北京化工大学 超重力技术及应用 课程论文

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北京化工大学

研究生课程论文

课程名称：超重力技术及应用

课程编号：ChE541

任课教师：邵磊

完成日期：2014年12月28日

专业：化学工程与技术

学号：2014200082

姓名：王晨曦

成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

超重力法渣油催化加氢生产轻质油品

摘要

随着原油的重质化、劣质化（硫、氮、金属杂质含量增加），以及环保法规的日益严格，对炼油企业生产清洁油品并做到清洁生产的要求越来越高。渣油加氢技术在解决这些问题时献出了诸多优点，因此受到人们愈来愈多的关注[1]。渣油加氢处理主要是脱除杂原子化合物的过程，加氢裂化过程除了脱除杂原子化合物，主要是生产轻质馏分油。

本文针对渣油加氢技术的重要性和应用情况，以及超重力技术的优点，提出了在超重力条件下对渣油催化加氢的构想。通过分析超重力条件对催化加氢过程中传质的强化，论述了该设想的可行性。

关键词：超重力；渣油；催化加氢

目录

摘要 .................................................................................................................................................. I 1超重力技术简介. (1)

2构想超重力技术应用于渣油催化加氢 (1)

3可行性论述 (2)

4参考文献 (3)

1、超重力技术简介

超重力指的是在比地球重力加速度大得多的环境下物质所受到的力，在化工过程中常通过旋转产生离心力而模拟实现。超重力工程技术的基本原理[2]是利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对速度和相互接触,从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程。获取超重力的方式主要是通过转动设备整体或部件形成离心力场,涉及的多相流体系主要包括气-固体系和气-液体系。

在超重力环境下，气体的线速度也可以大幅度提高，同时液体表面张力的作用相对变得微不足道，并且强大的离心力使液体在巨大的剪切力和撞击下被拉伸成极薄的膜、细小的丝和微小的液滴，产生巨大的相间接触面积，使相间（如气-液）传质过程得到高度强化，从而减小扩散阻力，加速相际间的传质速率[3]，单位设备体积的生产效率能够提高1～2个数量级，尤其适合生产附加值较高的产品。

2、构想超重力技术应用于渣油催化加氢

渣油催化加氢技术是在高温、高压和催化剂存在的条件下，使渣油和氢气进行催化反应，渣油分子中硫、氮和金属等有害杂质，分别与氢和硫化氢发生反应，生成硫化氢、氨和金属硫化物，同时，渣油中部分较大的分子裂解并加氢，变成分子较小的理想组分。

超重力技术利用强大的离心力场代替了重力场，从而实现了相间传递过程的强化。由于强大的离心力场的作用，大大提高了反应器中的氢分压，而提高氢分压对渣油加氢催化剂的使用性能有很大的好处，例如可以抑制焦炭生成，减少催化剂表面积炭量，增长催化剂使用寿命等。

基于超重力环境对渣油催化加氢的积极影响，从而提出将超重力技术应用于渣油催化加氢过程。

根据现有的固定床渣油催化加氢工艺流程[4]，本文中构想的反应工艺流程图

大致如下：

1.高压分离器

2.低压分离器

3.吸收塔

4.分馏塔物流

图1 超重力渣油加氢处理设想工艺流程

3、可行性论述

渣油中的各种化合物在固体催化剂上的加氢转化过程，均需要反应物流与催化剂接触，反应物分子扩散进入到催化剂孔的内表面，才能实现化学反应。渣油分子大、粘度高，孔内传质阻力大，扩散速度慢，因此内扩散常常是渣油加氢过程的控制步骤。

在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间的传质过程均比常规重力场下的要快的多，气-液、液-液、液-固两相在比地球重力场大数百倍至数千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中产生流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的液膜、液丝和液滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器提高，微观混合和传质过程得到极大的强化[5]。

超重力所带来的特殊环境条件能够很好地适用于渣油催化加氢，并极大地强化了其过程，所以从理论上来说，超重力技术应用于渣油催化加氢过程是完全可行的。

4、参考文献

[1] 沈本贤等.石油炼制工艺学[M].中国石化出版社,2012:314.

[2] 陈建峰等.超重力技术及应用[M].化学工业出版社,2003.

[3]马空军,贾殿赠,包文忠等.超声场作用下的强化传质研究进展[J].化工进

展,2010,29(1):11-16,33.

[4] 沈本贤等.石油炼制工艺学[M].中国石化出版社,2012:316-317.

[5] 宁方尧.超重力传递机理初探[J].环境污染治理技术设备,2005年第五期.