一种烃类物质常温常压光磁催化重整的工艺与装置
技术领域
[0001] 本
发明属于石油化工或环境保护领域，是一种实现烃类物质常温常压重整的工艺与装置，可广泛应用于石油化工、燃油炼制、环境保护以及
热机动
力等一系列相关行业。
背景技术
[0002] 烃类物质的裂解与重整，其产物的控制与分离，以及相应生产装置的制造与维护，始终是石油化工、燃油炼制、环境保护等行业的核心问题。
[0003] 目前的各种烃类物质的催化裂化、催化重整工艺都是在高温高压下实现的，其设备制造复杂，技术、经济代价较高。发明并设计一种可以在近似常温常压的环境下实现烃类物质重整的装置，具有较大的经济价值与环境价值。
[0004] 近年来，辐照
光源技术、光触媒技术在有机物分解、裂解中的作用逐步被人们认识，其在环保领域的应用范围也越来越宽；辐照光源由单一的紫外光照射向红外光等
光谱领域延展，同时人们纷纷寻求更高效率的光触媒材料；本发明更创新提出增加磁力驱动的方法，并设计可调节磁力强度、磁力脉冲和交变
频率的装置，提供提高反应效率和针对特定物质产率的控制方法，可使提高催化效率，是当前催化裂化、催化重整工艺研究的方向。
发明内容
[0005] 本发明的目的是利用设计受控的光源、设计配方的光触媒（催化剂）、设计排列的光触媒载体、设计受控的磁
驱动器，综合利用了光辐照活化-光触媒催化-磁力驱动组合技术和方法，实现常温常压下烃类物质的重整。
[0006] 为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：
[0007] 一种烃类物质常温常压光磁催化重整装置，所述装置由反应器和
控制器构成，反应器和控制器为一体安装或分体安装，
[0008] 所述反应器为一个包含封闭腔体和外部结构的组合体，使用金属或塑料加工制造；在其封闭腔体内组合安装辐照光源1、光触媒2、光触媒载体及
支架3、分子裂解磁驱动器4，物料进口8和物料出口9；
[0009] 控制器主要包括四大功能
电子学部件：装置启动/停止控制
电路、辐照光源激励控制电路、除污动力驱动控制电路、分子裂解磁驱动器激励控制电路。控制器另有结构功能件用于结构安装与密封，其四大功能电子学部件可以组合一体安装，也可以分体安装。
[0010] 所述反应器还包括照射窗口除污机构5、磁悬浮机械传动机构6和机械动力源7，所述机械动力源7通过磁悬浮机械传动机构6驱动照射窗口除污机构5去除辐照光源1表面的污物。
[0011] 所述反应器的辐照光源1的发光体为
阴极射线
灯管或
无极灯，能够产生能级较高的紫外线光。
[0012] 所述光触媒2以“搪瓷”方式
烧结在光触媒载体及支架3的触媒栅板表面，或以“油漆”方式涂布在触媒栅板表面；所述光触媒载体及支架3的触媒栅板表面积应大于等于烃类物料进口横截面积。
[0013] 所述光触媒2是以
纳米级的二
氧化
钛、氧化铈、金属
银和金属镍为
基础，并配比氧化
锡、氧化
铝、金属锡、氧化稀土、少量铂铑钌金属及其氧化物，以及相应的粘接剂组成的多组分光触媒材料。
[0014] 所述多组分光触媒材料的具体配方按重量份数为：
[0015] 二氧化钛： 45-50；
[0016] 二氧化铈： 25-30；
[0018] 银： 15；
[0019] 镍： 7。
[0020] 所述多组分光触媒材料为颗粒范围小于30纳米的二氧化钛、二氧化铈、
二氧化硅、银、镍混合而成，混合方式是搅拌加
超声波振动混合。
[0021] 本发明还提出使用所述装置的烃类物质常温常压光磁催化重整工艺，包括步骤：
[0022] 1）首先将烃类物料
流体经物料进口8输入所述反应器的密闭腔体，进入活化反应区；
[0023] 2）启动辐照光源1，在辐照光线
能量输入的激发下，与光触媒2的界面
接触的部分烃类物料的炭链发生断裂，形成分别带有正负电荷的
碳离子-自由基对；
[0024] 3）启动分子裂解磁驱动器4，在磁力驱动的作用下，带有正负电荷的碳离子-自由基对
加速分离，实现烃链裂解；
[0025] 4）混合着已经分离的自由基、碳离子的烃类物料流体离开活化反应区，自由基、碳离子重新聚合，生成新的物质-实现重整行为；
[0026] 5）包含重整产物的物料自物料出口9输出。
[0027] 在步骤2，所述光源1透过
石英玻璃窗口直接照射在光触媒表面，在装置工作期间持续照射紫外线光源，并控制光源
波长和照度，使其波长为185－400nm，照度为10000－220000uw/cm²。
[0028] 烃类物料与光触媒的接触时间控制在0.5秒以上，通过控制光触媒的接触时间和光触媒配比，促进或抑制特定裂解产物的聚合与缩合作用。
[0029] 本发明解决了在常温常压下触发裂解反应能量输入的难题，并为解决
聚合物组分控制和解决催化剂（光触媒）毒化老化的技术
瓶颈开创了新的途径。本发明的技术要点包括辐照光源技术、光触媒（催化剂）技术、照射窗口除污技术、磁悬浮机械传动技术、分子裂解磁驱动技术的综合利用。
[0030] 本发明可适应不同的处理原料、不同的产出目标，可组合设计辐照光源、光触媒（催化剂）、光触媒载体、磁驱动器的相关参数与形式。具有广泛的适应能力，具有广泛的推广价值。
[0031] 本发明可良好兼容各种
温度、压力、流速、流量控制方案与参数，可在常温常压下工作，可降低设备制造与维护成本。
[0032] 本发明可选择性提高某些烃类产率，可提高
汽油、柴油的品质；本技术发明可选择性清除烃类物质中的污染杂质；可达到明显降低
汽车尾气排放和保护自然环境的综合效果。
附图说明
[0033] 图1是本发明烃类物质常温常压光磁催化重整装置的示意图。
[0034] 图2是烧结或涂覆有光触媒（催化剂）的光触媒载体及支架示意图。
[0035]1辐照光源 6磁悬浮机械传动机构
2光触媒（催化剂） 7机械动力源
3光触媒载体及支架 8物料进口
4分子裂解磁驱动器 9物料出口
5照射窗口除污机构
具体实施方式
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体
实施例，对本发明进一步详细说明。
[0037] 图1是本发明烃类物质常温常压光磁催化重整装置的示意图。如图所示，本装置由二大部分组成——反应器和控制器（图中未示）。反应器和控制器可以一体安装，也可以分体安装，视其应用需求而定。
[0038] 反应器为一个包含封闭腔体和外部结构的组合体，使用金属或塑料加工制造；在其封闭腔体内组合安装辐照光源1、光触媒（催化剂）2、光触媒载体及支架3、分子裂解磁驱动器4，照射窗口除污机构5和磁悬浮机械传动机构6；在其外部结构上安装机械动力源7、物料进口8、物料出口9和控制接线输入端（图中未示）。
[0039] 辐照光源1、光触媒（催化剂）2、光触媒载体及支架3和分子裂解磁驱动器4是组成反应器的工艺活化反应区的四个核心部件。
[0040] 照射窗口除污机构5、磁悬浮机械传动机构6和机械动力源7是维持本装置持续正常工作的保障部件。
[0041] 控制器主要包括四大功能电子学部件：装置启动/停止控制电路、辐照光源激励控制电路、除污动力驱动控制电路、分子裂解磁驱动器激励控制电路。控制器另有结构功能件用于结构安装与密封，其四大功能电子学部件可以组合一体安装，也可以分体安装。
[0042] 反应器的辐照光源1的发光体为阴极射线灯管或无极灯，特征是运用能级较高的紫外线光源，其波长为185－400nm，照度为10000－220000uw/cm²，在装置工作期间持续照射；光线的输入照射方式是，透过石英玻璃窗口直接照射在光触媒（催化剂）表面。通过设计不同的光源控制器，实现对电功率的控制，即可控制光源照度；通过控制光源本身的物理参数，可控制发光波长；通过设定光源照度、发光波长和光线照射时间（一般不少于3秒）可确定催化
能源输入参数。
[0043] 图2是烧结或涂覆有光触媒（催化剂）的光触媒载体及支架示意图。光触媒（催化剂）2或以“搪瓷”方式烧结在光触媒载体及支架3的触媒栅板（骨架）表面，或以“油漆”方式涂布在触媒栅板（骨架）表面；光触媒载体及支架3的触媒栅板表面积应大于等于烃类物料进口横截面积，较大的触媒栅板表面积有助于更加充分的化学反应。在此情况下，通过烃类物料的流动，即可实现与光触媒（催化剂）的接触和分离。通过对光触媒（催化剂）成分的调配，触媒的载入量（千分之5左右）可设计针对特定输入物质的敏感配方，可提高反应效率。
[0044] 烃类物料与触媒的接触时间控制在0.5秒以上；触媒的接触时间和触媒配比选择性控制能够促进或抑制特定裂解产物的聚合与缩合作用。
[0045] 通过“设计配方的光触媒（催化剂）”是以纳米级的二氧化钛、氧化铈、金属银和金属镍为基础，根据需要配比氧化锡、氧化铝、金属锡、氧化稀土、少量铂铑钌金属及其氧化物，以及相应的粘接剂。
[0046] 多组分光触媒材料的具体配方按重量比份数为：
[0047] 二氧化钛： 45-50；
[0048] 二氧化铈： 25-30；
[0049] 二氧化硅： 3；
[0050] 银： 15；
[0051] 镍： 7。
[0052] 所述二氧化钛、二氧化铈、二氧化硅、银、镍原料均为纳米级，一般情况下为颗粒范围小于30纳米的混合成分，混合方式是搅拌加
超声波振动混合。
[0053] 其使用方法为：
[0054] 1、混合粉末可单独使用，也可以使用有机胶和无机胶作为粘接剂混炼成涂料；
[0055] 2、粉末可用喷撒工艺，粘接在基材表面；
[0056] 3、制备涂料可用
喷涂、涮涂或压辊在基材表面。
[0057] 多组分光触媒材料的各个组分的主要作用原理：
[0058] TiO2以其无毒、催化活性高、氧化能力强、
稳定性好而被用作光催化的
半导体催化剂。但它也有自身的局限性：禁带宽度约为312eV，需在(近)紫外光下才能激发，且光生载流子极易发生简单复合，催化活性不高。
[0059] 铈极易吸收
光子从三价变为四价，而四价铈离子在
光激发下不仅能有效抑制电子-空穴对的简单复合，改善光催化效率，还可能使TiO2的光吸收波长红移至可见光区，增加对光能的有效利用。
[0060] 二氧化硅是非常好的光触媒载体，它在
磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出特异功能，作为抗结
块剂来改善粉末性质等，是制备光触媒粉末材料不可缺少的。
[0061] 银和镍是很好催化剂，在这个组分里既是氧化催化剂又是对其他光触媒的电子层，起着事半功倍的作用。
[0062] 上述多组分光触媒的光催化率可达40%左右。
[0063] 所谓“设计受控的磁驱动器”，包括使用钕
铁硼永磁体产生永
磁场；也包括使用电磁线圈产生
电磁场，电磁场可以是平稳直流磁场或脉冲直流磁场，也可以是交流磁场。较大的磁场强度对碳离子-自由基对的分离力较大，脉冲直流磁场或交流磁场将对碳离子-自由基对产生振荡冲击作用力。永磁体或电
磁力线圈可以直接布置在触媒栅板（骨架）周边或内部，也可以布置在触媒栅板（骨架）较远的
位置，通过硅
钢片、软
磁铁氧体将磁力导入触媒活性区。磁力在装置工作期间持续加载。电磁线圈励磁分为两段，绕组相同方向相反，以
串联为主要连接方式，调节磁力强度0.1-3.5A/m，调节磁力脉冲/交变频率（1－300hz），可影响反应效率，还可影响特定物质的产率。
[0064] 本装置的工作原理及工艺流程
[0065] 烃类物料流体经物料进口8输入该密闭腔体进入活化反应区，在辐照光源1辐照光线能量输入的激发下，与光触媒（催化剂）2的界面接触的部分烃类物料的炭链发生断裂，形成分别带有正负电荷的碳离子-自由基对；在分子裂解磁驱动器4磁力驱动的作用下，带有正负电荷的碳离子-自由基对加速分离，实现烃链裂解；当混合着已经分离的自由基、碳离子的烃类物料流体离开活化反应区后，自由基、碳离子重新聚合，生成新的物质-实现重整行为；包含重整产物的物料自物料出口9输出。
[0066] 与此同时，输入物料中部分非炭重
原子将发生去有机化-矿化反应，或将产生污染物沉积。
[0067] 光触媒载体及支架3用于
支撑光触媒（催化剂）2；照射窗口除污机构5、磁悬浮机械传动机构6、机械动力源7，用于清理污染物沉积。
[0068] 本发明根据不同的处理原料，不同的产出目标，通过控制辐照光波长及照度、脉冲频率、场强、磁介质和光触媒（催化剂）配方等具体工艺，可组合设计辐照光源、光触媒（催化剂）、光触媒载体、磁驱动器的相关参数与形式。
[0069] 为了不同的工艺目的，本发明兼容多种温度、压力、流速、流量控制方案。实施例
[0070] 以92号汽油检验报告的实验参数：
[0071] 设备使用常温常压重整的工艺与装置；
[0072] 使用灯管：UVC－12W灯，照度35000uw/cm²，波长253.7－380
[0073] 触媒使用：纳米级的二氧化钛、氧化铈、金属银、金属镍混炼涂层。面积比例为70%。
[0074] 磁场情况：交变脉冲25hz，0.2A/m，
电压12V
[0075] 温度：常温25度
[0076] 电压：12V
[0077] 油压：150kpa
[0078] 流量：0.8ml/min
[0079] 表1是根据产品标准 GB17930-2013的检测结果。
[0080] 表1
[0081]
[0082] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
