超重力反应器强化调控稠环芳烃加氢裂化耦合反应及机理研究

This proposal is focused on the hydrocracking of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in oil refining industry which has the matching problem of the mass transfer and reaction rate. To solve this problem, an idea of process intensification of PAH hydrocracking in a rotating packed bed (RPB) reactor was proposed. Two key scientific problems: (1) coupling reaction mechanism of hydrogenation activity in aromatics saturation and ring opening activity; (2) heterogeneous mixing/transfer process intensification matching the reaction rate, will be the main concerning issues in this work. A microchannel reactor with the channel size of equivalent catalysis pore size will be developed to investigate the reaction mechanism network of PAH hydrocracking. Combined with the studies of heterogeneous mixing/transfer process intensification in a RPB reactor, a methodology of heterogeneous mixing/transfer process intensification matching the reaction rate will be developed, which provides theoretical basis and scientific guidance for PAH hydrocracking in a RPB reactor.

本项目围绕炼油工业中亟待解决的稠环芳烃加氢裂化中传递与反应匹配性的共性问题，提出超重力反应器强化传递从而调控稠环芳烃加氢裂化过程的新思路，重点针对“加氢饱和-开环裂化耦合反应机理”和“超重力环境非均相混合/传递过程强化及与反应过程的匹配”两个关键科学问题开展研究，发展以催化剂孔道尺寸为特征尺寸的微通道内反应机理研究方法，深入认识加氢裂化反应网络，揭示超重力反应器非均相混合/传递规律，形成调控非均相混合/传递过程速率与反应过程匹配的科学方法，为超重力反应器强化稠环芳烃加氢裂化新工艺及工业应用提供理论基础。

石油炼制工业是国民经济重要支柱产业之一，具有重要地位和作用。随着世界原油的日趋重质化以及人类对清洁燃料需求的日益增大，发展重质（超重质）原油加工技术作为规避石油资源风险的一个重要措施，已成为我国炼油工业重要发展方向之一。原油重质化普遍表现为馏分中稠环芳烃（残炭、胶质、沥青质等）、重金属、硫、氮等含量高，促进稠环芳烃转化是提高炼油工业轻质油收率的关键，对降低原油对外依存度、保障国家能源安全具有重大意义。. 本项目围绕炼油工业中亟待解决的稠环芳烃加氢裂化中传递与反应协调匹配的共性问题，提出超重力反应器强化传递从而调控加氢过程的新思路，重点针对“超重力环境非均相混合/传递过程强化及与反应过程的匹配”和“加氢裂化耦合反应机理”两个关键科学问题开展系统研究工作。. 本项目利用高速摄像、CT等先进的可视化技术，研究了超重力反应器内液体流动及分散规律，建立了气液传递模型，并通过实验验证，证明了所建立的模型的合理性。研究了催化剂载体微通道内液体吸附机理，掌握了超重力环境下催化剂载体表面液体流动及表面润湿效率的变化规律，利用CFD模拟方法，研究了球形催化剂载体颗粒床层内的气相流动规律。建立了表面壁载催化剂载体的方法，在适用于超重力反应器的泡沫镍填料表面成功负载了加氢催化剂，构建了超重力加氢裂化反应平台，研究了超重力反应器加氢过程强化效果。. 通过本项目研究，掌握了调控加氢裂化反应的科学方法。项目执行期间，已在Chem. Eng. Sci., AIChE J., Ind. Eng. Chem. Res. 等主流期刊发表论文16篇，申请专利6件，培养博士研究生2名，硕士研究生3名。