Область техники
Настоящее изобретение относится к области гидрирования тяжелой нефти и, в частности, относится к реакционной системе гидрирования тяжелой нефти и способу гидрирования тяжелой нефти.
Уровень техники
Технология гидроочистки тяжелой нефти является одним из актуальных направлений в исследовании процессов гидрирования. Реакционные процессы и реактора гидрирования тяжелой нефти могут быть разделены на разные типы, такие как процессы и реактора гидрирования в неподвижном слое, процессы и реактора гидрирования в суспендированном слое, процессы и реактора гидрирования в кипящем слое и др. Среди них наиболее широко применяют реактора гидрирования в неподвижном слое, и их можно использовать для разных способов гидрирования тяжелой нефти. В настоящее время для процесса гидрирования тяжелой нефти используют преимущественно способ гидрирования в неподвижном слое. При проведении гидрирования необходимо полностью смешивать нефтяное сырье с газообразным водородом перед их поступлением в реактор и введением в контакт с катализатором реакции гидрирования. Оборудование для реакции гидрирования в неподвижном слое обычно включает смеситель нефти и газа и реактор с неподвижным слоем. Результат смешения в смесителе нефти и газа и эффективный контакт нефти и газа в реакторе напрямую связаны с результатом гидрирования. В существующем оборудовании для реакции гидрирования в неподвижном слое в качестве смесителя нефти и газа большей частью используют обычные смесители. Из-за высокой вязкости тяжелой нефти имеют место такие недостатки, как неидеальный результат смешения двух фаз и легкость разделения фаз, что приводит к низкой скорости реакции и недостатку водорода на поверхности катализатора, а это создает такие проблемы, как коксование и отложение кокса, что затрудняет эффективную работу устройства гидрирования тяжелой нефти в течение длительного периода времени.
В связи с усиливающейся тенденцией использования тяжелой сырой нефти, растущим на рынке спросом на легкий мазут и растущими экологическими требованиями нефтеперерабатывающиезаводы уделяют все больше внимания технологии переработки тяжелой нефти в легкую нефть. Способы преобразования тяжелой нефти в легкую нефть включают термический крекинг и преобразование гидрированием. Из-за низкого выхода легкой нефти при термическом крекинге тяжелой нефти при конверсии гидрированием можно использовать катализаторы для снижения энергии активации реакции гидрирования и увеличения степени превращения тяжелой нефти при гидрировании. Из-за низкого качества тяжелой нефти, высокого содержания примесей и неидеальных компонентов, а также трудностей при переработке необходимо проводить химические реакции между тяжелой нефтью и газообразным водородом при высокой температуре и высоком давлении в присутствии катализатора для удаления из тяжелой нефти вредных примесей, таких как сера, азот и тяжелые металлы. Тяжелую нефть частично превращают в легкую нефть, такую как бензин и дизельное топливо, а оставшаяся часть может быть переработана посредством катализа и коксования и полностью превращена в бензин и дизельное топливо.
Хотя процесс гидрирования тяжелой нефти широко используют, все еще имеются следующие проблемы. (1) Тяжелое нефтяное сырье содержит много примесей, что затрудняет удаление примесей путем гидрирования. Обычно требуются жесткие условия реакции, такие как высокая температура, высокое давление и низкая объемная скорость, что приводит к большому потреблению энергии. (2) Процесс гидрирования тяжелой нефти требует большого отношения водорода к нефти, которое обычно необходимо для достижения желаемого результата реакции. Следовательно, размер реактора и реакционной системы большой, а капиталовложения высокие. (3) Длительное время пребывания нефтяного сырья в условиях высокой температуры, высокого давления и низкой объемной скорости приводит к реакциям жесткого крекинга и низкому выходу легкой нефти. (4) Высокое потребление водорода во время реакционного процесса и высокая активность катализатора затрудняют перенос и диффузию молекул водорода в основную массу нефтяного сырья в большом количестве во время потребления газообразного водорода, что приводит к состоянию дефицита водорода и к коксованию и отложению кокса на поверхности катализатора. С одной стороны, это вызывает неравномерную реакцию, а, с другой стороны, это приводит к блокировке слоя катализатора и затруднениям при длительном пробеге. Большая часть причин обусловлена тем, чтонефтяное сырье и газообразный водород смешивают с помощью обычного оборудования, что приводит к небольшому количеству растворенного и диспергированного газообразного водорода в фазе нефтяного сырья. Размер пузырьков газообразного водорода является большим, и пузырьки водорода в фазе нефтяного сырья не могут существовать в больших количествах и стабильно.
В документе CN 10801807 4A предложен способ гидроочистки тяжелой нефти для улучшения использования катализатора. После смешения тяжелого нефтяного сырья с газообразным водородом полученную смесь вначале пропускают через реакционную зону предварительной гидроочистки для проведения реакций гидродеметаллизации и частичной десульфуризации; выходящий реакционный поток поступает в зону реакции гидроочистки для проведения реакций гидродесульфуризации и гидроденитрификации; температура реакции в зоне реакции предварительной гидроочистки выше, чем температура в зоне реакции гидроочистки. В изобретении в основном удаляют большую часть металлов в материале за счет введения в реакцию при более высоких температурах в реакционной зоне предварительной гидроочистки. Этот способ не решает принципиально проблемы низкой скорости реакции гидрирования и дефицита водорода, а также коксования и отложения кокса на поверхности катализатора.
В документе CN 10810269 7B предложены способ и система гидроочистки тяжелой нефти. Способ гидроочистки тяжелой нефти включает следующее. Тяжелое нефтяное сырье последовательно проходит через реакционную зону предварительной гидроочистки в неподвижном слое и реакционную зону гидроочистки в неподвижном слое, расположенные последовательно. Полученная нефть из реакционной зоны гидроочистки в неподвижном слое поступает в реакционную зону гидроочистки в кипящем слое, а выходящий из реакционной зоны гидрокрекинга в кипящем слое реакционный поток разделяют с получением сухого газа, сжиженного газа, нафты, дизельного топлива, газойля и непреобразованной нефти. Цель этого изобретения состоит в продлении рабочего цикла устройства гидроочистки тяжелой нефти, но его заканчивают получением нефти с помощью процесса гидроочистки в неподвижном слое и затем преобразованием произведенной нефти с помощью гидрокрекинга в кипящем слое, что является не только сложным технологическим процессом, но также характеризуется большим энергопотреблением и высокими капиталовложениями.
Документ CN 10930627 2A предлагает систему гидроочистки тяжелой нефти, которая включает основной реактор и, по меньшей мере, один субреактор. Основной реактор включает первый цилиндр, который служит для удерживания материала, а субреактор включает смесительный узел для смешения материала и газообразного водорода. Смесительный узел включает второй цилиндр и интенсифицирующее устройство. Второй цилиндр снабжен входным отверстием материала, входным отверстием водорода и первым выходным отверстием. Входное отверстие материала находится в сообщении с выходным отверстием первого цилиндра. Входное отверстие интенсифицирующего устройства находится в сообщении с первым выходным отверстием второго цилиндра, а выходное отверстие интенсифицирующего устройства находится в сообщении с вмещающей полостью первого цилиндра. Интенсифицирующее устройство используют для подачи энергии к материалу, чтобы вызвать реакцию его крекинга.
Документ CN 10865988 2A предлагает способ гидрирования тяжелой нефти и систему гидрирования, причем способ гидрирования тяжелой нефти включает: смешение тяжелой нефти, масла каталитического крекинга, вулканизирующего агента и катализатора и гидрокрекинг полученной смеси с газообразным водородом в первом реакторе с получением первого продукта реакции; возвращение части первого продукта реакции в первый реактор и гидрокрекинг оставшихся материалов во втором реакторе с получением второго продукта реакции; разделение второго продукта реакции на легкие компоненты и тяжелые компоненты; возвращение части тяжелых компонентов во второй реактор; и разделение оставшихся тяжелых компонентов с получением дистиллятного масла в виде масла каталитического крекинга; гидроочистку легких компонентов в третьем реакторе с получением светлых нефтепродуктов. Основной целью этого заявленного способа является улучшение эффективности теплопередачи и массообмена, но только с помощью реактора гидрирования обычной конструкции и традиционного способа смешения водород/нефть, которые не могут эффективно контролировать время контакта между катализатором и сырьем и не могут гарантировать степень преобразования тяжелой нефти и выход легкой нефти.
Сущность изобретения
Для устранения недостатков существующей технологии настоящее изобретение предлагает микроканальный смеситель. Микроканальный смеситель используют в реакционной системе гидрирования тяжелой нефти и в способе гидрирования тяжелой нефти. За счет введения несущей водород текучей среды при проведении процесса гидрирования тяжелой нефти улучшают скорость реакции и глубину преобразования при гидрировании тяжелой нефти и подавляют углеродные отложения и образование кокса на поверхности катализатора, что гарантирует, что реакционная система гидрирования тяжелой нефти может работать в течение длительного периода при низком отношении водорода к нефти и при высокой объемной скорости. С другой стороны, за счет формирования «обогащенной водородом текучей среды газ-в-нефти» из нефтяного сырья и несущей водород текучей среды реакция гидрирования может протекать в слое из слоя катализатора, что увеличивает скорость реакции и глубину превращения при гидрировании тяжелой нефти, ингибирует углеродные отложения и коксование на поверхности катализатора, улучшает выход легкой нефти и продлевает рабочий цикл устройства.
В случае реакции гидрирования тяжелой нефти, с одной стороны, необходимо обеспечить эффект двухфазного смешения тяжелой нефти и газообразного водорода на раннем этапе реакции, что имеет решающее значение при создании в дальнейшем хороших физических условий для достижения эффективных и равномерных реакций. С другой стороны, из-за сильной теплоты реакции гидрирования тяжелой нефти недостаток водорода для молекул нефтяного масла при контакте с катализатором может приводить к углеродным отложениям, коксованию и закупорке на поверхности катализатора. Следовательно, на средних-поздних этапах реакции необходимо непрерывно создавать стабильные небольшие частицы газообразного водорода для материалов реакции, чтобы гарантировать, что при высоких температурах материалы нефтяного масла на поверхности катализатора не достигнут состояния дефицита водорода, для обеспечения длительной и эффективной работы способа гидрирования тяжелой нефти.
В одном аспекте настоящее изобретение предлагает микроканальный смеситель, содержащий микроканальный компонент и кожух, причем микроканальный компонент закреплен внутри кожуха, при этом на одном конце кожуха предусмотрено входное отверстие для подачи материалов в жидкой и газообразной фазе, а на другом конце кожуха предусмотрено выходное отверстие для выпуска смешанного материала; указанный микроканальный компонентсодержит множество уложенных друг на друга листов и несколько слоев олеофильных и/или гидрофильных волокнистых нитей, заполненных в щели между соседними листами, при этом волокнистые нити формируют несколько микроканалов между ними, и волокнистые нити зажаты и закреплены листами.
В другом аспекте настоящее изобретение предлагает реакционную систему гидрирования тяжелой нефти, включающую зону микросмешения и реакционную зону гидрирования тяжелой нефти, причем зону микросмешения используют для смешения разбавителя нефти и водорода для получения несущей водород текучей среды, и зона микросмешения включает, по меньшей мере, один микроканальный смеситель по настоящему изобретению;
где указанный микроканальный смеситель имеет входное отверстие для подачи разбавителя нефти и водорода и выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды;
указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает, по меньшей мере, один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, и компонент распределения несущей водород текучей среды расположен, по меньшей мере, над одним слоем катализатора; когда размещено множество слоев катализатора, предпочтительно компонент распределения несущей водород текучей среды расположен над любым из слоев катализатора; питающий смеситель расположен в нижней части каждого реактора;
указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием микроканального смесителя по трубопроводу.
В другом аспекте настоящее изобретение предлагает реакционную систему гидрирования тяжелой нефти, включающую зону формирования несущей водород текучей среды, зону формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и реакционную зону гидрирования тяжелой нефти; причем указанная зона формирования несущей водород текучей среды содержит, по меньшей мере, один микроканальный смеситель по настоящему изобретению;
указанный микроканальный смеситель имеет входное отверстие для подачи разбавителя нефти и водорода и выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды;
указанная зона формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода включает, по меньшей мере, одиннеорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор, причем неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор имеет конструкцию по типу трубка-кожух, содержащую неорганические мембранные трубчатые компоненты, и имеется пучок неорганических мембранных трубок внутри кожуха; трубопровод тяжелого нефтяного сырья находится в сообщении с входным концом пучка неорганических мембранных трубок, трубопровод водорода находится в сообщении с пространством кожуха; газообразный водород диффундирует в пучок неорганических мембранных трубок через стенку неорганических мембранных трубок с образованием с тяжелым нефтяным сырьем смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, при этом выходной конец пучка неорганических мембранных трубок представляет собой выходное отверстие смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода;
указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает, по меньшей мере, один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, а зона микросмешения расположена, по меньшей мере, под одним слоем катализатора,
компонент распределения несущей водород текучей среды расположен в верхней части указанной зоны микросмешения, и компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода расположен в нижней части; когда размещено множество слоев катализатора, зону микросмешения помещают ниже любого из слоев катализатора;
указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием материала микроканального смесителя по трубопроводу;
указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода сообщается с выходным отверстием материала неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора.
Пучок неорганических мембранных трубок может быть изготовлен из одной или нескольких мембран из числа керамической мембраны, металлической мембраны, композитной мембраны металл/керамика, мембраны из сплава, композитной мембраны на основе молекулярных сит, цеолитной мембраны, стеклянной мембраны и т.п.Стенка трубки неорганической мембранной трубки обычно имеет диаметр отверстия от 10 нм до 1 мкм.
В соответствии с реакционной системой гидрирования тяжелойнефти по настоящему изобретению микроканальный компонент в кожухе микроканального смесителя поделен на подающий конец и выпускающий конец вдоль направления щели, причем между входным отверстием и подающим концом предусмотрено пространство для распределения подачи, а пространство для распределения выгрузки предусмотрено между выходным отверстием и выпускающим концом, чтобы предупредить проскальзывание материалов и гарантировать протекание материалов от подающего конца к выпускающему концу внутри микроканального компонента, при этом за исключением подающего конца и выпускающего конца все другие концы микроканального компонента герметично соединены с кожухом.
В соответствии с реакционной системой гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению указанные волокнистые нити могут быть расположены в одном или множестве слоев, предпочтительно в 1-50 слоях и более предпочтительно в 1-5 слоях; при размещении во множестве слоев предпочтительно проекция двух соседних слоев волокнистых нитей вдоль вертикального направления листов образует сетчатую структуру; форма сетки в сетчатой структуре может быть произвольной формы, например, в виде одного или нескольких многоугольников, кругов, эллипсов и т.п.; в каждом слое волокнистых нитей расстояние между соседними волокнистыми нитями обычно составляет 0,5-50 мкм предпочтительно при расположении с равными интервалами; волокнистые нити размещают вдоль любого из поперечного, продольного или наклонного направления поверхности листа; волокнистые нити могут иметь форму произвольной кривой, предпочтительно форму периодически меняющейся кривой, такую как волнистая форма и зубчатая форма, причем предпочтительно волокнистые нити в одном слое имеют одинаковую форму, и более предпочтительно волокнистые нити во всех слоях имеют одну и ту же форму.
В соответствии с реакционной системой гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению указанные волокнистые нити обычно имеют диаметр 0,5-50 мкм, предпочтительно 0,5-5 мкм, более предпочтительно 0,5-1 мкм. Указанные липофильные волокнистые нити обычно представляют собой, по меньшей мере, нить из числа полиэфирной волокнистой нити, нейлоновой волокнистой нити, полиуретановой волокнистой нити, полипропиленовой волокнистой нити, полиакрилонитрильной волокнистой нити, поливинилхлоридной волокнистой нити или материал из волокнистых нитей с олеофильно-обработаннойповерхностью; указанные гидрофильные волокнистые нити обычно выбирают из нитей из одного или нескольких из высокомолекулярных полимеров, содержащих, по меньшей мере, одну гидрофильную группу в его главной цепочке или боковой цепочке, или из волокнистой нити, которая гидрофильно-обработана физическим или химическим способом, причем гидрофильная группа включает, например, карбоксильную группу (-СООН), амидо-группу (-CONH-), аминогруппу (-NH2-) или гидроксильную группу (-ОН), и чем больше гидрофильных групп они содержат, тем лучше их гидрофильность. Обычно используемые волокна включают полипропиленовое волокно, полиамидное волокно, акриловое волокно и т.п.
В соответствии с реакционной системой гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению щели между указанными соседними листами могут быть полностью заполнены любой нитью из числа липофильной или гидрофильной волокнистой нити; или, с другой стороны, липофильные и гидрофильные волокнистые нити могут быть заложены в определенной пропорции предпочтительно с коэффициентом заполнения по массе 1:50-50:1. Поверхностные свойства волокнистых нитей, заложенных между щелями, могут быть одинаковыми или разными, причем предпочтительны одинаковые поверхностные свойства и один и тот же режим заполнения.
В соответствии с реакционной системой гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению толщина листа обычно составляет 0,05-5 мм, предпочтительно 0,1-1,5 мм. Материал листа, как правило, определяется свойствами проходящего материала и рабочими условиями и может представлять собой любой из одного или нескольких материалов, таких как металл, керамика, органическое стекло или полиэстер. В материале из металла предпочтительна нержавеющая сталь (например, SS30403, SS30408, SS32168 и SS31603). Ограничений по форме листа нет, и это может быть любая форма из числа прямоугольника, квадрата, многоугольника, круга, эллипса или сектора, предпочтительно прямоугольник или квадрат. Размер и количество листов может быть спроектировано и скорректировано в зависимости от фактических потребностей реакции. Как правило, в микроканальном компоненте используют листы одинаковой формы и размера.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении; указанный питающий смесительпредпочтительно выполнен в виде узла керамических мембранных трубок по типу трубка-кожух; трубопровод для подачи тяжелой нефти находится в сообщении со стороной керамической мембранной трубки, а трубопровод водорода находится в сообщении с полостью в кожухе снаружи керамической мембранной трубки. Керамические мембранные трубки расположены вдоль осевого направления реактора, а количество и размер керамических мембранных трубок могут быть установлены в зависимости от размера реактора и фактических потребностей реакции. Водород диффундирует наружу через стенку керамической мембранной трубки, образуя микронные пузырьки с размером от 10 мкм до 1 мм, предпочтительно 100-900 мкм. Указанный питающий смеситель может быть установлен снаружи реактора или внутри реактора, предпочтительно внутри реактора, так что смешанные материалы напрямую поступают в слой катализатора для взаимодействия, уменьшая мгновенное испарение материалов и оказывая влияние на эффект диспергирования микроскопических пузырьков.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению указанный компонент распределения несущей водород текучей среды выполнен в форме трубки, диска, сопла, разветвления и т.п., при этом распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды обращены вниз и в реакторе находятся в противоточном или поперечноточном контакте с протекающем вверх материалом.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные с помощью указанного микроканального смесителя, обычно имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм, и, когда однородность дисперсии составляет>80%, их добавление в зону реакции гидрирования тяжелой нефти может эффективно интенсифицировать процесс реакции гидрирования тяжелой нефти и обеспечивать достижение желаемого результата реакции. Конечно, в соответствии с фактическими потребностями способа реакции гидрирования тяжелой нефти, независимо от того, достигает ли однородность дисперсии пузырьков водорода>80%, пока частицы дисперсной фазы находятся в интервале 0,5-900 мкм, они также могут быть добавлены между слоями катализатора в реакторе.
В соответствии с вариантом осуществления реакционнойсистемы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованной с помощью указанного микроканального смесителя, обычно имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм, и предпочтительно однородность дисперсии пузырьков микронного размера в несущей водород текучей среде составляет≥80%.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению предпочтительно размещают 2-10 слоев катализатора. Трубопровод холодного трубопровода помещают между слоями катализатора, а количество трубопроводов холодного водорода устанавливают в соответствии фактической необходимостью своевременного отведения тепла реакции и получения более равномерного процесса реакции гидрирования.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению водород, используемый в зоне микросмешения, и водород, используемый в реакционной зоне гидрирования тяжелой нефти, обычно может представлять собой свежий газообразный водород или рециркулированный газообразный водород, предпочтительно свежий газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 90% об., или рециркулированный водород, имеющий чистоту больше чем 85% об.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению предпочтительно в указанном реакторе гидрирования тяжелой нефти размещают 2-10 слоев катализатора. Трубопровод холодного водорода необязательно может быть расположен между слоями катализатора, и эффект холодного водорода также может быть достигнут за счет регулирования доли газообразного водорода в смешанной текучей среде с высоким содержанием водорода. Для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении; и перед поступлением в реактор указанное нефтяное сырье и газообразный водород предпочтительно предварительно смешивают с помощью смесительного устройства.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению в зоне микросмешения под указанным слоем катализатора несущую водород текучую среду вводят из верхней части, и смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода вводят из нижней части; указанный компонент распределения несущей водород текучейсреды обычно может иметь форму трубки, диска, сопла, разветвления и т.п.; указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода обычно имеет форму ситчатой пластины с открытыми порами, решетки и т.п.; распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды направлены вниз, распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода проходят вверх и вниз; «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти» получают посредством противоточного или поперечноточного контакта стекающей вниз несущей водород текучей среды и протекающей вверх смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, и реакционного сырья.
В соответствии с вариантом осуществления реакционной системы гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению используемый водород обычно может представлять собой свежий газообразный водород или рециркулированный газообразный водород, предпочтительно свежий газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 90% об., или рециркулированный газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 85% об.
Настоящее изобретение также предлагает способ для реакции гидрирования тяжелой нефти, который включает следующее: (1) в зоне микросмешения разбавитель нефти и газообразный водород I поступают в микроканальный смеситель, и полученная смесь протекает через микроканалы между волокнистыми нитями в микроканальном компоненте, последовательно и многократно разрезается волокнистыми нитями, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц микронного размера; (2) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II поступают в питающий смеситель внизу реактора гидрирования тяжелой нефти, а полученный смешанный материал входит в слой(и) катализатора снизу вверх; в то же время несущая водород текучая среда из зоны микросмешения входит в слой(и) катализатора сверху вниз, и два реакционных потока вступают в контакт для реакции гидрирования; продукт реакции вытекает из верхней части реактора гидрирования тяжелой нефти.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению указанная несущая водород текучая среда представляет собой разбавитель нефти, несущий большое количество небольших пузырьков газообразного водорода; отношение объемного расхода газообразного водорода I (норм. м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) в указанной несущей водород текучей среды составляет обычно от 300:1 до 1:1, предпочтительно от 50:1 до 5:1.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти холодный водород добавляют между слоями катализатора для отвода тепла реакции, чтобы поддерживать равномерную температуру реакции внутри слоев катализатора.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по изобретению указанную несущую водород текучую среду делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для вхождения в слои катализатора, причем скорость потока для каждого потока несущей водород текучей среды постепенно растет снизу вверх вдоль осевого направления реактора (например, скорость потока последнего потока увеличивается на 5-20% масс.относительно скорости потока первого потока). Это обеспечивается за счет постепенного добавления и пополнения несущей водород текучей среды, чтобы фаза нефтяного сырья и поверхность катализатора на среднем и позднем этапе реакции находились в обогащенном водородом состоянии. С одной стороны, это делает способ реакции гидрирования более эффективным, и, с другой стороны, при проведении высокотемпературной стадии реакции снижает и подавляет коксование на поверхности катализатора.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению условия смешения указанной зоны микросмешения обычно включает температуру 50-380°С и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
В варианте способа реакции гидрирования тяжелой нефти по изобретению пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде обычно имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм, и, когда однородность дисперсии составляет≥80%, их дополнительная подача между слоями катализатора реакционной зоны гидрирования тяжелой нефти может эффективно интенсифицировать процесс реакции гидрирования тяжелой нефти и обеспечивать достижение желаемого результата реакции. Конечно, в соответствии с фактическими потребностями реакционного процесса гидрирования тяжелой нефти, независимо от того, достигает ли однородностьдисперсии пузырьков водорода≥80%, пока размер пузырьков водорода находится в интервале 0,5-900 мкм, они также могут быть добавлены между слоями катализатора в реакторе.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению часть или весь разбавитель нефти может представлять собой любой один или несколько из числа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка, вакуумного остатка, газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла, антраценового масла и т.п.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по изобретению тяжелая нефть представляет собой остаточную тяжелую нефть после извлечения бензина и дизельного топлива из сырой нефти, и имеет удельный вес 0,82-0,95. В целом она может представлять собой любой один или несколько продуктов из числа атмосферного остатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, дизельного топлива крекинга, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля, деасфальтированного масла и т.п.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм. м3/час) к тяжелому нефтяному сырью (м3/час) обычно составляет от 100:1 до 1200:1, предпочтительно от 300:1 до 600:1.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению условия реакции гидрирования тяжелой нефти обычно включают температуру 350-480°С, давление 10-20,0 МПа(изб.), объемную скорость 0,1-1,0 час-1 и объемное соотношение водород/нефть 100:1-1500:1; рабочие условия питающего смесителя внизу реактора идентичны условиям реакции гидрирования.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению слой(и) катализатора в реакторе гидрирования тяжелой нефти заполнен(ы) обычными в данной области техники катализаторами гидрирования тяжелой нефти, такими как протектант гидрирования, десульфураторы, денитрификаторы, агенты удаления остаточного углерода, деметаллизаторы и т.п, для удаления примесей, таких как сера, азот, кислород, мышьяк, металлы, остаточный углерод и т.п., из тяжелого нефтяного сырья. Катализаторы могут быть загружены ступенчато или могут быть использованы катализаторы, имеющиеприведенные выше две или более функций, например, протектант гидрирования FZC-100B, десульфуратор FZC-34BT, агент денитрификации/удаления остаточного углерода FZC-41A и деметаллизатор FZC-204A, разработанные компанией Fushun Petrochemical Research Institute.
В способе гидрирования тяжелой нефти в неподвижном слое основная проблема состоит в том, что по мере увеличения количества кокса и осаждения металла на катализаторе, катализатор быстро деактивируется. Наиболее зрелое решение в предшествующем уровне техники состоит в контроле реакционного процесса за счет ступенчатого заполнения неподвижного слоя катализатора(ов), чтобы облегчить эту проблему. Однако отложение кокса обычно происходит на высокотемпературной стадии на среднем и позднем этапах реакции, то есть, в верхнем слое катализатора. Эти отложения кокса могут блокировать проточные каналы в катализаторе, приводя к быстрому росту перепада давления вверху реактора и сокращению рабочего цикла. Причина коксования на поверхности катализатора во многом обусловлена высоким содержанием примесей в тяжелом нефтяном сырье. Реакция протекает относительно интенсивно при проведении высокотемпературного реакционного процесса. В результате газообразный водород в нефтяном сырье при контакте с поверхностью катализатора расходуется быстро и нет времени для дополнительной подачи водорода. Иными словами, коксование на поверхности катализатора вызвано дефицитом водорода на поверхности катализатора. Поэтому на среднем и позднем этапах реакции следует оперативно пополнять реакционные материалы достаточным количеством газообразного водорода, который может вступать в контакт с поверхностью катализатора и который подвергается массообмену, что играет важную роль в улучшении коксования и отложения кокса при проведении гидрирования тяжелой нефти в неподвижном слое и для продления рабочего цикла. В настоящем изобретении сначала используют питающий смеситель, чтобы тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород образовывали однородную фазу после надлежащего смешения двух фаз в указанном питающем смесителе и чтобы газообразный водород образовывал в тяжелой нефти стабильные частицы микронного размера. Газообразный водород равномерно распределяется вокруг молекул тяжелой нефти, что может сделать реакцию гидрирования тяжелой нефти более равномерной на начальном этапе и предотвратить появлениепредшественников коксования. По мере протекания реакции гидрирования газообразный водород непрерывно расходуется. В это время, если дополнительно добавляют обычный водород, то из-за наличия межфазного сопротивления газообразный водород не может быстро преодолеть межфазное сопротивление и достичь основного объема жидкой фазы тяжелой нефти на поверхности катализатора. Поэтому в настоящем изобретении используют канальное смесительное устройство в зоне микросмешения для получения несущей водород текучей среды, которую непрерывно добавляют на разных этапах реакционного процесса, так что несущая водород текучая среда и реакционный материал находятся в противоточном/поперечноточном контакте для массообмена. Во время этого процесса преодолевается двухфазное межфазное
сопротивление, что позволяет газообразному водороду в несущей водород жидкости быстро диффундировать к периферии молекул тяжелой нефти и своевременно восполнять требуемый газообразный водород, тем самым обеспечивает обогащенное водородом состояние на поверхности катализатора, существенно подавляет отложение углерода и коксование на поверхности катализатора и делает реакцию более равномерной, что позволяет устройству работать в течение длительного периода времени при низком отношении водорода к нефти и при высокой объемной скорости.
Способ по настоящему изобретению обеспечивает следующие технические эффекты. (1) Тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород образуют гомогенную фазу с помощью подходящего смесителя, а молекулы водорода равномерно диспергированы внутри основной массы фазы тяжелой нефти, что делает начальный этап реакции гидрирования тяжелой нефти более равномерным и предупреждает появление предшественников коксования, тем самым играя хорошую роль в ингибировании или замедлении коксования на поверхности катализатора на среднем и позднем этапах. (2) Микроканальное смесительное устройство по изобретению в способе гидрирования тяжелой нефти используют для микросмешения разбавителя нефти и газообразного водорода с образованием несущей водород текучей среды, которую непрерывно дополнительно подают на среднем и позднем этапах реакции, своевременно поставляя газообразный водород для реакции и улучшая скорость реакции и глубину преобразования в реакционном процессе гидрирования тяжелой нефти. (3) Когда несущую водород текучую среду дополнительно подают в реактор, используют компонентраспределения, который имеет распределение, противоположное направлению потока внутри реактора, чтобы получить несущую водород текучую среду и реакционный материал в противоточном/перекрестноточном контакте для массообмена в реакторе; во время этого процесса преодолевается двухфазное межфазное сопротивление, что позволяет газообразному водороду в несущей водород текучей среде быстро диффундировать для массообмена к основной массе фазы тяжелой нефти, тем самым гарантируя обогащенное водородом состояние на поверхности катализатора, что может существенно ингибировать углеродные отложения и коксование на поверхности катализатора, а также может делать реакцию более равномерной. (4) Благодаря тому факту, что в способе по настоящему изобретению микроканальный реактор для формирования несущей водород текучей среды разработан на основе принципа принудительной повторной резки материалов олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями в микроканале, он всегда дает хороший результат смешения для систем материалов с высоким соотношением газ-жидкость, высокой вязкостью материала и высоким содержанием примесей, и обладает преимуществом широкого применения, преодолевая недостатки других микроканальных смесительных устройств.
Настоящее изобретение также предлагает способ гидрирования тяжелой нефти, который включает следующее: (1) несущая водород текучая среда, содержащая большое количество частиц микронного размера, образованная из разбавителя нефти и газообразного водорода I с помощью микроканального смесителя в зоне формирования несущей водород текучей среды, поступает в верхнюю часть зоны микросмешения и стекает вниз; (2) смешанная текучая среда с высоким содержанием водорода, образованная путем диспергирования тяжелого нефтяного сырья и газообразного водорода II с помощью неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора в зоне формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, поступает в нижнюю часть зоны микросмешения и протекает вверх; (3) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород III поступают в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти и входят в зону микросмешения снизу вверх, смешиваются с несущей водород текучей средой и/или со смешанной текучей средой с высоким содержанием водорода и образуют «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти», котораявходит в слой(и) катализатора для реакции гидрирования, а продукт реакции гидрирования вытекает из верхней части реактора.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению отношение объемного расхода газообразного водорода I (норм.м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) обычно составляет от 100:1 до 1:1, предпочтительно от 50:1 до 5:1. Условия смешения в указанном микроканальном смесителе обычно включают температуру от нормальной температуры до 380°С, предпочтительно 50-120°С, и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по изобретению указанную несущую водород текучую среду подают с помощью, по меньшей мере, одного потока, предпочтительно поделенного на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для вхождения в зоны микросмешения, а указанную смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода подают с помощью, по меньшей мере, одного потока, предпочтительно, поделенного на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для вхождения в зоны микросмешения; номер потока несущей водород текучей среды может быть таким же или может отличаться от номера потока смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, но предпочтительно является таким же.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению разбавитель нефти может представлять собой любой один или несколько из числа сырой нефти, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка, газойля и т.п.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по изобретению указанное тяжелое нефтяное сырье обычно имеет удельный вес 0,82-0,998 г/см3 и может представлять собой любой один или несколько продуктов из числа атмосферного остатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, дизельного топлива крекинга, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла, антраценового масла и т.п.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм.м3/час) к тяжеломунефтяному сырью (м3/час) обычно составляет от 100:1 до 800:1, предпочтительно от 50:1 до 300:1.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению условия реакции гидрирования тяжелой нефти обычно включают температуру 320-480°С, давление 10-20,0 МПа(изб.), объемную скорость 0,1-1,0 час-1, объемное соотношение водород/нефть 100:1-1200:1.
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) к нефтяному сырью (м3/час) обычно составляет от 1:1 до 500:1, предпочтительно от 50:1 до 300:1. Условия диспергирования для неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора обычно включают температуру от нормальной температуры до 380°С, предпочтительно 50-180°С, и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
В варианте осуществления способа реакции гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению зона(ы) микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти может(гут) быть заполнена(ы) инертными керамическими шариками или защитным агентом с функцией гидрирования, служащими в качестве места для вмещения примесей и проведения микросмешения; слой(и) катализатора заполнен(ы) обычными в данной области техники катализаторами гидрирования тяжелой нефти, такими как протектант гидрирования, десульфураторы, денитрификаторы, агенты удаления остаточного углерода, деметаллизаторы, и т.п., для удаления примесей, таких как сера, азот, кислород, мышьяк, металлы, остаточный углерод и т.п., из тяжелого нефтяного сырья. Катализаторы могут быть загружены поэтапно или могут быть использованы катализаторы, имеющие приведенные выше две или более функций, например, протектант гидрирования FZC-100B, десульфуратор FZC-34BT, агент денитрификации/удаления остаточного углерода FZC-41A и деметаллизатор FZC-204A, разработанные компанией Fushun Petrochemical Research Institute.
В способе гидрирования тяжелой нефти в неподвижном слое основной проблемой существующих технологий является быстрая деактивация катализатора из-за отложения кокса и коксования на катализаторе. В настоящее время наиболее зрелое решение состоит в контроле реакционного процесса путем ступенчатого заполнения неподвижного слоя катализатора(ов), чтобы облегчить эту проблему. Это обусловлено тем фактом, что отложение кокса обычнопроисходит при высокой температуре или в зонах неравномерной реакции; реакции в этих высокотемпературных зонах протекают относительно интенсивно, что приводит к быстрому потреблению газообразного водорода в нефтяном сырье при контакте с поверхностью катализатора. Однако нефтяное сырье не имеет достаточного количества растворенного водорода и диспергированного водорода для своевременного пополнения, что вызывает дефицит водорода на поверхности катализатора. Поэтому при проведении реакционного процесса можно эффективно выправлять проблему отложения кокса и коксования при гидрировании тяжелой нефти в неподвижном слое за счет поддержания границы раздела фаз в контакте с поверхностью катализатора в состоянии с высоким содержанием диспергированного водорода на протяжении всего процесса.
По сравнению с предшествующим уровнем техники настоящее изобретение имеет следующие положительные эффекты. (1) Путем введения несущей водород текучей среды и/или смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода в зону микросмешения под слой слоя катализатора несущую водород текучую среду и/или смешанную текучую жидкость с высоким содержанием водорода и реакционный материалы заставляют подвергаться противоточному/перекрестноточному контакту для массообмена и образовывать «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти». Большое количество стабильных микропузырьков присутствует и диспергировано в жидкой фазе реакционного материала, поступающего в слой катализатора, что в результате гарантирует, что поверхность катализатора всегда находится в обогащенном водородом состоянии, тем самым улучшая скорость реакции и глубину преобразования при гидрировании, существенно ингибируя углеродные отложения и коксование на поверхности катализатора, делая реакцию более равномерной и существенно повышая скорость реакции и глубину преобразования при гидрировании. (2) Несущую водород текучую среду распределяют с помощью компонента распределения, который имеет направление распределения, противоположное направлению распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и направлению потока внутри реактора, что приводит несущую водород текучую среду и смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода и реакционный материал к противоточному/перекрестноточному контакту для массообмена в реакторе; во время этого процесса преодолеваетсядвухфазное межфазное сопротивление, что позволяет газообразному водороду в смешанной текучей среде с высоким содержанием водорода быстро диффундировать для массообмена к основной массе фазы тяжелой нефти, в то же время «обогащенная водородом текучая среда газ-в-нефти», образованная этими тремя материалами, не только стабильна в состоянии дисперсии водорода, но также равномерно диспергирована, что может поддерживать равномерную и эффективную реакцию в пределах слоя(ев) катализатора. (3) Благодаря тому факту, что микроканальный реактор для формирования несущей водород текучей среды в способе по изобретению разработан на основе принципа принудительной повторной резки материалов олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями в микроканале, он всегда дает хороший эффект смешения для систем материалов с высоким соотношением газ-жидкость, высокой вязкостью материала и с высоким содержанием примесей и имеет преимущество широкого применения, преодолевая недостатки других микроканальных смесительных устройств. (4) Благодаря широкому интервалу регулирования содержания газообразного водорода в смешанной текучей среде с высоким содержанием водорода это содержание можно гибко корректировать в соответствии с фактическим типом реакции гидрирования, что делает его подходящим для способа реакции гидрирования разнообразного сырья. (5) Вследствие высокой эффективности массообмена в реакции по настоящему изобретению значительно улучшают результат реакции гидрирования и ингибирования углеродных отложений, что дает возможность работать при более низком соотношении водорода и нефти и более высокой объемной скорости, делая реакцию более энергоэффективной.
Краткое описание чертежей
ФИГ. 1 показывает схематичное представление реакционной системы гидрирования тяжелой нефти и способа гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению, где:
101 Тяжелое нефтяное сырье
102 Газообразный водород
103 Разбавитель нефти
104 Газообразный водород I
105 Входное отверстие материала микроканального смесительного устройства
106 Микроканальный смеситель
107 Микроканальный смесительный компонент
108 Микроканальный лист
109 Щель между микроканальными листами
110 Олеофильные и/или гидрофильные волокнистые нити
111 Реактор гидрирования тяжелой нефти
112 Газообразный водород II
113 Холодный водород для 1-го слоя
114 Холодный водород для 2-ого(или n-ного) слоя
115 Питающий смеситель
116 Пучок мембранных диспергирующих трубок
117 Пространство кожуха
118 Первая несущая водород текучая среда
119 Вторая несущая водород текучая среда
120 Третья (или n-ная) несущая водород текучая среда
121 Первый слой катализатора
122 Второй слой катализатора
123 Третий слой катализатора
124 Четвертый слой катализатора
125 Пятый слой катализатора
126 Шестой (или n-ный слой катализатора)
127 Компонент распределения первой несущей водород текучей среды
128 Компонент распределения второй несущей водород текучей среды
129 Компонент распределения третьей (или n-ной) несущей водород текучей среды
130 Продукт реакции.
ФИГ. 2 показывает собой схематичное представление реакционной системы гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению, где:
201 Тяжелое нефтяное сырье I
202 Газообразный водород III
203 Нижняя подача реактора
204 Разбавитель нефти
205 Газообразный водород I
206 Микроканальное смесительное устройство
207 Микроканальный компонент
208 Микроканальный лист
209 Щель между микроканальными листами
210 Волокнистые нити
211 Несущая водород текучая среда
212 Тяжелое нефтяное сырье II
213 Газообразный водород II
214 Неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор
215 Пучок мембранных трубок
216 Пространство кожуха
217 Реактор гидрирования тяжелой нефти
218 Первая несущая водород текучая среда
219 Вторая несущая водород текучая среда
220 Третья несущая водород текучая среда
221 Первая смешанная текучая среда водород-нефть
222 Вторая смешанная текучая среда водород-нефть
223 Третья смешанная текучая среда водород-нефть
224 Компонент распределения первой несущей водород текучей среды
225 Первая зона микросмешения
226 Компонент распределения первой смешанной текучей среды водород-нефть
227 Первая зона каталитической реакции
228 Компонент распределения второй несущей водород текучей среды
229 Вторая зона микросмешения
230 Компонент распределения вторая смешанной текучей среды водород-нефть
231 Вторая зона каталитической реакции
232 Компонент распределения третьей несущей водород текучей среды
233 Третья зона микросмешения
234 Компонент распределения третьей смешанной текучей среды водород-нефть
235 Третья зона каталитической реакции
236 Выходящий реакционный поток. Подробное описание
Ниже приведено подробное объяснение настоящего изобретения вместе с сопроводительными чертежами и примерами, но без ограничения изобретения.
ФИГ. 1 взята в качестве примера для иллюстрации способа применения реакционной системы гидрирования тяжелой нефти и способа гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению.
Вначале тяжелое нефтяное сырье 101 и газообразный водород II 112 вводят в нижнюю и боковую части реактора гидрирования тяжелой нефти 111, соответственно. Газообразный водород II поступает в пространство кожуха 117 питающего смесителя 115, а тяжелое нефтяное сырье 101 поступает в пучок мембранных диспергирующих трубок 116 питающего смесителя 115. Газообразный водород II под действием разности давления проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок 116 из пространства кожуха 117 и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок 116 с образованием гомогенной фазы перед поступлением в первый слой катализатора 121 для реакции гидрирования. Разбавленную нефть 103 и газообразный водород I 104 смешивают с помощью трубопровода(ов) и смесь вводят в микроканальный смеситель 106 в виде входящего материала 105 микроканального смесительного устройства. Во время этого процесса материал поступает в щель 109 между микроканальными листами 108, предусмотренными в микроканальном смесительном компоненте 107. Материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями 110, заполняющими щель 109, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую добавляют между слоями катализатора реактора гидрирования тяжелой нефти 111 в виде первой несущей водород текучей среды 118, второй несущей водород текучей среды 119 и третьей (или n-ной) несущей водород текучей среды 120, соответственно, затем равномерно распределяют вдоль нисходящего направления поперечного сечения реактора под действием компонента распределения первой несущей водород текучей среды 127, компонента распределения второй несущей водород текучей среды 128 и компонента распределения третьей (или n-ной) несущей водород текучей среды 129 и проводят противоточный/перекрестноточный контакт с реакционным материалом, протекающем вверх в реакторе, для массообмена. Во время этого процесса проходит усиленный контактный массообмен с быстрой диффузией газообразного водорода в несущей водород текучей среде к периферии молекул тяжелой нефти, обеспечивая обогащенное водородом состояние на поверхности катализатора и ингибируя углеродные отложения и коксование на поверхности катализатора. По окончании реакции гидрирования продукт реакции 130 покидает реактор. При проведении реакционного процесса тепло реакции отводят путем добавления холодного водорода 113 и 114 между слоями катализатора в реакторе, делая реакционный процессболее равномерным. В том числе между слоями катализатора попеременно добавляют несущую водород текучую среду и холодный водород.
Способ по настоящему изобретению применяют к реакции гидрирования тяжелой нефти. Тяжелым нефтяным сырьем является вакуумный остаток от определенного завода, а конкретные свойства приведены в таблице 1-1. Протектант, катализатор гидродеметаллизации катализатор гидродесульфуризации и катализатор гидроденитрификации, используемые в реакции гидрирования тяжелой нефти, представляют собой FZC-100B, FZC-204А, FZC-34BT и FZC-41A от компании Fushun Petrochemical Research Institute, соответственно.
Сравнительный пример 1-1
Используют традиционный способ гидрирования тяжелой нефти в неподвижном слое. Смешивают тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород. Смесь нагревают путем теплообмена до температуры реакции и направляют в нижнюю часть реактора гидрирования остаточной нефти, последовательно пропускают через слой протектанта, слой катализатора деметаллизации, слой катализатора десульфуризации и слой катализатора денитрификации, и затем по окончании гидрирования выводят из реактора. Холодный водород вводят между слоями катализатора для отведения тепла реакции. Продукт реакции гидрирования охлаждают и затем направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости. Отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 1-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования, получают гидрированный продукт. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 1-2.
Пример 1-1
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II вводят в нижнюю и боковую части реактора гидрирования тяжелой нефти, соответственно. Газообразный водород II поступает в пространство кожуха питающего смесителя, а тяжелое нефтяное сырье поступает в пучок мембранных диспергирующих трубок питающего смесителя. Газообразный водород II под действием разности давления проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок из пространства кожуха и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием гомогенной фазы перед поступлением в первый слой катализатора для реакции гидрирования. Реактор гидрирования тяжелой нефти поделен на два слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой заполнен протектантом гидрирования (70% об.) и средством гидродеметаллизации (30% об.), а второй слой заполнен средством гидродесульфуризации (60% об.) и средством гидроденитрификации (40% об.).
Очищенное дизельное топливо в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешиваются по трубопроводу и затем поступают в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компоненте материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую добавляют между первым и вторым слоями катализатора реактора гидрирования тяжелой нефти в виде первой несущей водород текучей среды, затем равномерно распределяют вдоль нисходящего направления поперечного сечения реактора под действием компонента распределения несущей водород текучей среды в слое катализатора и проводят противоточный/перекрестноточный контакт с реакционным материалом, протекающим вверх в реакторе, для массообмена. По окончании реакции гидрирования продукт реакции охлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости, отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть. При проведении реакционного процесса тепло реакции отводят путем добавления холодного водорода между вторым и третьим слоями катализатора в реакторе.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,0 мм. Два слоя волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняют щель между листами, и оба слоя представляют собой нейлоновые волокнистые нити. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нить имеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям. Объемное отношение газообразного водорода (м3/час) к нефти (м3/час) несущего водород дизельного топлива в микроканальном устройстве равно 15:1. Условия микроканального смешения включают температуру 80°С и давление 15,4 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм. м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 470:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 1-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 1-2.
Пример 1-2
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II вводят в нижнюю и боковую части реактора гидрирования тяжелой нефти, соответственно. Газообразный водород II поступает в пространство кожуха питающего смесителя, а тяжелое нефтяное сырье поступает в пучок мембранных диспергирующих трубок питающего смесителя. Газообразный водород II под действием разности давления проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок из пространства кожуха и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием гомогенной фазы перед поступлением в первый слой катализатора для реакции гидрирования. Реактор гидрирования тяжелой нефти поделен на три слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой катализатора заполнен протектантом гидрирования, второй слой катализатора заполнен средством гидродеметаллизации (60% об.) и средством гидродесульфуризации (40% об.), а третий слой заполнен средством гидродесульфуризации (40% об.) и средством гидроденитрификации (60% об.).
Очищенное дизельное топливо в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешиваются по трубопроводу и затем поступают в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компонентематериал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую добавляют между первым и вторым слоями катализатора и между вторым и третьим слоями катализатора реактора гидрирования тяжелой нефти в виде первой несущей водород текучей среды и второй несущей водород текучей среды, соответственно, затем равномерно распределяют вдоль нисходящего направления поперечного сечения реактора под действием компонентов распределения несущей водород текучей среды в слоях катализатора и проводят противоточный/перекрестноточный контакт с реакционным материалом, протекающим вверх в реакторе, для массообмена. По окончании реакции гидрирования продукт реакции охлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости, отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть. При проведении реакционного процесса тепло реакции отводят путем добавления холодного водорода между вторым и третьим слоями катализатора в реакторе.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,0 мм. Три слоя волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняют щель между листами, причем два слоя выполнены из полиэфирных волокнистых нитей и один слой из нейлоновых волокнистых нитей. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нить имеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям. Объемное отношение газообразного водорода (м3/час) к нефти (м3/час) несущего водород дизельного топлива в микроканальном устройстве составляет 15:1. Условия микроканального смешения включают температуру 80°С и давление 14,2 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 390:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 1-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 1-2.
Пример 1-3
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти испособ гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II вводят в нижнюю и боковую части реактора гидрирования тяжелой нефти, соответственно. Газообразный водород II поступает в пространство кожуха питающего смесителя, а тяжелое нефтяное сырье поступает в пучок мембранных диспергирующих трубок питающего смесителя. Газообразный водород II под действием разности давления проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок из пространства кожуха и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием гомогенной фазы перед поступлением в первый слой катализатора для реакции гидрирования. Реактор гидрирования тяжелой нефти разделен на четыре слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой заполнен протектантом гидрирования, второй слой заполнен средством гидродеметаллизации, третий слой заполнен средством гидродесульфуризации, а четвертый слой заполнен средством гидроденитрификации.
В этом примере остаточное нефтяное сырье в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешиваются по трубопроводу и затем поступают в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компоненте материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую добавляют между первым и вторым слоями катализатора и между третьим и четвертым слоями катализатора реактора гидрирования тяжелой нефти в виде первой несущей водород текучей среды и второй несущей водород текучей среды соответственно, затем равномерно распределяют вдоль нисходящего направления поперечного сечения реактора под действием компонентов распределения несущей водород текучей среды в слоях катализатора и проводят противоточный/перекрестноточный контакт с реакционным материалом, протекающим вверх в реакторе, для массообмена. По окончании реакции гидрирования продукт реакции охлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости, отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть. При проведении реакционного процесса тепло реакции отводят путем добавления холодного водорода между вторым итретьим слоями катализатора в реакторе.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,2 мм. Четыре слоя волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняют щель между листами, причем два слоя выполнены из полиэфирных волокнистых нитей, один слой выполнен из нейлоновых волокнистых нитей, и один слой выполнен из полипропиленовых волокнистых нитей. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нить имеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям. Объемное отношение газообразного водорода (м3/час) к нефти (м3/час) несущей водород текучей среды в микроканальном устройстве равно 30:1. Условия микроканального смешения включают температуру 120°С и давление 13,6 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 400:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 1-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 1-2.
Специалистам в данной области техники хорошо известно, что в традиционном способе диспергирования и смешения дисперсной инепрерывной фаз цель состоит в том, чтобы равномерно смешать дисперсную и непрерывную фазы и диспергировать дисперсную фазу в более мелкие и более однородные частицы. Эффект диспергирования и смешения может быть измерен с использованием высокоскоростной камеры для получения размера частиц дисперсной фазы, а путем выбора нескольких характерных частиц определяют однородность частиц дисперсной фазы. Чем меньше размер частиц дисперсной фазы, тем выше однородность частиц дисперсной фазы, тем лучше результат диспергирования и смешения. Для удобства идентификации и измерения также могут быть выбраны различные окрашенные индикаторы для замены дисперсной фазы. Таким образом, способ измерения эффекта смешения и диспергирования микроканального смесителя в приведенных выше примерах состоит в смешении дисперсной фазы и непрерывной фазы с использованием разных методов смешения и диспергирования (например, обычного статического смесителя и микроканального смесителя) при одних и тех же условиях. Для каждого способа получают, по меньшей мере, 10 наборов образцов смешанного материала и применяют высокоскоростную камеру UK IX i-SPEED 5 для определения размера частиц дисперсной фазы в образцах смешанного материала. Частицы дисперсной фазы на фото суммируют, рассчитывают процентное содержание частиц разных размеров для получения диаграммы нормального распределения частиц разных размеров, а затем определяют однородность частиц.
Из результатов гидрирования в приведенных выше примерах и сравнительных примерах можно увидеть, что в соответствии со способом по настоящему изобретению несущую водород текучую среду, полученную с помощью микроканального смесительного устройства, вводят в реактор гидрирования тяжелой нефти, равномерно распределяют с помощью направленного вниз компонента распределения и подвергают противоточному/перекрестноточному контакту с проходящим вверх материалом в реакторе для массообмена, что оказывает хороший улучшающий эффект на скорость реакции гидрирования и углеродные отложения и коксование катализатора. Главным образом это обусловлено тем фактом, что микроканальное смесительное устройство для получения несущих водород текучих сред по изобретению может давать несущие водород текучие среды с небольшим размером частиц, высокой однородностью дисперсии и относительно стабильными состояниями существования (согласно испытаниям размер частиц дисперсной фазы в несущейводород текучей среде в примерах составляет 20-600 мкм, а однородность дисперсии составляет≥80%). Это может существенно увеличивать площадь двухфазного массообмена, исключать сопротивление реакции массообмена и поддерживать относительно высокую скорость реакции массообмена. Из способа реакции гидрирования тяжелой нефти в примерах по изобретению можно увидеть, что в сравнении с существующими технологиями, с одной стороны, могут быть использованы более мягкие условия, такие как более низкие температура и давление, более высокая объемная скорость и более низкое отношение водорода к нефти, для достижения лучшего результата преобразования при гидрировании. С другой стороны, существенно улучшают углеродные отложения и коксование катализатора, значительно продлевают рабочий цикл катализатора, достигая одновременно такого же результата реакции гидрирования, и существенно снижают эксплуатационные расходы.
ФИГ. 2 взята в качестве примера для иллюстрации способа применения реакционной системы гидрирования тяжелой нефти и способа гидрирования тяжелой нефти по настоящему изобретению.
Вначале тяжелое нефтяное сырье 201 и газообразный водород III 202 смешивают и вводят в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти 217; разбавленную нефть 204 и газообразный водород I 205 смешивают по трубопроводу(ам) и смесь вводят в микроканальный смеситель 206 в виде входящего материала микроканального смесительного устройства. Во время этого процесса материал поступает в щели 209 между микроканальными листами 208, предусмотренные в микроканальном смесительном компоненте 207. Материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями 210, заполняющими щель 209, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество пузырьков газообразного водорода микронного размера, которую добавляют в верхнюю часть первой зоны микросмешения 225, второй зоны микросмешения 22 9 и третьей зоны микросмешения 233 в реакторе гидрирования тяжелой нефти 217 в виде первой несущей водород текучей среды 218, второй несущей водород текучей среды 219 и третьей несущей водород текучей среды 220, соответственно, равномерно распределяют вдоль проходящего вниз направления поперечного сечения реактора под действием эффектов распределения компонента распределения первой несущей водород текучей среды 224, компонента распределения второй несущей водород текучей среды 228, третьего компонентараспределения несущей водород текучей среды 232. Газообразный водород II входит в пространство кожуха 216 неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора 214, а тяжелое нефтяное сырье II 212 поступает в пучок мембранных трубок 215. Газообразный водород II проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок под действием разности давления из пространства кожуха 216, смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок 215 с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода перед добавлением в нижние части первой зоны микросмешения 225, второй зоны микросмешения 22 9 и третьей зоны микросмешения 233 в реакторе гидрирования тяжелой нефти 217 соответственно в виде первой смешанной текучей среды водород-нефть 221, второй смешанной текучей среды водород-нефть 222, третьей смешанной текучей среды водород-нефть 223, и затем равномерно распределяется вдоль проходящего вверх направления поперечного сечения реактора под действием компонента распределения первой смешанной текучей среды водород-нефть 226, компонента распределения второй смешанной текучей среды водород-нефть 230, компонента распределения третьей смешанной текучей среды водород-нефть 234; в каждой зоне микросмешения проходящая вниз несущая водород текучая среда подвергается противоточному/перекрестноточному контакту с проходящей вверх смешанной текучей средой с высоким содержанием водорода и реакционным сырьем для массообмена. Во время этого процесса такой контакт и массообмен позволяют газообразному водороду в несущей водород текучей среде быстро диффундировать к периферии молекул тяжелой нефти, образуя «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти», которая поступает в слой(и) катализатора для реакции.
Способ по изобретению применяют к реакции гидрирования тяжелой нефти. Тяжелое нефтяное сырье представляет собой вакуумный остаток от определенного завода, и конкретные свойства показаны в таблице 2-1. Разбавителем нефти является прямогонная дизельная фракция, и конкретные свойства показаны в таблице 2-2. Протектор, катализатор гидродеметаллизации, катализатор гидродесульфуризации и катализатор гидроденитрификации, используемые в реакции гидрирования тяжелой нефти, представляют собой FZC-13B, FZC-28A, FZC-34BT и FZC-41A от компании Fushun Petrochemical Research Institute, соответственно.
Таблица 2-1. Свойства тяжелого нефтяного сырья (вакуумныйостаток)
Сравнительный пример 2-1
Используют традиционный способ гидрирования тяжелой нефти в неподвижном слое. Смешивают тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород. Смесь нагревают путем теплообмена до температуры реакции и направляют в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти, последовательно пропускают через слой протектанта, слой катализатора деметаллизации, слой катализатора десульфуризации и слой катализатора денитрификации, и затем по окончании гидрирования выводят из реактора. Холодный водород вводят между слоями катализатора для отведения тепла реакции. Продукт реакции гидрирования охлаждают и затем направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости. Отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть.
Тяжелую нефть (вакуумный остаток), представленную в таблице 2-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 2-2.
Пример 2-1
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье I и газообразный водород III смешивают и вводят в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти.
Реактор гидрирования тяжелой нефти поделен на два слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой заполнен протектантом гидрирования (70% об.) и средством гидродеметаллизации (30% об.), а второй слой заполнен средством гидродесульфуризации (50% об.) и средством гидроденитрификации (50% об.).
Прямогонную дизельную фракцию нефти, представленную в таблице 2-2, в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешивают по трубопроводу и затем направляют в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компоненте материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество пузырьков водорода микронного размера, которую вводят в виде первой несущей водород текучей среды и второй несущей водород текучей среды в верхнюю часть первой зоны микросмешения и второй зоны микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти, равномерно распределяют вдоль проходящего вниз направления поперечного сечения реактора с помощью компонента распределения первой несущей водород текучей среды и компонента распределения второй несущей водород текучей среды, соответственно.
Тяжелое нефтяное сырье II входит в пучок мембранных трубок неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора, а газообразный водород II поступает в пространство кожуха неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора, проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок под действием разности давления из пространства кожуха и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, которая поступает в нижнюю часть зоны микросмешения в виде первой смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и второй смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, протекает вверх и подвергается противоточному/перекрестноточному контакту с первой несущей водород текучей средой и второй несущей водород текучей среды и реакционным потоком для массообмена. По окончании реакции гидрирования продукт реакцииохлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости. Отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,0 мм. Один слой из полиэфирных волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняет щель между листами. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нить имеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям. Объемное отношение газообразного водорода I (м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) в указанной несущей водород текучей среды равно 30:1. Условия смешения микроканального устройства включают температуру 60°С и давление 14,8 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) составляет 220:1. Отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм. м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 340:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 2-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 2-3.
Пример 2-2
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье I и газообразный водород III смешивают и вводят в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти.
Реактор гидрирования тяжелой нефти поделен на три слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой катализатора заполнен протектантом гидрирования, второй слой катализатора заполнен средством гидродеметаллизации (70% об.) и средством гидродесульфуризации (30% об.) и третий слой заполнен средством гидродесульфуризации (50% об.) и средством гидроденитрификации (50% об.).
Прямогонную дизельную фракцию нефти, представленную в таблице 2-2, в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешивают по трубопроводу и затем направляют в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компоненте материал непрерывномногократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую вводят в виде первой несущей водород текучей среды, второй несущей водород текучей среды и третьей несущей водород текучей среды в верхнюю часть первой зоны микросмешения, второй зоны микросмешения и третьей зоны микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти, и равномерно распределяют вдоль проходящего вниз направления поперечного сечения реактора с помощью компонента распределения первой несущей водород текучей среды, компонента распределения второй несущей водород текучей среды и компонента распределения третьей несущей водород текучей среды, соответственно.
Тяжелое нефтяное сырье II входит в пучок мембранных трубок неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора, газообразный водород II поступает в пространство кожуха неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора и проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок под действием разности давления из пространства кожуха, смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, которая поступает в нижнюю часть зоны микросмешения, течет вверх в виде первой смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, второй смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, третьей смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и подвергается противоточному/перекрестноточному контакту с первой несущей водород текучей средой, второй несущей водород текучей среды, третьей несущей водород текучей средой и реакционным потоком для массообмена. По окончании реакции гидрирования, продукт реакции охлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости. Отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,0 мм. Три слоя волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняют щель между листами, причем один слой выполнен из полиэфирных волокнистых нитей и два слоя выполнены из нейлоновых волокнистых нитей. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нитьимеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям. Объемное отношение газообразного водорода I (м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) в указанной несущей водород текучей среды равно 20:1. Условия смешения микроканального устройства включают температуру 70°С и давление 14,0 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 180:1. Отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 350:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 2-1 используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 2-2.
Пример 2-3
Используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти и способ гидрирования по настоящему изобретению. Вначале тяжелое нефтяное сырье I и газообразный водород III смешивают и вводят в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти.
Реактор гидрирования тяжелой нефти поделен на четыре слоя. Если смотреть снизу вверх, первый слой катализатора заполнен протектантом гидрирования, второй слой катализатора заполнен средством гидродеметаллизации, третий слой катализатора заполнен средством гидродесульфуризации, а четвертый слой катализатора заполнен средством гидроденитрификации.
Прямогонную дизельную фракцию, показанную в таблице 2-2, в качестве разбавителя нефти и газообразный водород I смешивают по трубопроводу, и затем направляют в микроканальное смесительное устройство. Посредством щели между микроканальными листами в микроканальном компоненте материал непрерывно многократно разрезается олеофильными и/или гидрофильными волокнистыми нитями, заполняющими щель, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц водорода микронного размера, которую вводят в виде первой несущей водород текучей среды, второй несущей водород текучей среды, третьей несущей водород текучей среды и четвертой несущей водород текучей среды в верхнюю часть первой зоны микросмешения, второй зоны микросмешения, третьей зоны микросмешения и четвертой зоны микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти, равномерно распределяют вдоль проходящего вниз направления поперечного сечения реактора с помощью компонента распределения первойнесущей водород текучей среды, компонента распределения второй несущей водород текучей среды, компонента распределения третьей несущей водород текучей среды и компонента распределения четвертой несущей водород текучей среды, соответственно.
Тяжелое нефтяное сырье II входит в пучок мембранных трубок неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора, а газообразный водород II поступает в пространство кожуха неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора, проникает и диффундирует в пучок мембранных диспергирующих трубок под действием разности давления из пространства кожуха и смешивается с тяжелой нефтью в пучке трубок с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, которая поступает в нижнюю часть зоны микросмешения, течет вверх в виде первой смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, второй смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, третьей смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и четвертой смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и подвергается противоточному/перекрестноточному контакту с первой несущей водород текучей средой, второй несущей водород текучей среды, третьей несущей водород текучей средой, четвертой несущей водород текучей средой и реакционным потоком для массообмена. По окончании реакции гидрирования продукт реакции охлаждают и направляют в сепаратор высокого давления для разделения газа и жидкости. Отделенный газ рециркулируют, а отделенная жидкость представляет собой гидрированную тяжелую нефть.
В микроканальном смесительном компоненте для получения несущей водород текучей среды листы изготовлены из нержавеющей стали и имеют толщину 1,2 мм. Четыре слоя волокнистых нитей, имеющих диаметр 1 мкм, заполняют щель между листами, причем два слоя выполнены из нейлоновых волокнистых нитей, и два слоя выполнены из полипропиленовых волокнистых нитей. Волокнистые нити равномерно распределены с промежутком 1 мкм. Волокнистая нить имеет форму кривой с периодическими изменениями по волновым линиям.
Условия смешения микроканального устройства включают температуру 90°С и давление 13,2 МПа(изб.). Отношение объемного расхода газообразного водорода I (норм.м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 40:1. Отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм.м3/час) и тяжелого нефтяногосырья (м3/час) составляет 250:1. Отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм. м3/час) и тяжелого нефтяного сырья (м3/час) равно 200:1.
Тяжелую нефть, представленную в таблице 2-1, используют в качестве сырья и подвергают реакции гидрирования с получением продукта гидрирования. Условия реакции и свойства продукта представлены в таблице 2-2.
Специалистам в данной области техники хорошо известно, что при традиционном способе диспергирования и смешения дисперсной и непрерывной фаз цель состоит в том, чтобы равномерно смешать дисперсную и непрерывную фазы (дисперсная фаза: газообразный водород; непрерывная фаза: тяжелое нефтяное сырье по настоящему изобретению) и диспергировать дисперсную фазу в более мелкие и более однородные частицы. Эффект диспергирования и смешения может быть измерен с использованием высокоскоростной камеры для получения размера частиц дисперсной фазы, а путем выбора нескольких характерных частиц определяют однородность частиц дисперсной фазы. Чем меньше размер частиц дисперсной фазы, тем выше однородность частиц дисперсной фазы, тем лучше эффект диспергирования и смешения. Для удобства идентификации и измерения также могут быть выбраны различные окрашенные индикаторы для замены дисперсной фазы. Таким образом, способ измерения эффекта смешения и диспергирования микроканального смесителя в приведенных выше примерах состоит в смешении дисперсной фазы и непрерывной фазы с использованием разных методов смешения и диспергирования (например, обычного статического смесителя и микроканального смесителя) при одних и тех же условиях. Для каждого способа получают, по меньшей мере, 10 наборов образцов смешанного материала и используют высокоскоростную камеру UK IX i-SPEED 5 для определения размера частиц дисперсной фазы в образцах смешанного материала. Частицы дисперсной фазы на фото суммируют, рассчитывают процентное содержание частиц разных размеров для получения диаграммы нормального распределения частиц различных размеров, а затем определяют однородность частиц.
Из результатов гидрирования в приведенных выше примерах и сравнительных примерах можно увидеть, что в соответствии со способом по изобретению несущую водород текучую среду и смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода вводят в зону микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти, соответственно, так что несущая водород текучая среда равномерно распределяется с помощью направленного вниз компонента распределения и подвергается противоточному/перекрестноточному контакту со смешанной текучей средой с высоком содержанием водорода и проходящими вверх материалами в реакторе для массообмена, при этом «обогащенная водородом текучая среда газ-в-нефти» образуется перед поступлением в слой(и) катализаторадля реакции гидрирования. Способ по изобретению оказывает хороший улучшающий эффект на скорость реакции гидрирования, глубину преобразования в реакции, равномерность реакции и углеродные отложения и коксование на катализаторе. Главным образом это обусловлено равномерным диспергированием большого количества газообразного водорода в смешанной текучей среде с высоким содержанием водорода. При контакте с реакционным сырьем реакционное сырье также может содержать большое количество диспергированного водорода и может снова вступать в контакт с несущей водород текучей средой. Так как газообразный водород в несущей водород текучей среде имеет небольшой размер частиц и высокую однородность дисперсии (согласно испытаниям размер частиц дисперсной фазы в несущей водород текучей среде в примерах составляет 10-600 мкм, а однородность дисперсии равна≥80%), существует стабильно и находится в гомогенной фазе, когда он вступает в контакт с материалом сверху-вниз, может быстро образовываться «обогащенная водородом текучая среда газ-в-нефти», которая обеспечивает большое число стабильных микропузырьков водорода, которые завернуты и диспергированы внутри жидкой фазы реакционного материала, что в результате гарантирует, что поверхность катализатора всегда находится в обогащенном водородом состоянии, а это повышает скорость реакции гидрирования и глубину преобразования, значительно ингибирует углеродные отложения и коксование на поверхности катализатора и делает реакцию более равномерной. Из способа реакции гидрирования тяжелой нефти в примерах по изобретению можно увидеть, что в сравнении с существующими технологиями, с одной стороны, могут быть использованы более мягкие условия, такие как более низкие температура и давление, более высокая объемная скорость и более низкое отношение водорода к нефти, для достижения лучшего эффекта преобразования при гидрировании. С другой стороны, существенно улучшают углеродные отложения и коксование катализатора, значительно продлевают рабочий цикл катализатора с одновременным достижением такого же результата реакции гидрирования, и существенно снижают эксплуатационные затраты.
Кроме того, настоящее изобретение также предлагает нижеследующие технические решения.
А1. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти, которая отличается тем, что она включает зону микросмешения иреакционную зону гидрирования тяжелой нефти, где зону микросмешения используют для смешения разбавителя нефти и водорода для получения несущей водород текучей среды, и зона микросмешения включает, по меньшей мере, один микроканальный смеситель; указанный микроканальный смеситель включает микроканальный компонент и кожух, причем микроканальный компонент закреплен внутри кожуха, при этом на одном конце кожуха предусмотрено входное отверстие для подачи разбавителя нефти и газообразного водорода, а на другом конце кожуха предусмотрено выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды; указанный микроканальный компонент содержит множество уложенных друг на друга листов и несколько слоев олеофильных и/или гидрофильных волокнистых нитей, заполняющих щели между соседними листами, при этом волокнистые нити формируют несколько микроканалов между ними и волокнистые нити зажаты и закреплены листами; указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает, по меньшей мере, один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, и компонент распределения несущей водород текучей среды расположен, по меньшей мере, над одним слоем катализатора; питающий смеситель расположен внизу каждого реактора; указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием микроканального смесителя по трубопроводу.
А2. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что при размещении множества слоев катализатора компонент распределения несущей водород текучей среды расположен над любым из слоев катализатора.
A3. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что микроканальный компонент в кожухе микроканального смесителя поделен на подающий конец и выпускающий конец вдоль направления щели, причем пространство для распределения подачи предусмотрено между входным отверстием и подающим концом, и пространство для распределения выгрузки предусмотрено между выходным отверстием и выпускающим концом, чтобы предупредить проскальзывание материалов и гарантировать протекание материалов от подающего конца к выпускающему концу внутри микроканального компонента, при этом за исключением подающего конца и выпускающего конца все другие концы микроканального компонента герметично соединены с кожухом.
А4. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанные волокнистые нити могут быть расположены в одном или множестве слоев, предпочтительно в 1-50 слоях и более предпочтительно в 1-5 слоях.
А5. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что, когда указанные волокнистые нити расположены во множестве слоев, проекция двух соседних слоев волокнистых нитей вдоль вертикального направления листов образует сетчатую структуру.
А6. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что в любом слое волокнистых нитей расстояние между соседними волокнистыми нитями составляет 0,5-50 мкм, предпочтительно расположенными с равными интервалами; и волокнистые нити размещают вдоль любого из поперечного, продольного или наклонного направления поверхности листа.
А7. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанная волокнистая нить имеет форму произвольной кривой, предпочтительно форму периодически меняющейся кривой.
А8. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что волокнистые нити в одном слое имеют одинаковую форму, и предпочтительно волокнистые нити во всех слоях имеют одну и ту же форму.
А9. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанные волокнистые нити имеют диаметр 0,5-50 мкм, предпочтительно 0,5-5 мкм, более предпочтительно 0,5-1 мкм.
А10. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанная липофильная волокнистая нить представляет собой, по меньшей мере, нить из числа полиэфирной волокнистой нити, нейлоновой волокнистой нити, полиуретановой волокнистой нити, полипропиленовой волокнистой нити, полиакрилонитрильной волокнистой нити, поливинилхлоридной волокнистой нити или материал из волокнистых нитей с олеофильно-обработанной поверхностью.
A11. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанную гидрофильную волокнистую нить выбирают из одного или нескольких высокомолекулярных полимеров, содержащих, по меньшей мере, одну гидрофильную группу в его главной цепочке или боковой цепочке, или волокнистой нити, которая гидрофильно-обработана физическим или химическим способом.
А12. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанную гидрофильную волокнистую нить выбирают из одной или нескольких из числа полипропиленового волокна, полиамидного волокна или акрилового волокна.
А13. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что щели между указанными соседними листами заполнены липофильными и гидрофильными волокнистыми нитями в определенной пропорции, предпочтительно с коэффициентом заполнения по массе 1:50-50:1.
Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанный лист имеет толщину 0,05-5 мм, предпочтительно 0,1-1,5 мм.
А14. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что лист выполнен из любого одного или нескольких материалов из числа металла, керамики, органического стекла или полиэфирного материала.
А15. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении.
А16. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанный питающий смеситель выполнен в виде узла керамических мембранных трубок по типу трубка-кожух, питающий трубопровод тяжелой нефти находится в сообщении со стороной керамической мембранной трубки, а трубопровод водорода находится в сообщении с полостью в кожухе снаружи керамической мембранной трубки. Керамическая мембранная трубка расположена вдоль осевого направления реактора, и водород диффундирует наружу через стенку керамической мембранной трубки, образуя микронные пузырьки размером от 10 мкм до 1 мм.
А17. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что указанный компонент распределения несущей водород текучей среды выполнен в форме трубки, диска, сопла или разветвления, при этом распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды направлены вниз, так чтобы обеспечить противоточный или перекрестноточный контакт с протекающем(ими) вверх материалом(ами) в реакторе.
А18. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные в указанном микроканальном смесителе, имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм.
А19. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные в указанном микроканальном смесителе, имеют однородность дисперсии≥80%.
А20. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что размещено 2-10 слоев катализатора.
А21. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что трубопровод(ы) холодного газообразного водорода расположен(ы) между слоями катализатора.
А22. Система в соответствии с техническим решением А1, которая отличается тем, что водород, используемый в зоне микросмешения, и водород, используемый в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти, представляют собой свежий газообразный водород или рециркулированный газообразный водород, предпочтительно свежий газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 90% об., или рециркулированный газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 85% об.
А23. Способ реакции гидрирования тяжелой нефти, который отличается тем, что способ гидрирования тяжелой нефти включает:
(1) в зоне микросмешения разбавитель нефти и газообразный водород I входят в микроканальный смеситель, и полученная смесь протекает через микроканалы между волокнистыми нитями в микроканальном компоненте и последовательно многократно разрезается волокнистыми нитями, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц микронного размера;
(2) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II поступают в питающий смеситель из нижней части реактора гидрирования тяжелой нефти и полученный смешанный материал входит в слой(и) катализатора снизу вверх; одновременно несущая водород текучая среда из зоны микросмешения входит в слой(и) катализатора сверху вниз и два реакционных потока вступают в контакт для реакции гидрирования; продукт реакции вытекает из верхней части реактора гидрирования тяжелой нефти.
А24. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что указанная несущая водород текучаясреда представляет собой разбавитель нефти, несущий большое количество небольших пузырьков газообразного водорода; отношение объемного расхода газообразного водорода (норм.м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) в указанной несущей водород текучей среды составляет от 300:1 до 1:1, предпочтительно от 50:1 до 5:1.
А25. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что указанную несущую водород текучую среду делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для вхождения в слои катализатора, при этом скорость потока каждого потока несущей водород текучей среды постепенно растет снизу вверх вдоль осевого направления реактора.
А26. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что условия смешения указанной зоны микросмешения включают температуру 50-380°С и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
А27. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что пузырьки микронного размера в указанной несущей водород текучей среде имеют однородность дисперсии≥80%.
А28. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что указанный разбавитель нефти представляет собой один или несколько из числа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка, вакуумного остатка, газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла или антраценового масла.
А29. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что условия реакции гидрирования тяжелой нефти включают температуру 350-480°С, давление 10-20,0 МПа(изб.), объемную скорость 0,2-1,0 час-1 и объемное соотношение водород/нефть 500:1-1500:1; рабочие условия питающего смесителя в нижней части реактора идентичны условиям реакции гидрирования.
А30. Способ в соответствии с техническим решением А23, который отличается тем, что указанную тяжелую нефть выбирают из одной или нескольких из числа атмосферного остатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, крекинг-дизельного топлива, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля или деасфальтированного масла.
B1. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти, которая отличается тем, что она включает зону формирования несущей водород текучей среды, зону формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и реакционную зону гидрирования тяжелой нефти; указанная зона формирования несущей водород текучей среды включает, по меньшей мере, один микроканальный смеситель, и указанный микроканальный смеситель включает микроканальный компонент и кожух, причем микроканальный компонент закреплен внутри кожуха, при этом на одном конце кожуха предусмотрено входное отверстие для подачи разбавителя нефти и газообразного водорода, а на другом конце кожуха предусмотрено выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды; указанный микроканальный компонент содержит множество уложенных друг на друга листов и несколько слоев олеофильных и/или гидрофильных волокнистых нитей, заложенных в щели между соседними листами, при этом волокнистые нити образуют несколько микроканалов между ними, и волокнистые нити зажаты и закреплены листами;
указанная зона формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода включает, по меньшей мере, один неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор, и неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор имеет структуру по типу трубка-кожух, содержащую неорганические мембранные трубчатые компоненты, и имеется пучок неорганических мембранных трубок внутри кожуха; трубопровод тяжелого нефтяного сырья находится в сообщении с входным концом пучка неорганических мембранных трубок, трубопровод водорода находится в сообщении с пространством кожуха; газообразный водород диффундирует в пучок неорганических мембранных трубок через стенку неорганических мембранных трубок с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода с тяжелым нефтяным сырьем, а выходной конец пучка неорганических мембранных трубок представляет собой выходное отверстие смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода; указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает, по меньшей мере, один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, зона микросмешения расположена, по меньшей мере, под одним слоем катализатора, компонент распределения несущей водород текучей среды расположен в верхней части указанной зоны микросмешения, а компонентраспределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода расположен в нижней части; указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием микроканального смесителя по трубопроводу, указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода находится в сообщении с выходным отверстием материала неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора.
B2. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что в зоне формирования несущей водород текучей среды микроканальный компонент в кожухе микроканального смесителя поделен на подающий конец и выпускающий конец вдоль направления щели, причем между входным отверстием материала и подающим концом предусмотрено пространство для распределения подачи, а пространство для распределения выгрузки предусмотрено между выходным отверстием материала и выпускающим концом, при этом за исключением подающего конца и выпускающего конца все другие концы микроканального компонента герметично соединены с кожухом.
B3. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что указанные волокнистые нити расположены в одном или нескольких слоях, предпочтительно в 1-50 слоях и более предпочтительно в 1-5 слоях.
B4. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что, когда указанные волокнистые нити расположены во множестве слоев, проекция двух соседних слоев волокнистых нитей вдоль вертикального направления листов образует сетчатую структуру.
B5. Система в соответствии с техническим решением В1 или В4, которая отличается тем, что в каждом слое волокнистых нитей расстояние между соседними волокнистыми нитями составляет 0,5-50 мкм, предпочтительно расположенными с равными интервалами.
B6. Система в соответствии с техническим решением В1 или В4, которая отличается тем, что волокнистые нити расположены вдоль любого из поперечного, продольного или наклонного направления поверхности листа.
В7. Система в соответствии с техническим решением В1 или В4, которая отличается тем, что волокнистые нити имеют форму периодически меняющейся кривой, предпочтительно волокнистые нити в одном слое имеют одинаковую форму, и более предпочтительноволокнистые нити во всех слоях имеют одну и ту же форму.
B8. Система в соответствии с техническим решением В1 или В4, которая отличается тем, что указанные волокнистые нити имеют диаметр 0,5-50 мкм, предпочтительно 0,5-5 мкм, более предпочтительно 0,5-1 мкм.
B9. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что указанная липофильная волокнистая нить представляет собой, по меньшей мере, нить из числа полиэфирной волокнистой нити, нейлоновой волокнистой нити, полиуретановой волокнистой нити, полипропиленовой волокнистой нити, полиакрилонитрильной волокнистой нити, поливинилхлоридной волокнистой нити или материал из волокнистых нитей с олеофильно-обработанной поверхностью.
В10. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что указанную гидрофильную волокнистую нить выбирают из одного или нескольких высокомолекулярных полимеров, содержащих, по меньшей мере, одну гидрофильную группу в его главной цепочке или боковой цепочке, или волокнистой нити, которая гидрофильно-обработана физическим или химическим способом.
В11. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что щели между указанными соседними листами полностью заполнены любой нитью из числа липофильной или гидрофильной волокнистой нити; или, с другой стороны, липофильные и гидрофильные волокнистые нити заложены в определенной пропорции.
B12. Система в соответствии с техническим решением В1 или В11, которая отличается тем, что липофильные и гидрофильные волокнистые нити заложены с коэффициентом заполнения по массе 1:50-50:1.
B13. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что указанный лист имеет толщину 0,05-5 мм; выполнен из любого одного или нескольких материалов из числа металла, керамики, органического стекла или полиэфирного материала; форма листа представляет собой любую форму из числа прямоугольника, квадрата, многоугольника, круга, эллипса или сектора.
B14. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные в указанноммикроканальном смесителе, имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм.
B15. Система в соответствии с техническим решением В14, которая отличается тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде имеют однородность дисперсии≥80%.
B16. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что, когда множество слоев катализатора расположено в указанной реакционной зоне гидрирования тяжелой нефти, зону микросмешения размещают ниже любого из слоев катализатора.
В17. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что в указанном реакторе гидрирования тяжелой нефти расположено 2-10 слоев катализатора.
B18. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении; перед поступлением в реактор указанное нефтяное сырье и газообразный водород предварительно смешивают с помощью смесительного устройства.
B19. Система в соответствии с техническим решением В1, которая отличается тем, что в зону микросмешения под указанным слоем катализатора несущую водород текучую среду вводят из верхней части, а смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода вводят из нижней части; указанный компонент распределения несущей водород текучей среды выполнен в форме трубки, диска, сопла или разветвления; указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода выполнен в форме ситчатой пластины с открытыми порами или решетки; распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды направлены вниз, распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода проходят вверх и вниз; «обогащенная водородом текучая среда газ-в-нефти» образуется посредством противоточного или поперечноточного контакта протекающий вниз несущей водород текучей среды и протекающей вверх смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, и реакционного сырья.
B20. Способ гидрирования тяжелой нефти, который отличается тем, что способ гидрирования тяжелой нефти включает: (1) несущаяводород текучая среда, содержащая большое количество частиц микронного размера, образованная из разбавителя нефти и газообразного водорода I с помощью микроканального смесителя в зоне формирования несущей водород текучей среды, поступает в верхнюю часть зоны микросмешения и стекает вниз; (2) смешанная текучая среда с высоким содержанием водорода, образованная путем диспергирования тяжелого нефтяного сырья и газообразного водорода II с помощью неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора в зоне формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, поступает в нижнюю часть зоны микросмешения и протекает вверх; (3) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород III поступают в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти и входят в зону микросмешения снизу вверх, смешиваются с несущей водород текучей средой и/или со смешанной текучей средой с высоким содержанием водорода и образуют «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти», которая входит слой(и) катализатора для реакции гидрирования, а продукт реакции гидрирования вытекает из верхней части реактора.
B21. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что отношение объемного расхода газообразного водорода I (норм.м3/час) к разбавителю нефти (м3/час) составляет от 100:1 до 1:1; условия смешения указанного микроканального смесителя включают температуру от нормальной температуры до 380°С и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
B22. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что указанный разбавитель нефти представляет собой один или несколько из числа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка или газойля.
B23. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм. м3/час) к нефтяному сырью (м3/час) составляет 1:1-500:1; условия диспергирования неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора включают температуру от нормальной температуры до 380°С и давление 10,0-20,0 МПа(изб.).
B24. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что указанное тяжелое нефтяное сырье представляет собой одно или несколько из числа атмосферногоостатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, крекинг-дизельного топлива, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла или антраценового масла.
B25. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что указанную несущую водород текучую среду делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для поступления в зоны микросмешения, и указанную смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для поступления в зоны микросмешения.
B26. Способ в соответствии с техническим решением В25, который отличается тем, что номер потока несущей водород текучей среды идентичен номеру потока смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода.
В27. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм.м3/час) к тяжелому нефтяному сырью (м3/час) составляет от 10:1 до 800:1, предпочтительно 50:1-300:1.
B28. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что условия реакции гидрирования тяжелой нефти включают температуру 320-480°С, давление 10-20,0 МПа(изб.), объемную скорость 0,1-1,0 час"1 и объемное соотношение водород/нефть 100:1-1200:1.
B29. Способ в соответствии с техническим решением В20, который отличается тем, что зона(ы) микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти заполнена(ы) инертными керамическими шариками или защитным агентом с функцией гидрирования; слой(и) катализатора заполнен(ы) обычным катализатором гидрирования тяжелой нефти.
Изобретение относится к области гидрирования тяжелой нефти и, в частности, относится к реакционной системе гидрирования тяжелой нефти и способу гидрирования тяжелой нефти. Микроканальный смеситель содержит микроканальный компонент и кожух, причем микроканальный компонент закреплен внутри кожуха, при этом на одном конце кожуха предусмотрено входное отверстие для подачи материалов в жидкой и газообразной фазе, а на другом конце кожуха предусмотрено выходное отверстие для выпуска смешанного материала; указанный микроканальный компонент содержит множество уложенных друг на друга листов и несколько слоев олеофильных и/или гидрофильных волокнистых нитей, заложенных в щели между соседними листами, при этом волокнистые нити формируют несколько микроканалов между ними и волокнистые нити зажаты и закреплены листами. Изобретение также раскрывает реакционную систему гидрирования тяжелой нефти, включающую вышеупомянутый микроканальный смеситель, и способ гидрирования тяжелой нефти. Технический результат изобретения - улучшение смешивания материалов. 5 н. и 41 з.п. ф-лы, 3 пр., 5 табл., 2 ил.
1. Микроканальный смеситель, содержащий микроканальный компонент и кожух, где
микроканальный компонент закреплен внутри кожуха, при этом на одном конце кожуха предусмотрено входное отверстие для подачи материалов в жидкой и газообразной фазе, а на другом конце кожуха предусмотрено выходное отверстие для выпуска смешанного материала;
указанный микроканальный компонент содержит множество уложенных друг на друга листов и несколько слоев олеофильных и/или гидрофильных волокнистых нитей, заложенных в щели между соседними листами, при этом волокнистые нити формируют несколько микроканалов между ними и волокнистые нити зажаты и закреплены листами.
2. Микроканальный смеситель по п. 1, отличающийся тем, что микроканальный компонент в кожухе микроканального смесителя поделен на подающий конец и выпускающий конец вдоль направления щели, причем между входным отверстием материала и подающим концом предусмотрено пространство для распределения подачи, а между выходным отверстием материала и выпускающим концом предусмотрено пространство для распределения выгрузки, при этом за исключением подающего конца и выпускающего конца все другие концы микроканального компонента герметично соединены с кожухом.
3. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанные волокнистые нити могут быть расположены в одном или множестве слоев, предпочтительно в 1-50 слоях и более предпочтительно в 1-5 слоях.
4. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что, когда указанные волокнистые нити расположены во множестве слоев, проекция двух соседних слоев волокнистых нитей вдоль вертикального направления листов представлена в виде сетчатой структуры.
5. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в любом слое, предпочтительно в каждом слое, волокнистых нитей расстояние между соседними волокнистыми нитями составляет 0,5-50 мкм и предпочтительно нити расположены с равными интервалами; и/или волокнистые нити расположены вдоль любого из поперечного, продольного или наклонного направления поверхности листа.
6. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная волокнистая нить имеет форму произвольной кривой, предпочтительно форму периодически меняющейся кривой.
7. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что волокнистые нити в одном слое имеют одинаковую форму и предпочтительно волокнистые нити во всех слоях имеют одну и ту же форму.
8. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная волокнистая нить имеет диаметр 0,5-50 мкм, предпочтительно 0,5-5 мкм, более предпочтительно 0,5-1 мкм.
9. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанная липофильная волокнистая нить представляет собой, по меньшей мере, нить из числа полиэфирной волокнистой нити, нейлоновой волокнистой нити, полиуретановой волокнистой нити, полипропиленовой волокнистой нити, полиакрилонитрильной волокнистой нити, поливинилхлоридной волокнистой нити или материал из волокнистых нитей с олеофильно-обработанной поверхностью.
10. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанную гидрофильную волокнистую нить выбирают из одного или нескольких высокомолекулярных полимеров, содержащих по меньшей мере одну гидрофильную группу в его главной цепочке или боковой цепочке, или волокнистой нити, которая гидрофильно-обработана физическим или химическим способом.
11. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанную гидрофильную волокнистую нить выбирают из одной или нескольких из числа полипропиленового волокна, полиамидного волокна или акрилового волокна.
12. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что указанный лист имеет толщину 0,05-5 мм, предпочтительно 0,1-1,5 мм.
13. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что щели между указанными соседними листами полностью заполнены любой нитью из числа липофильной или гидрофильной волокнистой нити; или, с другой стороны, липофильные и гидрофильные волокнистые нити заложены в определенной пропорции, предпочтительно с коэффициентом заполнения по массе 1:50-50:1.
14. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что лист выполнен из любого одного или нескольких материалов из числа металла, керамики, органического стекла или полиэфирного материала.
15. Микроканальный смеситель по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что форма листа представляет собой любую форму из числа прямоугольника, квадрата, многоугольника, круга, эллипса или сектора.
16. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти, характеризующаяся тем, что она включает зону микросмешения и реакционную зону гидрирования тяжелой нефти, причем зону микросмешения используют для смешения разбавителя нефти и водорода для получения несущей водород текучей среды и зона микросмешения включает по меньшей мере один микроканальный смеситель по любому из пп. 1-15;
где указанный микроканальный смеситель имеет входное отверстие для подачи разбавителя нефти и водорода и выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды;
указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает по меньшей мере один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, и компонент распределения несущей водород текучей среды расположен по меньшей мере над одним слоем катализатора;
питающий смеситель расположен в нижней части каждого реактора;
указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием микроканального смесителя по трубопроводу.
17. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что, когда размещено множество слоев катализатора, компонент распределения несущей водород текучей среды расположен над любым из слоев катализатора.
18. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении.
19. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что указанный питающий смеситель выполнен в виде узла керамических мембранных трубок по типу трубка-кожух, питающий трубопровод тяжелой нефти находится в сообщении со стороной керамической мембранной трубки и трубопровод водорода находится в сообщении с полостью в кожухе снаружи керамической мембранной трубки; керамическая мембранная трубка расположена вдоль осевого направления реактора и водород диффундирует наружу через стенку керамической мембранной трубки, образуя микронные пузырьки размером от 10 мкм до 1 мм.
20. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что указанный компонент распределения несущей водород текучей среды выполнен в форме трубки, диска, сопла или разветвления, при этом распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды направлены вниз, так что в реакторе обеспечивается противоточный или перекрестноточный контакт с протекающим(ими) вверх материалом(ами).
21. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что трубопровод(ы) холодного газообразного водорода расположен(ы) между слоями катализатора.
22. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающаяся тем, что водород, используемый в зоне микросмешения, и водород, используемый в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти, представляют собой свежий газообразный водород или рециркулированный газообразный водород, предпочтительно свежий газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 90% об., или рециркулированный газообразный водород, имеющий чистоту больше чем 85% об.
23. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти, характеризующаяся тем, что она включает зону формирования несущей водород текучей среды, зону формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и реакционную зону гидрирования тяжелой нефти; и указанная зона формирования несущей водород текучей среды включает по меньшей мере один микроканальный смеситель по любому из пп. 1-15;
указанный микроканальный смеситель имеет входное отверстие для подачи разбавителя нефти и водорода и выходное отверстие для выпуска несущей водород текучей среды;
указанная зона формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода включает по меньшей мере один неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор, причем неорганический мембранный водородно-нефтяной диспергатор имеет структуру по типу трубка-кожух, содержащую неорганические мембранные трубчатые компоненты, и имеется пучок неорганических мембранных трубок внутри кожуха; трубопровод тяжелого нефтяного сырья находится в сообщении с входным концом пучка неорганических мембранных трубок, трубопровод водорода находится в сообщении с пространством кожуха; газообразный водород диффундирует в пучок неорганических мембранных трубок через стенку неорганических мембранных трубок с образованием смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода с тяжелым нефтяным сырьем, а выходной конец пучка неорганических мембранных трубок представляет собой выходное отверстие смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода;
указанная реакционная зона гидрирования тяжелой нефти включает по меньшей мере один реактор гидрирования тяжелой нефти, в котором расположены один или несколько слоев катализатора, и зона микросмешения расположена по меньшей мере под одним слоем катализатора;
компонент распределения несущей водород текучей среды расположен в верхней части указанной зоны микросмешения и компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода расположен в нижней части;
указанный компонент распределения несущей водород текучей среды сообщается с выходным отверстием микроканального смесителя по трубопроводу;
указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода находится в сообщении с выходным отверстием материала неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора.
24. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 23, отличающаяся тем, что, когда в указанной реакционной зоне гидрирования тяжелой нефти размещено множество слоев катализатора, зону микросмешения помещают ниже любого из слоев катализатора.
25. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 23, отличающаяся тем, что для указанного реактора гидрирования тяжелой нефти используют режим подачи в нижнем положении; перед поступлением в реактор указанное нефтяное сырье и газообразный водород предварительно смешивают с помощью смесительного устройства.
26. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 23, отличающаяся тем, что в зоне микросмешения под указанным слоем катализатора несущую водород текучую среду вводят из верхней части, а смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода вводят из нижней части; указанный компонент распределения несущей водород текучей среды выполнен в форме трубки, диска, сопла или разветвления; указанный компонент распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода выполнен в форме ситчатой пластины с открытыми порами или решетки; распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения несущей водород текучей среды направлены вниз, распределительные отверстия и/или прорези указанного компонента распределения смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода проходят вверх и вниз; а «обогащенная водородом текучая среда газ-в-нефти» образуется за счет противоточного или поперечноточного контакта протекающий вниз несущей водород текучей среды и протекающей вверх смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода и реакционного сырья.
27. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16 или 23, отличающаяся тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные в указанном микроканальном смесителе, имеют размер 0,5-900 мкм, предпочтительно 0,5-50 мкм.
28. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16 или 23, отличающаяся тем, что пузырьки микронного размера в несущей водород текучей среде, образованные в указанном микроканальном смесителе, имеют однородность дисперсии > 80%.
29. Реакционная система гидрирования тяжелой нефти по п. 16 или 23, отличающаяся тем, что в указанном реакторе гидрирования тяжелой нефти размещено 2-10 слоев катализатора.
30. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти, в котором используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти по п. 16, отличающийся тем, что способ гидрирования тяжелой нефти включает: (1) в зоне микросмешения разбавитель нефти и газообразный водород I поступают в микроканальный смеситель и полученная смесь протекает через микроканалы между волокнистыми нитями в микроканальном компоненте и последовательно многократно разрезается волокнистыми нитями, образуя несущую водород текучую среду, содержащую большое количество частиц микронного размера; (2) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород II поступают в питающий смеситель из нижней части реактора гидрирования тяжелой нефти и полученный смешанный материал входит в слой(и) катализатора снизу вверх; одновременно несущая водород текучая среда из зоны микросмешения входит в слой(и) катализатора сверху вниз и два реакционных потока вступают в контакт для осуществления реакции гидрирования, а продукт реакции вытекает из верхней части реактора гидрирования тяжелой нефти.
31. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что указанная несущая водород текучая среда представляет собой разбавитель нефти, несущий большое количество небольших пузырьков газообразного водорода; отношение объемного расхода газообразного водорода (норм. м3/ч) к разбавителю нефти (м3/ч) в указанной несущей водород текучей среде составляет от 300:1 до 1:1, предпочтительно от 50:1 до 5:1.
32. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что указанную несущую водород текучую среду делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для поступления в слои катализатора; скорость каждого потока несущей водород текучей среды постепенно растет снизу вверх вдоль осевого направления реактора, например скорость последующего потока увеличивается на 5-20 мас.% относительно скорости предшествующего потока.
33. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что условия смешения указанной зоны микросмешения включают температуру 50-380°С и давление 10,0-20,0 МПа (изб.).
34. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что пузырьки микронного размера в указанной несущей водород текучей среде имеют однородность дисперсии ≥ 80%.
35. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что указанный разбавитель нефти представляет собой один или несколько из числа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка, вакуумного остатка, газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла или антраценового масла.
36. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что условия реакции гидрирования тяжелой нефти включают температуру 350-480°С, давление 10-20,0 МПа (изб.), объемную скорость 0,2-1,0 ч-1 и объемное соотношение водород/нефть 500:1-1500:1; и рабочие условия питающего смесителя в нижней части реактора идентичны условиям реакции гидрирования.
37. Способ осуществления реакции гидрирования тяжелой нефти по п. 30, отличающийся тем, что указанную тяжелую нефть выбирают из одной или нескольких из числа атмосферного остатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, крекинг-дизельного топлива, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля или деасфальтированного масла.
38. Способ гидрирования тяжелой нефти, в котором используют реакционную систему гидрирования тяжелой нефти по п. 23, отличающийся тем, что способ гидрирования тяжелой нефти включает следующее: (1) несущая водород текучая среда, содержащая большое количество частиц микронного размера, образованная из разбавителя нефти и газообразного водорода I с помощью микроканального смесителя в зоне формирования несущей водород текучей среды, поступает в верхнюю часть зоны микросмешения и стекает вниз; (2) смешанная текучая среда с высоким содержанием водорода, образованная путем диспергирования тяжелого нефтяного сырья и газообразного водорода II с помощью неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора в зоне формирования смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода, поступает в нижнюю часть зоны микросмешения и протекает вверх; (3) в зоне реакции гидрирования тяжелой нефти тяжелое нефтяное сырье и газообразный водород III поступают в нижнюю часть реактора гидрирования тяжелой нефти и входят в зону микросмешения снизу вверх, смешиваются с несущей водород текучей средой и/или со смешанной текучей средой с высоким содержанием водорода и образуют «обогащенную водородом текучую среду газ-в-нефти», которая входит в слой(и) катализатора для реакции гидрирования, а продукт реакции гидрирования вытекает из верхней части реактора.
39. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что отношение объемного расхода указанного газообразного водорода I (норм. м3/ч) к разбавителю нефти (м3/ч) составляет от 100:1 до 1:1; условия смешения указанного микроканального смесителя включают температуру от нормальной температуры до 380°С и давление 10,0-20,0 МПа (изб.).
40. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что указанный разбавитель нефти представляет собой один или несколько из числа сырой нефти, бензина, керосина, дизельного топлива, атмосферного остатка или газойля.
41. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что отношение объемного расхода газообразного водорода II (норм. м3/ч) к нефтяному сырью (м3/ч) составляет от 1:1 до 500:1; условия диспергирования неорганического мембранного водородно-нефтяного диспергатора включают температуру от нормальной температуры до 380°С и давление 10,0-20,0 МПа (изб.).
42. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что указанное тяжелое нефтяное сырье представляет собой одно или несколько из числа атмосферного остатка, вакуумного остатка, крекинг-остатка, крекинг-дизельного топлива, каталитического дизельного топлива, вакуумного газойля, деасфальтированного масла, каменноугольного масла, смазочного масла или антраценового масла.
43. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что указанную несущую водород текучую среду делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для поступления в зоны микросмешения и указанную смешанную текучую среду с высоким содержанием водорода делят на множество потоков, предпочтительно на 2-4 потока, вдоль осевого направления реактора для поступления в зоны микросмешения;
предпочтительно число потоков несущей водород текучей среды идентичен числу потоков смешанной текучей среды с высоким содержанием водорода.
44. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что отношение объемного расхода газообразного водорода III (норм. м3/ч) к тяжелому нефтяному сырью (м3/ч) составляет от 10:1 до 800:1, предпочтительно от 50:1 до 300:1.
45. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что условия данного способа гидрирования тяжелой нефти включают температуру 320-480°С, давление 10-20,0 МПа (изб.), объемную скорость 0,1-1,0 ч-1 и объемное соотношение водород/нефть 100:1-1200:1.
46. Способ гидрирования тяжелой нефти по п. 38, отличающийся тем, что зона(ы) микросмешения реактора гидрирования тяжелой нефти заполнена(ы) инертными керамическими шариками или защитным агентом с функцией гидрирования; а слой(и) катализатора заполнен(ы) обычным катализатором гидрирования тяжелой нефти.
| CN 203750478 U, 06.08.2014 | |||
| WO 2007035303 A1, 29.03.2007 | |||
| Микрофлюидный чип смешения | 2019 |
|
RU2724254C1 |
| Многоканальный микрореактор | 2017 |
|
RU2652222C1 |
| CN 201618531 U, 03.11.2010 | |||
| CN 111359556 A, 03.07.2020 | |||
| CN 105013544 A, 04.11.2015. | |||
