[發明專利]一種微波反應器及其應用

有效

• 申請號: 201410156106.0
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN105013420B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 商輝;趙金岷;張文慧
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);北京眾誠匯微能源科技有限公司
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;C10G45/02
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技術領域

本發明涉及一種微波反應器及其應用，特別是微波反應器在油品加氫脫硫中的應用。

背景技術

近年來，隨著機動車保有量的增加，汽柴油燃燒產生的尾氣已成為城市重要污染源之一。為減少尾氣中有害物的排放，世界各國對汽油中硫含量提出越來越嚴格的限制。我國要求2014年1月1日在全國范圍內實行國Ⅳ汽油標準，硫含量從國Ⅲ標準的150ppm降低到50ppm，2018年1月1日起在全國范圍內實施國V標準，其中的硫含量要求控制在10ppm以下。日本和歐盟分別在2008年和2009年要求汽油中的硫含量降至10ppm以下。因此，加快低硫汽油的生產已經是擺在石化行業面前的一項刻不容緩的任務。

國外商品汽油主要來自催化裂化（33%）、重整（33%）、烷基化+異構化+醚化（33%）等工藝。我國近60%的原油依靠進口，而進口原油中約60%是中硫油，10%為高硫油。為提高原料利用率及產品產率，我國煉油企業絕大多數催化裂化（FCC）裝置為重油和渣油催化裂化，和普通催化裂化相比，其汽油中的硫和烯烴含量更高。從我國煉油工業現狀與未來發展趨勢來看，高硫、高烯烴含量的FCC汽油約占我國車用汽油調和組分的80%左右，而其他低硫、高辛烷值調和組分（重整汽油與烷基化汽油）很少，這一狀況在今后相當長的一段時間內很難得到根本性改變，FCC汽油的改質成為我國車用清潔燃料生產的關鍵。

現有的FCC汽油脫硫技術主要有加氫脫硫（HDS）技術和非加氫脫硫技術。HDS技術是大規模生產清潔油品的有效方法。目前國內外采用的方法主要有選擇性HDS和汽油HDS-辛烷值恢復技術兩類。FCC汽油中的含硫化合物主要為硫醇、硫醚、二硫化物和噻吩類化合物等，其中噻吩類化合物約占60%以上。硫醇、硫醚和二硫化物的HDS反應可以在比較緩和的條件下進行；噻吩類化合物加氫比較困難，需要較為苛刻的反應條件才能達到深度脫硫的目的。然而反應條件苛刻必然引起選擇性降低，烯烴大量飽和，導致辛烷值損失嚴重；同時將不可避免地發生裂化反應產生一定量的干氣和液化氣，導致汽油收率降低；因此，開發新的FCC汽油選擇性加氫脫硫技術，降低反應條件的苛刻性以達到深度脫硫且保持汽油辛烷值和收率成為科學研究的重點。

微波的體積性、瞬時性和選擇性加熱的特點能夠誘導和催化化學反應，顯著緩和催化工藝條件，提高轉化率和改變選擇性。微波加熱與常規加熱不同，前者是通過電磁場與被加熱物質分子之間的相互作用產生的。組成物質分子的電極矩決定該物質在微波場中被加熱的程度。汽油中的S、N、O等雜原子化合物和HDS催化劑具有一定的極性，可以被微波加熱而活化；而其它大部分烴類為非極性或弱極性物質，不能被微波加熱，因而可以利用微波加熱技術達到選擇性脫硫的目的，有效改善加氫工藝條件，降低反應溫度和壓力，減少副反應發生。研究結果表明微波對FCC汽油HDS具有非常顯著的促進作用，特別對有烷基取代的噻吩和苯并噻吩其脫除率比傳統條件下顯著提高。微波作用后汽油的辛烷值基本保持不變或略有增加。但微波設備和反應器材質的特殊性限制了微波在HDS方面的應用。

WO 2009/064501及其中國同族申請CN101861375A是針對原油脫硫進行的，該專利申請通過加氫脫硫(HDS) 方法來對高硫含量和粘度的重質原油進行品質改良，該方法包括微波照射酸的重質原油與至少一種催化劑和任選的一種或多種敏化劑的混合物，并且在氫氣的存在下進行照射。該反應采用厚玻璃容器作為反應器，該容器用隔膜密封，而由于受密封材料的限制，耐溫一般不能超過250攝氏度。

專利申請CN101560407A公開了一種石油液化氣或汽油脫硫微波反應器，其通過安全隔離器上開孔來達到避免可燃氣體的泄漏，其實是將泄漏的氣體通過這些孔散發出去，但卻無法防止氫氣或者可燃油氣不從與微波相連接的地方進入。眾所周知，加氫是不能有氫氣泄漏的，尤其是油品加氫，一旦泄露會導致發生爆炸！必須要實現將氫氣密封在反應器中！

專利申請CN1408017A描述了微波加氫脫硫可以在包括豎式筒體容器或多室臥式筒體容器中進行，配備有豎管和容許氫氣進入的空心軸，和葉輪-擋板組合件，該專利還強調了微波加氫脫硫可以在最高220℃和最高100巴壓力下進行，還提到了可以在催化劑存在下進行，以提高反應效率或降低加氫脫硫的溫度和壓力，但專利中并沒有描述微波饋入處的密封問題。而對于油品加氫脫硫反應而言，密封不理想勢必使得其操作安全性令人質疑。