来源 | 2020第四届微化工技术研究与行业应用及工艺优化工程设计研讨会

作者 | 广东省微化工工程技术研究中心 张志华 

一、引言

加氢技术是绿色化工核心技术

85%的化工过程是催化反应过程，其中加氢是化学工业的关键技术之一。据估计，大约25％的化工过程包含催化加氢步骤。其对世界GDP的贡献约为8%。

加氢技术向系统化、成套化、专用化发展

加氢催化剂是技术核心

加氢催化剂设计原则

原料油种类和性质 

产品质量和分布要求 

 加氢工艺过程（一段或两段，反应器选型） 

 加氢工艺参数 （反应压力、反应温度、氢油比、体积空速） 

 控制和减少副反应 

 减少氢气消耗 

 效益最优化

二、化工特征

 化工生产过程的本质特征

质量传递 

浓度差：蒸馏、吸收、萃取、干燥、吸附、膜分离等

动量传递 

压力差：流体输送、搅拌、过滤、沉降、固体流态化等

热量传递 

温度差：加热、冷却、蒸发、冷凝等

化学反应

化学反应过程分离和提纯

 化工过程的多尺度

（1）纳尺度 : 分子过程、活化点； 

（2）微尺度 : 粒、滴、泡、旋涡； 

（3）介尺度 : 反应器、换热器、分离器、泵； 

（4）宏尺度 : 生产装置、工厂； 

（5）宇尺度 : 环境、大气、海洋、土壤。

 化学反应工程的范畴和任务

 炼油向化工转型：精细化工、绿色化工、化工新材料

石油炼制→石油化工→基本有机原料→精细化工（精细化学品）

 精细化工技术亟待发展

精细化学领域几十年来依赖于有害的非均相催化剂和低效（间歇）工艺，拉大了与大宗化学品之间的差距。这主要是由于从事精细化学品技术开发的化学家不注重催化技术和化工过程的开发。

 化学反应分类

• 反应机理：单一、多重（平行，同时，连串，平行连串、集总）

• 反应级数：一级、二级、三级、零级、分数 

• 反应分子数：单分子、双分子、多分子 

• 反应可逆性：可逆、不可逆 

• 反应热效应：吸热、放热（等温、绝热、非等温非绝热） 

• 反应相态：均相与非均相（气、液、固）

• 反应物流型：平推流，全混流，非理想流动

• 反应压力：常压、加压、减压 

• 催化状态：催化、非催化 

• 操作方式：间歇、连续（平推流，全混流，中间型）、半间歇半连续

• 反应器形式：釜式、管式、槽式、塔式、固定床、流化床、移动床、滴流床 

反应种类：氧化、加/脱氢、电解、(氧化，硫酸化，氯化，还原)焙烧、（含酸，碱，盐）浸取、 有机化工（烃类热裂解，氧化，烷基化，水解和水合，羟基合成）、 精细化工（磺化，硝化，卤化，重氮化，酯化，胺化，酰化，氰化，还原，缩合） 聚合（缩聚，加成，自由基，离子型，络合配位，开环，共聚）

三、精细化工加氢

 石油化工与精细化工加氢的区分

 精细化工加氢技术正在加速进步 

为了应对更严苛的安全和环保要求，近十年来精细化工领域的技术进步和创新取得了显著的效果。比如，微反应技术的开发应用，钯碳、雷尼镍等新的加氢催化替代了落后污染的铁粉还原等技术。

 连续化反应设备

定义：相对传统的间歇反应（釜式反应器）应运而生的新型反应设备 代表性设备：微通道反应器、MIC反应器、管式反应器、星型混合器等 

特征：利用精密加工技术制造的特征尺寸在10-1000μm之间的反应设备 

反应物料在微通道中流动时，在物料、管道确定的情况下，雷诺数Re与流速ν成正比与管径成反比。为了达到理想的混合效果，应选择较大的进料速度。式中：ρ-流体密度(kg/m³) ，ν-平均流速(m/s)，d-管直径(m) ，µ-流体动力黏度(Pa·s或N·s/m²)，V-流体流量（m³/s）

 微通道反应器的优势

微通道反应器只是精细化工进步的一个突出进步，解决了间歇釜式反应器的传质、传热、 强化混合、抑制返混的问题，但对于气液固三相的加氢技术，要采用最合适的技术方案。