50和第一筒体210顺次连通。强化装置可以包括多个强化单元，并且其中一个强化单元为撞击单元50时，撞击单元50的出口与第一筒体210的容纳腔连通，第二筒体11的第一出口、其他强化单元和撞击单元50顺次连通。即当子反应器中包括撞击单元50时，撞击单元50设置在物料流动方向的后端。重油和氢气在第二筒体11中混合后，顺次进入多个强化单元中，通过多个强化单元的作用依次提供能量，从而使物料充分反应。
在本申请中，强化装置可以包括多个强化单元，每个强化单元为等离子体单元20、空化单元30和搅拌单元40中的一种。此种情况下强化装置不包括撞击单元50，第二筒体11的第一出口、多个强化单元和第一筒体210的容纳腔顺次连通。重油和氢气在第二筒体11中混合后，顺次进入多个强化单元中，通过多个强化单元的作用依次提供能量，从而使物料充分反应。
如图4所示，等离子体单元20包括第三筒体21、电介质22和电极23。其中，第三筒体21具有第一筒壁和第二筒壁，第一筒壁设置在第二筒壁的内侧。并且第一筒壁和第二筒壁之间具有第一腔体，第一筒壁内具有第二腔体，物料可在第一腔体内流动。电介质22设置在第二腔体中。电极23至少部分地穿入电介质22中，并且电极23的一端连接高压电源。如此设置，输入高压电源的电极23产生高压电场，高压电场在绝缘电介质22的阻挡下放电形成等离子体(DBD Plasma)，从而物料被离解为离子，以使物料发生裂化反应。
在本实施例中，空化单元30包括第四筒体，物料可在第四筒体内流动。空化单元30还包括空化板组31和空化嘴中的一种或两种。空化嘴可以设置为文丘里管(VenturiTube)、风琴管(Organ Tube)和亥姆赫兹管(Helmholtz Tube)中的一种或多种。当空化单元30包括空化板组31时，空化板组31设置在第四筒体内；当空化单元30包括空化嘴时，空化嘴也设置在第四筒体内。在空化单元30中，流动的物料在空化板组31或空化嘴的切割作用下，可以发生空化效应。空化效应可以为物料提供能量，从而使物料的分子键断裂，发生裂化反应。
在发生空化效应的区域会产生空泡，空泡会经历形成和崩溃的过程。空泡的崩溃可使气相区的温度达到5200K左右，可使液相区的温度达到1900K左右，并且局部压力能够达到50.5MPa，温度变化率能够达到109K/s。在空泡崩溃的同时还伴有强烈的冲击波和速度能够达到110m/s的微射流。通过空化效应在局部产生的高能，足以裂化物料中包括稠环芳烃在内的分子键，从而使物料发生充分的反应。
如图5所示，空化板组31包括第一板体31a和第二板体31b，第一板体31a和第二板体31b均固定设置在第四筒体内。其中，第一板体31a上设置有多个通孔，第二板体31b上也设置有多个通孔，第二板体31b与第一板体31a之间具有夹角。如此设置能够增大空化板组31与流过第四筒体内的物料的接触面积，并且能够加强物料与第一板体31a和第二板体31b的冲击，从而能够产生更强的空化效应。空化效应增强可以为物料提供更高的能量，从而加快物料的裂化反应效率。
进一步地，在本实施例中，可以将至少部分第一板体31a的周缘设置为锯齿形，也可以将至少部分第二板体31b的周缘设置为锯齿形，还可以将至少部分第一板体31a的周缘和至少部分第二板体31b的周缘均设置为锯齿形。如此设置，通过锯齿形结构的作用能够进一步增加物料与空化板组31的接触面积，并且进一步加强物料与空化板组31的冲击，从而产生更强的空化效应。空化效应增强可以为物料提供更高的能量，从而加快物料的裂化反应效率。
在本实施例中，还可以将空化板组31设置为多个，多个空化板组31沿物料的流动方向顺次设置在第四筒体内。这样经过一个空化板组31后未反应完的物料可以经过下一个空化板组31继续产生空化效应并发生反应。因此，多个空化板组31可以促进物料的裂化反应。
如图6所示，搅拌单元40包括第五筒体、转轴41和多个桨叶42。其中，物料可以在第五筒体流动。转轴41可转动地设置在第五筒体内，并且转轴41的轴向沿物料的流动方向设置。多个桨叶42沿转轴41的圆周方向间隔设置在转轴41上。物料在流过第五筒体时，多个桨叶42在第五筒体内转动，桨叶42对物料的搅动不但可以使不同成分或不同形态的物料充分混合，还能够为物料提供能量，从而使物料发生裂化反应。
具体地，通过桨叶42的搅拌作用，使得气液固三相物料能够充分混合与接触，并且能够使氢气和重油充分混合与接触，从而增强物料的传递。而且，通过桨叶42的搅拌作用，物料能够发生空化效应。具体地，在桨叶42转动时，桨叶42后部的物料变少，桨叶42后部压力变低，物料中微小的轻烃气泡或氢气泡在低压状态会变大，形成空泡流(Cavitatingflow)区域。当下一个桨叶42运动到空泡流区域的瞬间，桨叶42对空泡产生压缩，使空泡破裂。空泡破裂时会产生高温高压，高温高压使物料发生裂化反应。
进一步地，搅拌单元40还包括多个弧形挡板43，多个弧形挡板43固定设置在第五筒体与多个桨叶42之间，并且多个弧形挡板43沿转轴41的圆周方向间隔设置。多个桨叶42对物料进行搅动时会带动物料从转轴41向第五筒体内壁的方向移动，由于弧形挡板43的阻挡作用，物料会集中通过桨叶42与弧形挡板43之间的间隙以及相邻的弧形挡板43之间的间隙。在通过间隙时，桨叶42或弧形挡板43会对物料产生剪切作用，剪切作用有助于重油中的大分子的裂化、开环并反应。因此，通过设置弧形挡板43可以增强物料的反应效率。
如图1和图7所示，撞击单元50设置在第一筒体210的容纳腔的上部。撞击单元50包括支架51和输送管52。其中，支架51固定在第一筒体210的内侧壁上；输送管52固定在支架51上，支架51可以对输送管52起支撑作用。并且输送管52的入口与第二筒体11的第一出口连通，从第二筒体11中直接输出的物料或从第二筒体11中输出后再经过其他强化单元的物料通过输送管52进入第一筒体210的容纳腔。物料从输送管52中以一定的速度进入容纳腔，在进入容纳腔时，物料与物料之间或物料与第一筒体210的内侧壁发生撞击。在撞击的瞬间物料的动能转换为液体分子层面的势能和热能，从而使物料获得可将分子键断裂的高能量，物料的分子键断裂后进一步发生裂化反应。因此通过撞击单元50的作用，能够促进物料的反应，从而加强对重油的处理和回收。
而且，撞击单元50设置在第一筒体210的容纳腔中的重油的上部，这样在物料发生撞击的过程中，还能够加快物料的闪蒸，从而能够使物料反应后的产物气化，这样有利于对产物的分离和回收，从而提高对重油的处理效果。
在本实施例中，子反应器100的强化装置包括撞击单元50，撞击单元50入口与第二筒体11的第一出口连通，撞击单元50的出口与第一筒体210的容纳腔连通。子反应器100至少为两个，至少两个子反应器100的撞击单元50的出口间隔设置。如此设置，可以使从不同撞击单元50进入第一筒体210的物料相互撞击。不同撞击单元50中的物料都具有一定的速度，它们相互撞击能够强化撞击过程，从而使物料的动能更多的转换为势能和热能，以促进物料的反应。
具体地，如图7所示，撞击单元50中的物料通过输送管52输送，两个输送管52的出口正对设置，这样两个输送管52中的物料流动方向相反，物料在从出口流出后发生正对地撞击，进一步使物料的动能更多的转换为势能和热能，以促进物料的反应。可选地，不同撞击单元50中的支架51可以相互连接，以增加装置的结构强度，提高撞击单元50的使用寿命。为了保证撞击效果，在本实施例中，物料在输送管52中的流速可以设置为20-50m/s。
如图3所示，第二筒体11的内壁的横截面面积大于第一出口的内壁的横截面面积，这样第二筒体11的容纳腔内通入重油和氢气时可以保持较高的压力，以利于重油和氢气的混合，并且能够促进重油和氢气的反应。由于该重油加氢处理***中设置有强化装置，***可在较低的压力和温度下运行，对第二筒体11的性能要求降低，因此可以简化第二筒体11的结构，以降低重油加氢处理***的投资成本。具体地，可以将第二筒体11由钢管制成，这与使用专门的压力容器相比，能够显著地降低重油加氢处理***的投资成本。
在本实施例中，混合单元10还包括气体分布器12，气体分布器12设置在第二筒体11内，气体分布器12与氢气入口连通，气体分布器12用于将氢气均匀分布到重油内。通过设置气体分布器12，能够将集中进入第二筒体11内的氢气分散到第二筒体11内的不同位置，以增大氢气与重油的接触面积，从而使氢气与重油均匀混合，这样有利于后续反应。
为了达到较好的气体分布效果，可以在气体分布器12中设置渗透膜。同时，为了适应高温和液相大扰动的工作环境，可以将渗透膜设置为无机膜。由于无机膜具有强度高、热稳定性好、耐腐蚀、易清洗等优点，从而无机膜可以满足使用要求。
具体地，气体分布器12包括本体和无机膜。其中，本体具有相互连通的入口和出口，本体的入口与第二筒体11的氢气入口连通。无机膜设置在本体的出口上，无机膜具有多个通孔。如此设置，氢气在进入本体后通过无机膜上的多个通孔从不同位置分散进入第二筒体11内，从而与不同位置的重油均匀混合。
在该重油加氢处理***中，不需要用纯度较高的氢气就能够发生裂化反应，因此可以采用含氢气量少的气体作为氢气源，以降低***的运行成本。例如，可以将甲烷裂解后的气体作为氢气源，也可以采用其他途径获得的含氢气体。含氢气少的气体中会含有其他气体，例如CO、CO2、CH4，或碳2、碳3等液化气或水蒸气。其中一些气体分子的尺寸较大，因此在选用无机膜时，应采用通孔尺寸较大的无过滤性的无机膜，以使气体顺利通过。
在本实施例中，可以将无机膜设置为陶瓷膜。陶瓷膜应当具有强度高、热稳定性好、孔径分布单一、通量衰减小的特点。例如，可以选择以金属氧化物陶瓷材料Al2O3或ZrO2为骨架的陶瓷膜。优选地，本实施例中的陶瓷膜的通孔的直径设置在0.3μm至1.0μm之间，这样可以使分子尺寸较大的去离子水通过通孔。能够通过去离子水的陶瓷膜，也可以无选择地允许气体通过并呈现小气阻状态，以使气体顺利地通过陶瓷膜并与重油混合。
可选地，气体分布器12还包括分子筛，分子筛附着在无机膜上。通过设置分子筛，可以适当约束无机膜的孔径，这一方面有助于稳定进入液相的气压，另一方面使氢气及其它气体以一定的加速度和更加微小的气泡快速进入液相。优选地，可以在陶瓷膜上附着厚度小于1.0μm的FAU型分子筛。
气体分布器12通过设置无机膜和分子筛，具有双重功能：一方面能够让氢气以极微小的气泡进入重油中，与重油在纵波震荡中产生的空泡并列或合并，使空泡中或空泡附近充满氢气，在空泡崩溃的瞬间完成加氢裂化过程；另一方面能够调整无机膜表层与重油接触的分子筛的硅铝比，使气体分布器12能够对裂化反应起到催化作用。如此设置既有利于氢气与重油的均匀混合，又有利于氢气与重油的裂化反应。
在本实施例中，子反应器100还包括泵体60，泵体60设置在第一筒体210的出口与强化装置的出口之间的管路上，泵体60用于输送物料。通过设置泵体60可以保证物料在子反应器100内部的流动以及子反应器100和主反应器200之间的流动。如图1所示，可以将泵体60设置在第一筒体210与混合单元10之间，也可以将泵体60设置在混合单元10与强化装置之间，还可以将泵体60设置在强化装置的内部。根据生产需要，可以将泵体60设置为多个。
通过设置泵体60，可以使子反应器100和主反应器200内的物料循环流动，以使***内的物料充分反应。物料在通过子反应器100后，可以在第一筒体210中将反应后的产物分离出来，未反应的物料流入第一筒体210的底部，然后泵体60可以将第一筒体210底部的物料再次输送到子反应器100中继续反应。这样可以使重油充分反应，从而提高对重油的处理效率和利用率。在本实施例中，物料重油在重油加氢处理***中的停留的时间在30分钟至90分钟之间，平均为60分钟，以达到处理效率和利用率的平衡，从而使经济效益最大化。当然，也可以根据工艺的需要将物料的停留时间设置为其他数值。
在工艺不变的条件下，产品转化率的高低与重油的质量密切相关。例如，对于重质原油的重油，采用本实施例的技术方案，终馏点为500℃的利用率在70-90％时具有较好的经济指标。
进一步地，重油加氢处理***还包括供氢装置，供氢装置的氢气出口与第二筒体11的氢气入口连通，供氢装置用于为混合单元10提供氢气。在该重油加氢处理***中，不需要用纯度较高的氢气就能够发生裂化反应，因此可以采用含氢气量少的气体作为氢气源，以降低***的运行成本。供氢装置提供的氢气的纯度大于或等于20％就能够满足重油的反应需求。使用含氢气量少的气体作为氢气源，能够降低制作氢气的原料的成本，因此能够显著降低***的运行成本。
现有的重油加氢处理***的耗氢量在150NM3/M3至300NM3/M3之间才能够运行，而本实施例的重油加氢处理***的耗氢量小于等于50NM3/M3就能够运行，因此该重油加氢处理***能够显著降低耗氢量，从而降低统的运行成本。
具体地，供氢装置可以由甲烷裂解制备氢气，这样既能够满足***对氢气的纯度要求，又能够降低原料成本。甲烷裂解制后产生的气体中包含有其他气体，使用该***不用将这些气体分离，可以一起输送到混合单元10内。
在本实施例中，重油加氢处理***还包括精馏塔，精馏塔用于将物料的气相产物按沸点范围分离。精馏塔的入口与第一筒体210的气相产物出口连通，精馏塔顶部的不凝气出口与供氢装置的入口连通。或精馏塔的入口与第一筒体210的气相产物出口连通，精馏塔顶部的不凝气出口与第二筒体11的氢气入口连通。如此设置可以用精馏塔将物料的气相产物按沸点范围分离，从而将重油转化为可利用的产品。
为了提高对氢气的利用率，可以将未反应完的氢气回收。现有的重油加氢处理***中，回收的氢气需要通过溶剂或碱液洗脱杂质，或者通过固体吸附才能再次使用。本实施例中的***由于是在压力和温度较低的环境下运行，因此氢气更加容易地从液相中逸出。而且，由于本***对氢气的纯度要求较低，回收的氢气不需要处理就可以再次使用。因此本实施例的技术方案能够降低氢气的回收成本。
由于精馏塔顶部的不凝气中含有大量未反应的氢气，因此通过上述设置可以以低成本的方式将含有氢气的不凝气回收再利用。具体地，可以将不凝气输送到供氢装置中，不凝气与供氢装置中产生的氢气混合后再输送到混合单元10中。或者将不凝气直接输送到混合单元10中回收利用。
现有的重油加氢处理***运行时的压力在5.0MPa至24.13MPa之间。而在本实施例中，重油加氢处理***内的压力小于0.1MPa即可以运行，即本***可以在常压下运行。这与现有的重油加氢处理***相比，本***的运行压力大大降低，因此一方面能够降低对***的性能要求，从而能够降低***的投资成本，另一方面能够降低对***的运行参数要求，从而能够降低***的运行成本。
现有的重油加氢处理***运行时的反应温度在370℃至460℃之间。而在本申请中，重油加氢处理***内物料的反应温度在350℃至410℃之间。这与现有的重油加氢处理***的反应温度相比明显降低，因此能够降低***的能量消耗，从而降低***的运行成本。
由上述可知，与现有技术相比，本发明提供的重油加氢处理***能够在常压和温度较低的环境下运行，并且对氢气的纯度要求低、对氢气的消耗量低。由于具有以上特点，因此本发明的技术方案能够降低重油加氢处理***的投资成本和运行成本。经核算得到，本发明提供的重油加氢处理***的投资成本仅为现有的***的投资成本的1/10至1/20，运行成本仅为现有的***的运行成本的1/2至1/3，因此通过本发明的技术方案能够取得显著的经济效益。
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。
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申请的示例性实施方式。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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
Claims (23)
1.一种重油加氢处理***，其特征在于，包括主反应器(200)和至少一个子反应器(100)，所述主反应器(200)包括第一筒体(210)，所述子反应器(100)包括：
混合单元(10)，用于将物料和氢气混合，所述混合单元(10)包括第二筒体(11)，所述第二筒体(11)上设置有物料入口、氢气入口和第一出口，所述物料入口与所述第一筒体(210)的出口连通；
强化装置，所述强化装置的入口与所述第二筒体(11)的第一出口连通，所述强化装置的出口与所述第一筒体(210)的容纳腔连通，所述强化装置用于给物料提供能量以使物料发生裂化反应。
2.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述强化装置包括强化单元，所述强化单元为等离子体单元(20)、空化单元(30)、搅拌单元(40)和撞击单元(50)中的一种或多种，所述等离子体单元(20)用于对物料进行离子化处理，所述空化单元(30)用于使物料产生空化作用，所述搅拌单元(40)用于对物料进行搅拌，所述撞击单元(50)用于将进入所述第一筒体(210)的容纳腔的物料发生撞击。
3.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述强化装置包括多个强化单元，每个所述强化单元为等离子体单元(20)、空化单元(30)、搅拌单元(40)和撞击单元(50)中的一种，当其中一个所述强化单元为撞击单元(50)时，所述撞击单元(50)的出口与所述第一筒体(210)的容纳腔连通，所述第二筒体(11)的第一出口、其他所述强化单元和所述撞击单元(50)顺次连通。
4.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述强化装置包括多个强化单元，每个所述强化单元为等离子体单元(20)、空化单元(30)和搅拌单元(40)中的一种，所述第二筒体(11)的第一出口、多个所述强化单元和所述第一筒体(210)的容纳腔顺次连通。
5.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述等离子体单元(20)包括：
第三筒体(21)，具有第一筒壁和第二筒壁，所述第一筒壁设置在所述第二筒壁的内侧，所述第一筒壁和所述第二筒壁之间具有第一腔体，所述第一筒壁内具有第二腔体，物料可在所述第一腔体内流动；
电介质(22)，设置在所述第二腔体中；
电极(23)，至少部分地穿入所述电介质(22)中，所述电极(23)的一端连接高压电源。
6.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述空化单元(30)包括：
第四筒体；
空化板组(31)，设置在所述第四筒体内；和/或，
空化嘴，设置在所述第四筒体内。
7.根据权利要求6所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述空化单元(30)包括空化板组(31)，所述空化板组(31)包括：
第一板体(31a)，所述第一板体(31a)上设置有多个通孔；
第二板体(31b)，所述第二板体(31b)上设置有多个通孔，所述第二板体(31b)与所述第一板体(31a)之间具有夹角。
8.根据权利要求7所述的重油加氢处理***，其特征在于，至少部分所述第一板体(31a)的周缘为锯齿形，和/或至少部分所述第二板体(31b)的周缘为锯齿形。
9.根据权利要求6所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述空化板组(31)为多个，多个所述空化板组(31)沿物料的流动方向顺次设置在所述第四筒体内。
10.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述搅拌单元(40)包括：
第五筒体；
转轴(41)，可转动地设置在所述第五筒体内，所述转轴(41)的轴向沿物料的流动方向设置；
多个桨叶(42)，多个所述桨叶(42)沿所述转轴(41)的圆周方向间隔设置在所述转轴(41)上。
11.根据权利要求10所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述搅拌单元(40)还包括：
多个弧形挡板(43)，固定设置在所述第五筒体与多个所述桨叶(42)之间，多个所述弧形挡板(43)沿所述转轴(41)的圆周方向间隔设置。
12.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述撞击单元(50)设置在所述第一筒体(210)的容纳腔的上部，所述撞击单元(50)包括：
支架(51)，固定在所述第一筒体(210)的内侧壁上；
输送管(52)，固定在所述支架(51)上，所述输送管(52)的入口与所述第二筒体(11)的第一出口连通。
13.根据权利要求2所述的重油加氢处理***，其特征在于，
所述子反应器(100)的强化装置包括所述撞击单元(50)，所述撞击单元(50)入口与所述第二筒体(11)的第一出口连通，所述撞击单元(50)的出口与所述第一筒体(210)的容纳腔连通；
所述子反应器(100)至少为两个，至少两个所述子反应器(100)的撞击单元(50)的出口间隔设置，从不同所述撞击单元(50)进入所述第一筒体(210)的物料发生撞击。
14.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述第二筒体(11)的内壁的横截面面积大于所述第一出口的内壁的横截面面积，所述第二筒体(11)由钢管制成。
15.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述混合单元(10)还包括：
气体分布器(12)，设置在所述第二筒体(11)内，所述气体分布器(12)与所述氢气入口连通，所述气体分布器(12)用于将氢气均匀分布到物料内。
16.根据权利要求15所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述气体分布器(12)包括：
本体，所述本体具有入口和出口，所述本体的入口与所述第二筒体(11)的氢气入口连通；
无机膜，设置在所述本体的出口上，所述无机膜具有多个通孔，优选地，所述无机膜为陶瓷膜，更优选地，所述陶瓷膜的通孔的直径在0.3μm至1.0μm之间。
17.根据权利要求16所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述气体分布器(12)还包括：
分子筛，所述分子筛附着在所述无机膜上，优选地，所述分子筛为FAU型分子筛，更优选地，所述FAU型分子筛的厚度小于1.0μm。
18.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述子反应器(100)还包括：
泵体(60)，设置在所述第一筒体(210)的出口与所述强化装置的出口之间的管路上，所述泵体(60)用于输送物料。
19.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述重油加氢处理***还包括：
供氢装置，所述供氢装置的氢气出口与所述第二筒体(11)的氢气入口连通，所述供氢装置提供的氢气的纯度为A，其中，A≥20％。
20.根据权利要求19所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述供氢装置由甲烷裂解制备氢气。
21.根据权利要求19所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述重油加氢处理***还包括：
精馏塔，所述精馏塔用于将物料的气相产物按沸点范围分离，所述精馏塔的入口与所述第一筒体(210)的气相产物出口连通；
所述精馏塔顶部的不凝气出口与所述供氢装置的入口连通，或所述精馏塔顶部的不凝气出口与所述第二筒体(11)的氢气入口连通。
22.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述重油加氢处理***内的压力小于0.1MPa。
23.根据权利要求1所述的重油加氢处理***，其特征在于，所述重油加氢处理***内物料的反应温度在350℃至410℃之间。
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