專利名稱：：加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
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技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及液流中的加氫脫硫、加氫脫氮、和/或雙鍵的飽和。更具體地，本發(fā)明涉及改進(jìn)液流的加氫脫硫、加氫脫氮、和/或雙鍵的飽和的高剪切系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
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：加氫處理是指各種催化加氫工藝。已知的加氫法中有加氫脫硫、加氫脫氮和加氫脫金屬，其中進(jìn)料如含有殘?jiān)挠驮谏叩臏囟群蛪毫l件以及在氫的存在下與催化劑接觸，使得硫成分轉(zhuǎn)變成硫化氫，氮成分轉(zhuǎn)變成氨，并且金屬沉積在(通常作為硫化物)催化劑上。近來，關(guān)于燃料(柴油和汽油)中硫水平的法規(guī)要求，使得對(duì)于更有效去除硫的手段產(chǎn)生了更大的需求。接受加氫處理的原料范圍從石腦油到真空渣油，在大多數(shù)應(yīng)用中使用的產(chǎn)物是環(huán)境合格的清潔燃料。加氫處理操作的特性在于分子大小分布基本沒有變化，這與例如加氫裂化相反。加氫脫硫(HDS)是加氫處理的子類別，其中使用催化化學(xué)法從天然氣和從煉制的石油產(chǎn)品例如汽油或揮發(fā)油、噴氣燃料、煤油、柴油燃料和燃油中除去硫。除去硫的目的是為了減少使用燃料為運(yùn)輸車輛供能或作為燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的氧化硫排放。在石油煉制業(yè)中，HDS單元通常也被稱為加氫處理器。在傳統(tǒng)的加氫脫硫中，碳質(zhì)流體和氫在高溫高壓下于催化劑存在下進(jìn)行處理。硫被還原成H2S氣體，然后該氣體可以通過例如克勞斯法(Clausprocess)被氧化成元素硫。雖然鑒于對(duì)硫日益嚴(yán)緊的規(guī)范，認(rèn)為加氫脫硫(HDS)重要作用日益增加，但加氫脫氮(HDN)是另一種烴流也可以進(jìn)行的方法，用以許可后續(xù)有效的改質(zhì)工藝。通過例如對(duì)雙鍵進(jìn)行飽和來加氫精制或精加工烴流也是一種重要的改質(zhì)工藝，特別是對(duì)于環(huán)烷烴流。除了除去硫防止污染之外，在硫的存在會(huì)毒害下游加工催化劑的情形下，也要除去硫。例如，當(dāng)在催化重整單元中使用貴金屬催化劑(例如鉑和/或錸)用于提高石腦油流的辛烷值時(shí)，可以從石腦油流中除去硫。許多以前用于從碳質(zhì)流體中除去含硫化合物的方法和系統(tǒng)可能是昂貴的，包括苛刻的反應(yīng)條件，對(duì)于除去大量含硫化合物可能不充分，對(duì)于除去具有某些化學(xué)結(jié)構(gòu)的含硫化合物可能無效，和/或可能不易放大規(guī)模到大流體體積。因此，在工業(yè)中存在著對(duì)于加氫脫硫、加氫脫氮和加氫精制碳質(zhì)流體流的改進(jìn)方法的需求
發(fā)明內(nèi)容概述公開了用于改進(jìn)加氫脫硫、加氫脫氮和加氫精制的高剪切系統(tǒng)和方法。根據(jù)某些實(shí)施方案，所提出的加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合的方法包括形成含有分散在含烴液相中的含氫氣泡的分散體，其中所述氣泡具有小于1.5pm的平均直徑。在實(shí)施方案中，液相中的至少部分含硫化合物被還原形成硫化氫氣體。在實(shí)施方案中，液相中至少部分含氮化合物被轉(zhuǎn)化成氨。在實(shí)施方案中，烴中至少部分不飽和碳-碳雙鍵通過加氫被飽和。高剪切混合可能提供提高的時(shí)間、溫度和壓力條件，導(dǎo)致多相反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)加速。氣泡可具有小于1pm的平均直徑。在實(shí)施方案中，氣泡的平均直徑不超過400nm。液相可以包含選自液態(tài)天然氣、原油、原油餾分、汽油、柴油、石腦油、煤油、噴氣燃料、燃油及其組合的烴。形成分散體可以包括令含氫氣體和液相的混合物經(jīng)受大于約20,000s"的剪切速度。形成分散體可以包括將含氫氣體和液相在高剪切裝置中接觸，其中高剪切裝置包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子，并且其中所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子在形成分散體期間，以至少22.9m/s(4,500ft/min)的端速旋轉(zhuǎn)。高剪切裝置在至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的尖端可以產(chǎn)生至少約1034.2MPa(150,000psi)的局部壓力。在實(shí)施方案中，高剪切裝置的能量支出大于1000W/m3。所述方法可以進(jìn)一步包括將分散體與對(duì)加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合有活性的催化劑接觸。所述催化劑可以包括選自鈷、鉬、釕和其組合的金屬。還公開了加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的方法，包括使得含有含氫氣體與含有含硫成分、含氮成分、不飽和鍵或其組合的液體的流體混合物在外部高剪切裝置中經(jīng)受大于20,000s'1的剪切速率作用，在連續(xù)液體相中產(chǎn)生氫分散體，并將分散體引入固定床，在此取出反應(yīng)器產(chǎn)物，其中所述固定床反應(yīng)器包括對(duì)于加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合有效的催化劑。該方法還可以包括將反應(yīng)器產(chǎn)物分成氣體流和含有脫硫烴液體產(chǎn)物的液體產(chǎn)物流；從氣體流中汽提硫化氫，產(chǎn)生貧硫化氫的氣體流；和將至少部分貧硫化氫的氣體流再循環(huán)到外部高剪切裝置。該方法還可以包括重整脫硫烴液體產(chǎn)物?？梢詮闹卣谢厥諝浜椭辽俨糠只厥盏臍淇梢栽傺h(huán)。分散體中氫氣泡的平均氣泡直徑可以小于約5pm。分散體在大氣壓下可以穩(wěn)定至少約15分鐘。對(duì)流體施加剪切可以包括將流體引入包含至少兩個(gè)發(fā)生器的高剪切裝置。還公開了用于加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)高剪切混合裝置和構(gòu)造用來向高剪切混合裝置投送包含液相的液流的泵，所述高剪切混合裝置包含被剪切間隙分開約0.02mm至約5mm的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)定子，其中剪切間隙是至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和至少定子之間的最小距離，并且其中高剪切混合裝置能夠產(chǎn)生至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的端速在大于22.9m/s(4,500ft/min)的范圍內(nèi)。所述系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括構(gòu)造用于接納來自高剪切裝置的分散體以及用于保持預(yù)定壓力和溫度的容器。所述至少一個(gè)高剪切混合裝置可以構(gòu)造用于在液相中產(chǎn)生含氫氣泡的分散體，所述液相選自含有含硫物質(zhì)和烴的液相；含有含氮物質(zhì)和烴的液相；和含有不飽和經(jīng)的液相；其中分散體的平均氣泡直徑小于400nm。在實(shí)施方案中，至少一個(gè)高剪切混合裝置能夠產(chǎn)生至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的端速為至少40.1m/s(7,900ft/min)。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括至少兩個(gè)高剪切混合裝置。這里還公開了用于加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的系統(tǒng)，包括選自加氫脫硫、加氫脫氮和加氫精制反應(yīng)器的反應(yīng)器，其中反應(yīng)器包括固定催化劑床；和高剪切裝置，包括含有液體和氫氣的流體流的入口，和產(chǎn)物分散體的出口，其中高剪切裝置的出口與反應(yīng)器的入口流體連接，并且其中高剪切裝置能夠在液體中產(chǎn)生氣泡直徑小于約5nm的氫氣泡分散體。高剪切裝置可以包括端速大于5.08m/s(1000ft/min)的高剪切磨機(jī)。高剪切裝置可以具有大于20.3m/s(4000ft/min)的端速。在包括固定床反應(yīng)器的加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制系統(tǒng)中，反應(yīng)器包含對(duì)于加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合有效的催化齊U，改進(jìn)處包括反應(yīng)器上游的外部高剪切裝置，外部高剪切裝置包括至少一個(gè)發(fā)生器和流體流的入口，所述發(fā)生器包括之間具有剪切間隙的轉(zhuǎn)子和定子，所述流體流包含氫氣和液相，所述液相選自包括含硫物質(zhì)和烴的液相、包括含氮物質(zhì)和烴的液相、和包括不飽和烴的液相；并且，其中高剪切裝置提供的能量支出大于1000W/r^流體。在實(shí)施方案中，高剪切裝置包括至少兩個(gè)發(fā)生器。在實(shí)施方案中，一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率大于另一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)還包括構(gòu)造用來向高剪切混合裝置投送含烴液流的泵。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)還包括構(gòu)造用于接納來自高剪切裝置的分散體的容器。系統(tǒng)的某些實(shí)施方案通過使用外部加壓的高剪切反應(yīng)器，使得可以進(jìn)行碳質(zhì)流的加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制，而無需大體積反應(yīng)器成為可能。上述方法或系統(tǒng)的某些實(shí)施方案可能提供比其它可能的實(shí)施方案更優(yōu)化的時(shí)間、溫度和壓力條件，并且其潛在地提高了多相過程的速率。上述方法或系統(tǒng)的某些實(shí)施方案通過在較低的溫度和/或壓力下運(yùn)行、為每單位消耗的催化劑提供增加的產(chǎn)物、減少反應(yīng)時(shí)間、和/或減少資金和/或運(yùn)營(yíng)成本，從而有可能提供總體成本的降低。這些和其它實(shí)施方案和潛在的優(yōu)勢(shì)將在下面的詳細(xì)說明和附圖中明了。為了更具體地說明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，現(xiàn)在將參考附圖，其中圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方案，包括外部高剪切分散的多相反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施方案，包括外部高剪切分散的多相反應(yīng)系統(tǒng)的示意圖。圖3是系統(tǒng)的實(shí)施方案中采用的多級(jí)高剪切裝置的縱剖面圖。圖4是實(shí)施例1中用于加氫脫硫方法的設(shè)施的示意圖。標(biāo)記和名稱用在這里，術(shù)語"分散體"是指含有至少兩種可區(qū)分的、不易混合和溶解在一起的物質(zhì)(或"相")的液化混合物。用在這里，"分散體"包括"連續(xù)"相(或"基質(zhì)")，其容納其中其它相或物質(zhì)的不連續(xù)液滴、氣泡和/或粒子。因而，術(shù)語分散體可以指包括懸浮在液體連續(xù)相中的氣泡的泡沫，第一種液體的液滴分散在包含與第一種液體不混溶的第二種液體的全部連續(xù)相之中的乳液，和遍布固體粒子的連續(xù)相。用在這里，術(shù)語"分散體"包括其中遍布?xì)馀莸倪B續(xù)液相，遍布固體粒子(例如，固體催化劑)的連續(xù)液相，遍布基本不溶于連續(xù)相的第二種液體液滴的第一種液體連續(xù)相，和遍布任一種固體粒子、不混溶液滴和氣泡或其組合的液相。因此，分散體在某些情況下可作為均相混合物存在(例如，液/液相)，或作為異相混合物存在(例如，氣/液、固/液或氣個(gè)/液)存在，這取決于選擇用來組合的材料的性質(zhì)。具體說明,總^r.涉及液體、氣體和固體的化學(xué)反應(yīng)速率取決于接觸時(shí)間、溫度和壓力。在需要反應(yīng)兩種或多種不同相的原材料的情況下(例如固體和液體；液體和氣體；固體，液體和氣體)，控制反應(yīng)速率的限制性因素之一包括反應(yīng)物的接觸時(shí)間。在異相催化反應(yīng)的情況下，存在其它限速因素令反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑表面除去，使得催化劑催化其它反應(yīng)物。反應(yīng)物和/或催化劑的接觸時(shí)間通常受到混合的控制，所述混合提供涉及化學(xué)反應(yīng)的兩種或多種反應(yīng)物的接觸。本文所述的包括外部高剪切裝置或混合器的反應(yīng)器組件使得可以降低質(zhì)量傳遞限制，并因而使得反應(yīng)更為接近動(dòng)力學(xué)限制。當(dāng)反應(yīng)速率加速時(shí)，可減少停留時(shí)間，從而增加可得生產(chǎn)量。可由于所述高剪切系統(tǒng)和方法而增大產(chǎn)物收率。或者，如果現(xiàn)有方法的產(chǎn)物收率是合格的，通過合并適當(dāng)?shù)母呒羟袦p少所需的停留時(shí)間，可以允許使用比傳統(tǒng)方法更低的溫度和/或壓力。此外，不希望受到理論所限，認(rèn)為包括本文所述的外部高剪切裝置或混合器的反應(yīng)器組件所提供的高剪切條件，可以允許在通常認(rèn)為不會(huì)發(fā)生任何顯著程度的反應(yīng)的總體運(yùn)行條件下進(jìn)行加氫脫硫。雖然將參考加氫脫硫?qū)ο到y(tǒng)和方法進(jìn)行討論，但要理解，所公開的系統(tǒng)和方法也適用于烴流的加氫脫氮和加氫精制。^7^"應(yīng)^^"^:現(xiàn)在將聯(lián)系圖i描述高剪切加氫脫硫系統(tǒng)，圖i是用于對(duì)包括含硫物質(zhì)的流體進(jìn)行加氫脫硫的高剪切系統(tǒng)i的實(shí)施方案的工藝流程圖。代表性系統(tǒng)的基本部件包括外部高剪切混合裝置(HSD)40、容器10和泵5。如圖1所示，髙剪切裝置40位于容器/反應(yīng)器10外部。這些部件各自都在下文更詳細(xì)地進(jìn)一步描述。線路(line)21連接到用于導(dǎo)入含有含硫化合物的碳質(zhì)流體的泵5。線路13將泵5與HSD40連接，和線路18將HSD40與容器10連接。線路22可以連接到線路13，用于引入含氫氣體(例如H2)?；蛘?，線路22可以連接到HSD40的入口。線路17可以連接到容器10，用于除去未反應(yīng)的氫、硫化氫產(chǎn)物和/或其它反應(yīng)氣體。在閱讀下文描述的高剪切加氫脫硫方法的說明之后，將會(huì)明白，如果需要，可以在容器IO和HSD40之間、或者泵5或HSD40的前面合并其它部件或工藝步驟。例如，線路20可以從下游位置(例如，從容器IO)連接到線路21或線路13,以提供多通路的操作。高剪切加氫脫硫系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括從容器10的產(chǎn)物中除去硫化氫氣體的下游加工單元。圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的另一個(gè)實(shí)施方案高剪切加氫脫硫系統(tǒng)300的示意圖，其包括外部高剪切分散裝置40。在圖2的實(shí)施方案中，高剪切加氫脫硫系統(tǒng)300還包括氣體分離器容器60、硫化氫吸收器30和再沸汽提器蒸餾塔70。在實(shí)施方案中，高剪切脫硫系統(tǒng)還包括容器10下游的氣體分離器容器。氣體分離器容器60可以包括來自容器10、包含硫化氫和碳質(zhì)液體的至少部分產(chǎn)物的入口，包含硫化氫的氣體流的出口線路44，除去了含硫化合物的液體的氣體分離器液體出口線路49。高剪切加氫脫硫系統(tǒng)300還可包括吸收器30。吸收器30可包括通過出口線路44離開氣體分離器60的至少部分氣體流的入口，貧胺流的入口47，富胺流的出口48和已經(jīng)除去了硫化氫的清潔氣體的出口線路54。線路45可以與氣體分離器氣體出口線路44流體連接，并可以用于將部分含有硫化氫的氣體引導(dǎo)到氣體分離器出口線路44中以進(jìn)一步加工。線路53可以引導(dǎo)部分清潔氣體到吸收器氣體出口線路54中以進(jìn)一步加工。線路17可以引導(dǎo)部分清潔氣體到吸收器出口線路54中，返回高剪切裝置40。例如，線路17可以與含有新鮮含氫氣體的線路41流體連接，從而向可分散的含氫氣體線路22進(jìn)料。高剪切系統(tǒng)300還可以包括蒸餾塔70。蒸餾塔70可以是例如再沸汽提器蒸餾塔。蒸餾單元70包括從氣體分離器60開始與氣體分離器液體出口線路49流體連通的入口，低沸產(chǎn)物流的出口51，和包含已去除含硫化合物的碳質(zhì)液體的液體產(chǎn)物的出口52。出口51可以與線路45流體連接。高剪切加氫脫硫系統(tǒng)300可進(jìn)一步包括熱交換器80，其可以安置在容器10的出口線路16上，并可以用于部分冷卻離開容器10的熱反應(yīng)產(chǎn)物。在某些應(yīng)用中，熱交換器80也可以用于預(yù)熱線路21中的反應(yīng)器進(jìn)料。熱交換器80可以是例如水冷卻的。在實(shí)施方案中，出口線路42中的熱交換反應(yīng)器產(chǎn)物經(jīng)歷減壓。減壓可以通過壓力控制器50來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)施方案中，出口線路42流體連接熱交換器80和壓力控制器50。壓力控制器50可以將出口線路42中的流體壓力降低到約303.9kPa-506.6kPa(3-5大氣壓)。壓力控制器50的出口線路43流體連接氣體分離器60和壓力控制器50。通過出口線路43離開壓力控制器50的液體和氣體混合物，可以在例如約35°C和303.9kPa-506.6kPa(3-5大氣壓)的絕對(duì)壓力下，進(jìn)入氣體分離器容器60。裔,效潔會(huì)紫置外部高剪切混合裝置(HSD)40，有時(shí)也稱為高剪切裝置或高剪切混合裝置，被構(gòu)造用于通過線路13接納入口流，所述入口流含有包含著含硫化合物和分子氫的碳質(zhì)流體?；蛘?，HSD40可以構(gòu)造用于通過分開的入口線路(未顯示)，接納液體和氣態(tài)反應(yīng)物流。雖然圖1中只顯示了一個(gè)髙剪切裝置，但應(yīng)當(dāng)明白，系統(tǒng)的某些實(shí)施方案可具有或串聯(lián)或平行流動(dòng)排列的兩個(gè)或多個(gè)髙剪切混合裝置。HSD40是利用包含轉(zhuǎn)子/定子組合的一個(gè)或多個(gè)發(fā)生器的機(jī)械裝置，每個(gè)發(fā)生器均在定子和轉(zhuǎn)子之間具有間隙。每個(gè)發(fā)生器組中，轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙可以固定或可以是可調(diào)節(jié)的。HSD40的構(gòu)造方式使得它能夠在流過高剪切裝置的反應(yīng)物混合物中產(chǎn)生亞微米和微米大小的氣泡，高剪切裝置包括罩子或外殼，使得可以控制反應(yīng)混合物的壓力和溫度。高剪切混合裝置基于它們混合流體的能力，一般分成三個(gè)大類。混合是減小流體內(nèi)粒子或不均質(zhì)物質(zhì)的大小的方法。混合程度或完全性的一個(gè)度量是混合裝置產(chǎn)生、用于破壞流體粒子的每單位體積能量密度。類別基于所傳遞的能量密度來區(qū)分。具有充分能量密度以符合產(chǎn)生粒度在亞微米至50微米范圍的混合物或乳液的三類工業(yè)混合器包括勻化閥系統(tǒng)，膠體磨和高速混合器。在稱為勻化閥系統(tǒng)的第一類高能量裝置中，要加工的流體在非常高的壓力下被泵過窄間隙阓進(jìn)入較低的壓力環(huán)境?？玳y與所產(chǎn)生的湍流和氣穴的壓力梯度起到打碎流體中任何粒子的作用。這些閥系統(tǒng)最常用于奶液勻化，并可以產(chǎn)生亞微米至約1微米范圍的平均粒度。在能量密度范圍的相反端是被稱為低能量裝置的第三類裝置。這些系統(tǒng)通常具有槳葉或流體轉(zhuǎn)子，它們?cè)谝庸さ牧黧w的儲(chǔ)液器中高速旋轉(zhuǎn)，在許多更普通的應(yīng)用中有食品。當(dāng)加工過的流體中平均粒度大于20微米可以接受時(shí)，慣常使用這些低能量系統(tǒng)。就傳遞到流體的混合能量密度而言，膠體磨和其它高速轉(zhuǎn)子-定子裝置在低能量裝置和勻化閥系統(tǒng)之間，被歸類為中等能量裝置。典型13的膠體磨構(gòu)造包括錐形或碟形轉(zhuǎn)子，其與互補(bǔ)的、液體冷卻的定子通過精密控制的轉(zhuǎn)子-定子間隙分開，轉(zhuǎn)子-定子間隙通常在0.0254mm-10.16mm(0.001-0.40英寸)之間。轉(zhuǎn)子通常由電力發(fā)動(dòng)機(jī)通過直接驅(qū)動(dòng)或帶傳動(dòng)機(jī)制而驅(qū)動(dòng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，其從轉(zhuǎn)子的外表面和定子的內(nèi)表面之間泵出流體，間隙中產(chǎn)生的剪切力加工流體。進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)節(jié)的許多膠體磨在加工的流體中實(shí)現(xiàn)了0.1-25微米的平均粒度。這些能夠使得膠體磨適合多種應(yīng)用，包括膠體和油/水基乳液加工，例如化妝品、蛋黃醬或有機(jī)硅/銀汞齊形成所需的加工，以達(dá)到屋頂蓋焦油式混合(roofing-tarmixing)。端速是每單位時(shí)間轉(zhuǎn)子尖端走過的圓周距離。因而端速是轉(zhuǎn)子直徑和旋轉(zhuǎn)頻率的函數(shù)。端速(以米/分鐘計(jì)，例如)可以通過將轉(zhuǎn)子端記錄下的圓周距離27cR乘以旋轉(zhuǎn)頻率的次數(shù)(例如，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，卬m)，其中R是轉(zhuǎn)子半徑(例如，米)。舉例，膠體磨可具有超過22.9m/s(4500ft/min)的端速，并可超過40m/s(7900ft/min)。出于本公開內(nèi)容的目的，術(shù)語"高剪切"是指機(jī)械轉(zhuǎn)子定子裝置(例如膠體磨或轉(zhuǎn)子-定子分散器)，其能夠有超過5.1m/s.(1000ft/min)的端速，并且需要外部機(jī)械驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置來驅(qū)動(dòng)能量進(jìn)入要反應(yīng)的產(chǎn)物流。例如，HSD40中，端速超過22.9m/s(4500ft/min)是可以達(dá)到的，并可超過40m/s(7900ft/min)。在某些實(shí)施方案中，HSD40能夠以至少22.9m/s(4500ft/min)的端速提供至少300L/h。能量消耗可以約1.5kW。HSD40將髙端速與非常小的剪切間隙相組合，對(duì)加工中的材料產(chǎn)生顯著的剪切。剪切量將取決于流體的粘度。因此，在高剪切裝置運(yùn)行期間，在轉(zhuǎn)子的尖端產(chǎn)生壓力和溫度抬高的局部區(qū)域。某些情況下，局部抬高的壓力約1034.2MPa(150,000psi)。在某些情況下，局部抬高的溫度約500°C。在某些情況下，這些局部的壓力和溫度升高可以持續(xù)納秒或皮秒。輸入流體的能量近似值(kW/L/min)可通過測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)能量(kW)和流體輸出量(L/min)來估算。如上所提及，端速是與一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)元件的末端相關(guān)的速度(ft/min或m/s)，所述旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生施加于反應(yīng)物的機(jī)械力。在實(shí)施方案中，HSD40的能量支出大于1000W/m3。在實(shí)施方案中，HSD40的能量支出在約3000W/m3至約7500W/mS的范圍內(nèi)。剪切速率是端速除以剪切間隙的寬度(轉(zhuǎn)子和定子之間的最小間隙)。HSD40中產(chǎn)生的剪切速率可以大于20,000s"。在某些實(shí)施方案中，剪切速率至少40,000s'1。在某些實(shí)施方案中，剪切速率至少100,000s"。在某些實(shí)施方案中，剪切速率至少500,000s—1。在某些實(shí)施方案中，剪切速率至少l，OOO，OOOs—1。在某些實(shí)施方案中，剪切速率至少1,600,000s"。在實(shí)施方案中，HSD40產(chǎn)生的剪切速率在20,000s"至100,000s"的范圍內(nèi)。例如，在一項(xiàng)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子的端速約40m/s(7900ft/min)，且剪切間隙寬度為0.0254mm(0.001英寸)，產(chǎn)生1,600,000s"的剪切速率。在另一項(xiàng)應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子的端速約22.9m/s(4500ft/min)，且剪切間隙寬度為0.0254mm(0.001英寸)，產(chǎn)生約901,600s"的剪切速率。在這些條件下，HSD40能夠高度分散或運(yùn)輸氫進(jìn)入含有碳質(zhì)流體的主液相(連續(xù)相)，氫與主液相通常不可混溶使得至少部分氫與碳質(zhì)流體中的含硫化合物反應(yīng)，以產(chǎn)生含有硫化氫的產(chǎn)物流。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)流體還包括催化劑。在某些實(shí)施方案中，HSD40包括膠體磨。合適的膠體磨，例如，由IKAWorks,Inc.Wilmington,NC和APVNorthAmerica,Inc.Wilmington,MA制造。在某些情況下，HSD40包含IKAWorks,Inc.的Dispax反應(yīng)器⑧。高剪切裝置包含至少一個(gè)產(chǎn)生施加于反應(yīng)物的機(jī)械力的旋轉(zhuǎn)元件。高剪切裝置包含由間隙分開的至少一個(gè)定子和至少一個(gè)轉(zhuǎn)子。例如，轉(zhuǎn)子可以是圓錐形或碟形的，并可以與形狀互補(bǔ)的定子分隔開。在實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子和定子均包含多個(gè)在圓周上間隔開的齒。在某些實(shí)施方案中，可以調(diào)節(jié)定子，以獲得每個(gè)發(fā)生器(轉(zhuǎn)子/定子組)的轉(zhuǎn)子和定子之間所需的剪切間隙。轉(zhuǎn)子和/或定子的齒之間的槽可以在交替階段交替改變方向，以增加湍流。每個(gè)發(fā)生器可以由構(gòu)造用于提供必要旋轉(zhuǎn)的任何合適的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)。在某些實(shí)施方案中，定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙(剪切間隙寬度)在約0.0254mm(0.001英寸)至約3.175mm(0.125英寸)的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，定子和轉(zhuǎn)子之間的最小間隙(剪切間隙寬度)約1.52mm(0.060英寸)。在某些構(gòu)造中，轉(zhuǎn)子和定子之間的最小間隙(剪切間隙)為至少1.78mm(0.07英寸)。高剪切裝置產(chǎn)生的剪切速率隨著沿流徑的縱向位置而改變。在某些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子被設(shè)定為旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子的直徑和所需的端速相稱。在某些實(shí)施方案中，高剪切裝置在定子和轉(zhuǎn)子之間具有固定的間隙(剪切間隙寬度)。或者，高剪切裝置具有可調(diào)節(jié)的間隙(剪切間隙寬度)。在某些實(shí)施方案中，HSD40包括單級(jí)分散室(g卩，單個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組合，單個(gè)發(fā)生器)。在某些實(shí)施方案中，高剪切裝置40是多級(jí)內(nèi)置式分散器，并包含多個(gè)發(fā)生器。在某些實(shí)施方案中，HSD40包括至少兩個(gè)發(fā)生器。在其它實(shí)施方案中，高剪切裝置40包括至少3個(gè)高剪切發(fā)生器。在某些實(shí)施方案中，高剪切裝置40是多級(jí)混合器，從而剪切速率(如上所述，與端速成比例改變并與轉(zhuǎn)子/定子間隙寬度成反比例改變)隨著沿流徑的縱向位置而改變，這在下文進(jìn)一步描述。在某些實(shí)施方案中，外部高剪切裝置的每一級(jí)都具有可互換的混合工具，提供靈活性。例如，IKAWorks,Inc.Wilmington,NC和APVNorthAmerica,Inc.Wilmington,MA的DR2000/4Dispax反應(yīng)器⑧，包含三級(jí)分散模件。該模件可以包含最多三組轉(zhuǎn)子/定子(發(fā)生器)，每一級(jí)有細(xì)、中、粗和超細(xì)的選擇。這樣可以產(chǎn)生的分散體具有窄分布的所需氣泡大小(例如，氫氣泡)。在某些實(shí)施方案中，每一級(jí)都用超細(xì)發(fā)生器工作。在某些實(shí)施方案中，至少一個(gè)發(fā)生器組具有的轉(zhuǎn)子/定子最小間隙(剪切間隙寬度)大于約5.08mm(0.20英寸)。在備選的實(shí)施方案中，至少一個(gè)發(fā)生器組具有的最小轉(zhuǎn)子/定子間隙大于約1.78mm(0.07英寸)?，F(xiàn)在參考圖3，其顯示出適當(dāng)?shù)母呒羟醒b置200的縱截面圖。圖3的高剪切裝置200是包含三級(jí)或轉(zhuǎn)子-定子組合的分散裝置。高剪切裝置200是包含三級(jí)或轉(zhuǎn)子-定子組合220、230和240的分散裝置。轉(zhuǎn)子-定子組合可以稱為發(fā)生器220、230、240或沒有限制的級(jí)。三組轉(zhuǎn)子/定子或發(fā)生器220、230和240沿著驅(qū)動(dòng)軸250串聯(lián)排列。第一個(gè)發(fā)生器220包含轉(zhuǎn)子222和定子227。第二個(gè)發(fā)生器230包括轉(zhuǎn)子223和定子228。第三個(gè)發(fā)生器240包括轉(zhuǎn)子224和定子229。對(duì)于每個(gè)發(fā)生器而言，轉(zhuǎn)子由輸入250驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并按箭頭265所示，繞軸260旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向可以與箭頭265所示相反(例如繞旋轉(zhuǎn)軸260順時(shí)針或逆時(shí)針)。定子227、228和229與高剪切裝置200的壁255固定連接。如上文所述，每個(gè)發(fā)生器都具有剪切間隙寬度，其是轉(zhuǎn)子和定子之間的最小距離。在圖3的實(shí)施方案中，第一個(gè)發(fā)生器220包含第一種剪切間隙225;第二個(gè)發(fā)生器230包含第二種剪切間隙235;和第三個(gè)發(fā)生器240包含第三種剪切間隙245。在實(shí)施方案中，剪切間隙225、235、245具有的寬度在約0.025mm至約10.0mm范圍內(nèi)?；蛘?，該工藝包括利用其中間隙225、235、245具有的寬度在約0.5mm至約2.5mm范圍內(nèi)的高剪切裝置200。在某些情況下，剪切間隙寬度維持在約1.5mm。或者，針對(duì)發(fā)生器220、230、240，剪切間隙225、235、245的寬度不同。在某些情況下，第一個(gè)發(fā)生器220的剪切間隙225的寬度大于第二個(gè)發(fā)生器230的剪切間隙235的寬度，后者又大于第三個(gè)發(fā)生器240的剪切間隙245的寬度。如上所述，每級(jí)發(fā)生器可互換，提供靈活性。高剪切裝置200可以構(gòu)造得使剪切速率沿著流260的方向縱向逐步增加。發(fā)生器220、230和240可以包含粗、中、細(xì)和超細(xì)特征。轉(zhuǎn)子222、223和224和定子227、228和229可以是齒狀設(shè)計(jì)。每個(gè)發(fā)生器可以包含兩組或多組轉(zhuǎn)子-定子齒。在實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子222、223和224沿每個(gè)轉(zhuǎn)子的圓周，包含超過IO個(gè)在圓周上隔開的轉(zhuǎn)子齒。在實(shí)施方案中，定子227、228和229沿每個(gè)定子的圓周，包含超過10個(gè)在圓周上隔開的定子齒。在實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑約12cm。在實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子的直徑約6cm。在實(shí)施方案中，定子的外徑約15cm。在實(shí)施方案中，定子的直徑約6.4cm。在某些實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)子直徑為60mm和定子直徑為64mm，提供的間隙約4mm。在某些實(shí)施方案中，三級(jí)中每一級(jí)都用超細(xì)發(fā)生器運(yùn)行，包括的剪切間隙在約0.025mm和約4mm之間。對(duì)于其中固體粒子要被送過高剪切裝置40的應(yīng)用而言，針對(duì)適當(dāng)?shù)牧６葴p小和粒子表面積的增加，可以旋擇合適的剪切間隙寬度(轉(zhuǎn)子和定子之間的最小間隙)。在實(shí)施方案中，這對(duì)于通過剪切和分散粒子來增加催化劑表面積，可能是有利的。高剪切裝置200被構(gòu)造用于在入口205處接收來自線路13的反應(yīng)物流。反應(yīng)混合物包含氫作為可分散相和碳質(zhì)液體作為連續(xù)相。進(jìn)料流還可包括顆粒狀固體催化劑成分。進(jìn)入入口205的進(jìn)料流被連續(xù)泵過發(fā)生器220、230和然后是240，從而形成產(chǎn)物分散體。產(chǎn)物分散體經(jīng)出口210(和圖1的線路18)離開高剪切裝置200。每個(gè)發(fā)生器的轉(zhuǎn)子222、223、224相對(duì)于固定的定子227、228、229高度旋轉(zhuǎn)，提供高剪切速率。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)將流體，例如進(jìn)入入口205的進(jìn)料流，向外泵過剪切間隙(并且，如果存在的話，泵過轉(zhuǎn)子齒之間的空隙和定子齒之間的空隙)，產(chǎn)生局部高剪切條件。高剪切對(duì)流體流過的剪切間隙225、235和245(并且，如果存在的話，轉(zhuǎn)子齒和定子齒之間的間隙)中的流體施加力，加工流體并產(chǎn)生產(chǎn)物分散體。產(chǎn)物分散體經(jīng)高剪切出口210(和圖1的線路18)離開高剪切裝置200。產(chǎn)物分散體的平均氣泡大小小于約5nm。在實(shí)施方案中，HSD40產(chǎn)生平均氣泡大小小于約1.5nm的分散體。在實(shí)施方案中，HSD40產(chǎn)生平均氣泡大小小于1jim的分散體；優(yōu)選氣泡直徑是亞微米的。在某些情況下平均氣泡大小從約O.lnm至約1.0nm。在實(shí)施方案中，HSD40產(chǎn)生平均氣泡大小小于400nm的分散體。在實(shí)施方案中，HSD40產(chǎn)生平均氣泡大小小于100nm的分散體。高剪切裝置200產(chǎn)生的分散體所包含的氣泡能夠在大氣壓下保持分散至少約15分鐘。不受理論所限，在乳劑化學(xué)中已知，分散在液體中的亞微米粒子或氣泡主要通過布朗運(yùn)動(dòng)(Brownianmotion)作用而進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。高剪切裝置200產(chǎn)生的產(chǎn)物分散體中的氣泡可以具有更大的活動(dòng)性，通過固體催化劑粒子的邊界層，從而通過提高反應(yīng)物的運(yùn)輸而促進(jìn)和加速催化反應(yīng)。在某些情況下，髙剪切裝置200包括IKA⑧Works,Inc.Wilmington,NC禾口APVNorthAmerica,Inc.Wilmington,MA的Dispax反應(yīng)器⑧?？捎玫膸追N型號(hào)具有各種入口/出口連接、馬力、端速、輸出rpm和流速。高剪切裝置的選擇將取決于生產(chǎn)量的要求，以及線路18(圖l)中離開高剪切裝置200的出口210的分散體中，所需的粒度或氣泡大小。例如，IKADR2000/4型包括帶驅(qū)動(dòng)、4M發(fā)生器、PTFE密封環(huán)、入口凸緣25.4mm(1英寸)卡箍、出口凸緣19mm(3/4英寸)卡箍、2HP功率、7900rpm輸出速度、過流能力(水)約300-700L/h(取決于發(fā)生器)、端速為9.4-41m/s(1850ft/min至8070ft/min)。容器或反應(yīng)器10是其中能夠擴(kuò)散多相反應(yīng)以執(zhí)行上述轉(zhuǎn)化反應(yīng)的任何類型容器。例如，連續(xù)或半連續(xù)攪拌槽式反應(yīng)器，或一個(gè)或多個(gè)批式反應(yīng)器可以串聯(lián)或平行使用。在一些應(yīng)用中，容器10可以是塔式反應(yīng)器，和在其它應(yīng)用中，是管式反應(yīng)器或多管式反應(yīng)器?？梢栽O(shè)想任何數(shù)量的反應(yīng)器入口線路，圖1顯示了兩條(線路14和15)。入口線路可以是催化劑入口線路15，與在系統(tǒng)運(yùn)行期間接納催化劑溶液或漿液的容器10連接。容器10可包含排放氣體的出口線路17，和產(chǎn)物流的出口產(chǎn)物線路16。在實(shí)施方案中，容器10包含多個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)物線路16。19只要存在合適的時(shí)間、溫度和壓力條件，就將發(fā)生加氫反應(yīng)。就此而言，如果溫度和壓力條件合適，就能夠在圖1流程圖的任何位點(diǎn)發(fā)生加氫。在使用基于循環(huán)漿液的催化劑的情況下，更可能在圖1所示的容器IO外部位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。雖然如此，但經(jīng)常需要分離的反應(yīng)器/容器10，使得停留時(shí)間、攪拌和加熱和/或冷卻增加。當(dāng)采用反應(yīng)器10時(shí)，反應(yīng)器/容器IO可以是固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器或輸送床反應(yīng)器，并且由于存在催化劑和其對(duì)加氫速率的影響，可以成為加氫反應(yīng)發(fā)生的主要位置。因此，容器IO可以是其中可擴(kuò)散加氫脫硫的任何類型反應(yīng)器。舉例，容器IO可包含一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)或平行的槽式或管式反應(yīng)器。通過高剪切過程1進(jìn)行的反應(yīng)可包括均相催化反應(yīng)，其中催化劑與反應(yīng)混合物的另一種成分同相，或包括固體催化劑的異相催化反應(yīng)。任選，如下文實(shí)施例l所述，可以不用催化劑，通過使用高剪切裝置40而發(fā)生加氫脫硫反應(yīng)。當(dāng)利用容器10時(shí)，容器10可以按照漿液反應(yīng)器、固定床反應(yīng)器、滴流床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、氣泡柱或本領(lǐng)域技術(shù)人員己知的其它方法而操作。在某些應(yīng)用中，整合外部高剪切裝置40可允許例如按照漿液反應(yīng)器操作滴流床反應(yīng)器。這對(duì)于例如包括但不限于加氫脫氮、加氫脫硫和加氫脫氧的反應(yīng)，可能是有用的容器10可包括一個(gè)或多個(gè)下列部件攪拌系統(tǒng)，加熱和/或冷卻能力，測(cè)壓儀，測(cè)溫儀，一個(gè)或多個(gè)注入點(diǎn)和水平調(diào)節(jié)器(未顯示)，這是本領(lǐng)域反應(yīng)容器設(shè)計(jì)中己知的。例如，攪拌系統(tǒng)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合器。加熱和/或冷卻設(shè)施可包括例如熱交換器?；蛘?，在某些實(shí)施方案中，因?yàn)樵S多轉(zhuǎn)化反應(yīng)可以發(fā)生在HSD40內(nèi)，容器10在某些情況下可以主要用作儲(chǔ)存容器。雖然通常較少需要，但在一些應(yīng)用中，可以省略容器IO，特別是如果是串聯(lián)運(yùn)用多個(gè)高剪切裝置/反應(yīng)器的話，這在下面進(jìn)一步描述。傳韻^"^^.除了上述容器10的加熱/冷卻能力之外，圖1所示的實(shí)施方案的變化中，也構(gòu)思了用于加熱或冷卻加工流的其它外部或內(nèi)部傳熱裝置。例如，如果反應(yīng)是放熱的，則可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方法從容器10除去反應(yīng)熱。還構(gòu)思了使用外部加熱和/或冷卻傳熱裝置。當(dāng)系統(tǒng)1以多次通過模式運(yùn)行時(shí)，一個(gè)或多個(gè)如此傳熱裝置的一些合適位置是在泵5和HSD40之間，HSD40和容器10之間和容器10和泵5之間。這些傳熱裝置的一些非限制性例子是本領(lǐng)域已知的殼式、管式、板式和旋管式熱交換器。泵5被構(gòu)造用來連續(xù)或半連續(xù)運(yùn)行，并可以是能夠提供大于202.65kPa(2大氣壓)壓力的任何合適的泵裝置，優(yōu)選大于303.975kPa(3大氣壓)壓力的任何合適的泵裝置，從而可以控制流過HSD40和系統(tǒng)1。例如，Roper1型齒輪泵，RoperPumpCompany(CommerceGeorgia)Dayton2P372E型升壓泵，DaytonElectricCo(Niles,IL)是一種合適的泵。優(yōu)選，泵的所有接觸部分包括不銹鋼，例如，316不銹鋼。在系統(tǒng)的某些實(shí)施方案中，泵5能夠提供大于約2026.5kPa(20大氣壓)的壓力。除了泵5之外，圖1所示系統(tǒng)中可以包括一個(gè)或多個(gè)額外的高壓泵(未顯示)。例如，升壓泵可以類似于泵5，可以包含在HSD40和容器10之間，用于加大進(jìn)入容器10的壓力，或者再循環(huán)泵可以位于線路17上，用于氣體從容器10至HSD40的再循環(huán)。作為另一個(gè)例子，補(bǔ)給泵可以與泵5類似，可以包括它用于將另外的反應(yīng)物或催化劑導(dǎo)入容器10。遞過對(duì)包薪斧臠必合激游薪質(zhì)流沐迸療勿氳鋭疏游主產(chǎn)藏眾息現(xiàn)在將參考圖1討論高剪切脫硫系統(tǒng)1的運(yùn)行。在實(shí)施流體的加氫脫硫中，可分散的含氫氣體流通過線路22被導(dǎo)入系統(tǒng)1，并在線路13中與含有含硫化合物的液流合并?？梢酝ㄟ^本文公開的系統(tǒng)和工藝還原、并可以從流體中除去的含有含硫化合物的液流可以是各種類型。在實(shí)施方案中，流體包含碳，并被稱為碳質(zhì)流體。碳質(zhì)流體中的碳可以是含碳化合物或物質(zhì)的部分。含碳化合物或物質(zhì)可以是烴。碳質(zhì)流體可以包含液態(tài)烴，例如但不限于，化石燃料、原油或原油餾分、柴油燃料、汽油、煤油、輕油、石油餾分和其組合。另一種類型的碳質(zhì)流體包含液化的烴，例如液化石油氣。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)流體是石油基流體。線路13中的液流可以包含例如石腦油、柴油、重油和其組合。在實(shí)施方案中，所公開的系統(tǒng)和方法用于加氫精制。在石油精煉中，加氫精制是在氫存在下用于改善低粘度指數(shù)環(huán)垸油和中等粘度環(huán)烷油性質(zhì)的工藝。加氫精制也可用于石蠟和用于除去不合需要的成分。加氫精制消耗氫，可以使用其而不是用酸處理。作為現(xiàn)今基礎(chǔ)油廠中的最后步驟，使用高級(jí)催化劑和高壓(超過1，000psi)進(jìn)行加氫精制，以產(chǎn)生基礎(chǔ)油的最后精加工。通過加氫精制，殘余的雜質(zhì)被轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的基礎(chǔ)油分子(例如UV穩(wěn)定)。加氫精制也用于指之前通過加氫裂化或溶劑提取提煉的油的精制，以及加氫處理直溜潤(rùn)滑餾分成為精制的潤(rùn)滑油產(chǎn)品。這些潤(rùn)滑油產(chǎn)品包括環(huán)垸油和石蠟油。所公開的系統(tǒng)和方法可以用于烴質(zhì)料流中雙鍵的飽和。在實(shí)施方案中，料流包含熱裂化的石油餾分例如焦化石腦油，催化裂化的石油餾分例如FCC石腦油，或其組合。在實(shí)施方案中，液體料流包含在汽油沸騰范圍內(nèi)沸騰的石腦油餾分。在實(shí)施方案中，液體料流包含在汽油沸騰范圍內(nèi)沸騰的石腦油餾分。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)料流包含催化裂化的石油餾分。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)料流包含沸騰范圍在149°C(300。F)至260°C(500。F)范圍內(nèi)的FCC石腦油餾分。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)料流包括熱裂化的石油餾分。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)料流包含沸騰范圍在165°C(330。F)至215°C(420。F)范圍內(nèi)的焦化石腦油。在實(shí)施方案中，碳質(zhì)料流包含？(:(06+石腦油。線路13中含有含硫化合物的液流可以含有各種有機(jī)硫化合物，例如但不限于硫醇、噻吩、有機(jī)硫化物和二硫化物以及其它。含氫氣體可以是基本上純的氫氣或含氫的氣流。不希望受到理論的限制，氫起到多重作用，包括通過除去硫化物、氫解作用[c-x化學(xué)鍵分裂，其中C是碳原子和X是氮原子(加氫脫氮)、氧原子(加氫脫氧)或硫原子(加氫脫硫)]和加氫作用(凈結(jié)果是加氫)，而產(chǎn)生陰離子空位。在實(shí)施方案中，含氫氣體直接給入HSD40，而不是與液體反應(yīng)物流(即碳質(zhì)流體)在線路13中合并?？梢圆僮鞅?以泵送液體反應(yīng)物(含有含硫化合物的碳質(zhì)流體)通過線路21，并建立壓力和進(jìn)料到HSD40，提供貫穿高剪切裝置(HSD)40和高剪切系統(tǒng)1的受控流動(dòng)。在某些實(shí)施方案中，泵5將HSD入口流的壓力增加到大于202.65kPa(2大氣壓)，優(yōu)選大于約303.975kPa(3大氣壓)。以這種方式，高剪切系統(tǒng)1可以將高剪切與壓力合并起來，增強(qiáng)反應(yīng)物充分混合。在實(shí)施方案中，反應(yīng)物和可能存在的催化劑(例如，水性溶液和催化劑)首先在容器10中混合。反應(yīng)物通過例如入口線路14和15進(jìn)入容器10。設(shè)想了任何數(shù)量的容器入口線路，圖1顯示了兩條(經(jīng)線路14和15)。在一種實(shí)施方案中，容器10裝載催化劑，如果需要的話，催化劑按照催化劑零售商的推薦程序加以活化。泵送后，氫和和液體反應(yīng)物(線路13中碳質(zhì)流內(nèi)的含硫化合物)在HSD40內(nèi)混合，HSD40起到在碳質(zhì)流體中產(chǎn)生含氫氣體的細(xì)分散體的作用。在HSD40中，含氫氣體和碳質(zhì)流體高度分散，使得形成氣態(tài)反應(yīng)物的納米氣泡、亞微米大小氣泡和/或微米氣泡，以便極好地分散到溶液中并加強(qiáng)反應(yīng)物的混合。例如，DR2000/4型分散器IKA⑧是高剪切的三級(jí)分散裝置，用三個(gè)轉(zhuǎn)子組合定子串聯(lián)對(duì)其構(gòu)造而成，其可用于在含有含硫化合物(即"反應(yīng)物")的液體介質(zhì)中產(chǎn)生可分散的含氫氣體的分散體。轉(zhuǎn)子/定子裝置可以例如按照?qǐng)D3所示配置。合并的反應(yīng)物經(jīng)線路13進(jìn)入高剪切裝置并進(jìn)入第一級(jí)轉(zhuǎn)子/定子組合。第一級(jí)轉(zhuǎn)子和定子可分別具有沿圓周間隔開的第一級(jí)轉(zhuǎn)子齒和定子齒。粗分散體離開第一級(jí)，進(jìn)入第二級(jí)轉(zhuǎn)子/定子。第二級(jí)轉(zhuǎn)子和定子也可以分別包含沿圓周間隔開的轉(zhuǎn)子齒和定子齒。氣泡大小減小的分散體從第二級(jí)出來，進(jìn)入第三級(jí)轉(zhuǎn)子/定子組合，該組合可包含分別具有轉(zhuǎn)子齒和定子齒的轉(zhuǎn)子和定子。分散體經(jīng)線路18離開髙剪切裝置。在某些實(shí)施方案中，剪切速率沿流動(dòng)260的方向，縱向逐步增加。例如，在某些實(shí)施方案中，第一級(jí)轉(zhuǎn)子/定子的剪切速率大于后續(xù)級(jí)的剪切速率。在其它實(shí)施方案中，剪切速率沿流動(dòng)方向基本恒定，每級(jí)的剪切速率基本相同。如果高剪切裝置40包括PTFE密封件，該密封件可以使用本領(lǐng)域已知的任何合適的技術(shù)進(jìn)行冷卻。例如，線路13中流動(dòng)的反應(yīng)物流可以用于冷卻密封件，并且在這樣做之中，在進(jìn)入高剪切裝置40之前根據(jù)需要進(jìn)行預(yù)加熱。HSD40的轉(zhuǎn)子可以設(shè)置成旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)子的直徑和所需的端速相稱。如上所述，高剪切裝置(例如膠體磨或邊緣帶齒的分散器)在定子和轉(zhuǎn)子之間具有固定的間隙或具有可調(diào)節(jié)的間隙。HSD40的作用是充分混合含氫氣體和反應(yīng)物液體(即線路13中含有含硫化合物的液流)。在本工藝的某些實(shí)施方案中，反應(yīng)物的運(yùn)輸阻力通過運(yùn)行高剪切裝置而減少，使得反應(yīng)速度增加了大于約5%。在本工藝的某些實(shí)施方案中，反應(yīng)物的運(yùn)輸阻力通過運(yùn)行高剪切裝置而減少，使得反應(yīng)速度增加了大于約5倍。在某些實(shí)施方案中，反應(yīng)速度增加了至少IO倍。在某些實(shí)施方案中，速度增加了約IO至約100倍的倍數(shù)范圍。在某些實(shí)施方案中，HSD40在至少4500ft/min并可超過7900ft/min(40m/s)的端速下，遞送至少300L/h。功率消耗可以約1.5kW。雖然難以測(cè)量HSD40中旋轉(zhuǎn)剪切單元或旋轉(zhuǎn)元件端部的即時(shí)溫度和壓力，但估計(jì)在氣穴條件下，通過充分混合的反應(yīng)物看到的局部溫度超過500。C和壓力超過500kg/cm2。高剪切混合產(chǎn)生微米或亞微米大小氣泡的含氫氣體分散體。在某些實(shí)施方案中，產(chǎn)生的分散體的平均氣泡大小小于約1.5pm。因此，經(jīng)線路18離開HSD40的分散體包含微24米和/或亞微米大小的氣泡。在某些實(shí)施方案中，平均氣泡大小在約0.4pm至約1.5pm的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，產(chǎn)生的分散體的平均氣泡大小小于lpm。在某些實(shí)施方案中，平均氣泡大小小于約400nm，并在某些情況下可以為約100nm。在許多實(shí)施方案中，微氣泡分散體能夠在大氣壓下保持分散至少15分鐘。一旦被分散，所產(chǎn)生的氣體/液體或氣體/液體/固體分散體經(jīng)線路18離開HSD40并給入容器10，如圖l所示。由于在進(jìn)入容器10之前反應(yīng)物被充分混合，相當(dāng)部分的化學(xué)反應(yīng)可在有或沒有催化劑的情況下，在HSD40中發(fā)生。因此，在某些實(shí)施方案中，反應(yīng)器/容器10可以主要用于加熱和將產(chǎn)物硫化氫氣體從碳質(zhì)流體中分離出來。替代或額外地，容器10可以用作主要反應(yīng)容器，在此產(chǎn)生大部分硫化氫產(chǎn)物。例如，在實(shí)施方案中，容器IO是包含催化劑固定床的固定床反應(yīng)器。容器/反應(yīng)器10可以是以連續(xù)或半連續(xù)流動(dòng)模式運(yùn)行，或者可以以批式模式運(yùn)行。容器10的內(nèi)容物可以使用加熱和/或冷卻能力(例如冷卻旋管)和測(cè)溫儀，保持在特定的反應(yīng)溫度下。容器中的壓力可以使用合適的測(cè)壓儀來監(jiān)測(cè)，容器中反應(yīng)物的水平可以使用水平調(diào)節(jié)器(未顯示)來控制，所運(yùn)用的技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。內(nèi)容物可以連續(xù)或半連續(xù)地?cái)嚢琛Ｈ绻褂么呋瘎┐龠M(jìn)含硫物質(zhì)的還原，則催化劑可以通過線路14和/或15，作為漿液或催化劑流引入容器10。替代或額外地，催化劑可以加入到系統(tǒng)1中的其它地方。例如，催化劑漿液可以注入線路21。在某些實(shí)施方案中，線路21可含有流動(dòng)的碳質(zhì)流體流和/或來自例如容器IO的再循環(huán)料流可以通過線路16連接到線路21。在實(shí)施方案中，容器/反應(yīng)器10包含本領(lǐng)域技術(shù)人員已知適合用于加氫脫硫的任何催化劑。合適的可溶催化劑可以是負(fù)載型的金屬硫化物。在實(shí)施方案中，金屬硫化物選自硫化鉬、硫化鈷、硫化釕和其組合。在實(shí)施方案中，催化劑包含硫化釕。在實(shí)施方案中，催化劑包含硫化鉬和硫化鈷的二元組合。在實(shí)施方案中，載體包括氧化鋁。在實(shí)施方案中，催化劑包含用鈷和/或鉬浸漬的氧化鋁基質(zhì)。加氫脫硫步驟中使用的催化劑可以是傳統(tǒng)的脫硫催化劑，由VI族和/或VIII族金屬在合適的耐熱載體上制成。在實(shí)施方案中，加氫處理催化劑包含的耐熱載體選自二氧化硅、氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁、二氧化硅-氧化鋯、二氧化硅-氧化鈦、氧化鈦和氧化鋯。VI族金屬可以是鉬或鎢，VIII族金屬通常是鎳或鈷。加氫脫硫催化劑可含有用混合的硫化物浸漬的高表面積Y-氧化鋁載體，通常為CoMo或NiMo。在實(shí)施方案中，加氫脫硫催化劑含有MoS2連同少量選自鉬、鈷、鎳、鐵和其組合的其它金屬。在實(shí)施方案中，催化劑含有氧化鋅。在實(shí)施方案中，催化劑含有傳統(tǒng)的預(yù)硫化的鉬和鎳和/或鈷加氫處理催化劑。在實(shí)施方案中，催化劑是鋁硅酸鹽的形式。在實(shí)施方案中，催化劑是中等孔徑的沸石，例如具有ZSM-5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的沸石。雖然由于反應(yīng)區(qū)中存在氫和硫，催化劑可以在反應(yīng)區(qū)中經(jīng)歷化學(xué)改變，但在首先開始與碳質(zhì)料流接觸時(shí)，催化劑可以是氧化物或硫化物的形式。當(dāng)本系統(tǒng)和方法致力于加氫脫氮時(shí)，可以選擇鈷促進(jìn)型鉬-氧化鋁催化劑用于加氫脫硫。至于加氫脫氮，鎳促進(jìn)型鉬-氧化鋁催化劑可能是所需的催化劑。催化劑可以通過在升高的溫度下與氫氣接觸、或通過在空氣或其它含氧氣體中燃燒而再生。在實(shí)施方案中，容器10包括合適催化劑的固定床。在某些實(shí)施方案中，催化劑通過線路15連續(xù)添加到容器10。在實(shí)施方案中，使用外部加壓的高剪切裝置反應(yīng)器提供不需要催化劑的加氫脫硫，這將在下面實(shí)施例1中進(jìn)一步討論。反應(yīng)物的主體或總體操作溫度適宜保持在它們的閃點(diǎn)之下。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)1的運(yùn)行條件包括溫度在約100°C至約230°C的范圍內(nèi)。在實(shí)施方案中，溫度在約160。C至180。C的范圍內(nèi)。在特定實(shí)施方案中，特別是容器10中的反應(yīng)溫度，在約155。C至約16(TC的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，容器10中的反應(yīng)壓力在約202.65kPa(2大氣壓)至約5.6MPa-6.1MPa(55-60大氣壓)的范圍內(nèi)。在某些實(shí)施方案中，反應(yīng)壓力在約810.6kPa至約1.5MPa(8大氣壓至約15大氣壓)的范圍內(nèi)。在實(shí)施方案中，容器10在大氣壓下或接近大氣壓下運(yùn)行。在實(shí)施方案中，例如對(duì)于石腦油加氫精制而言，容器10的壓力可以從約345kPa(50psi)至約10.3MPa(1500psi)，且反應(yīng)溫度在約260°C(500。F)至約427°C(800。F)的范圍內(nèi)。在實(shí)施方案中，例如對(duì)于石腦油加氫精制而言，容器10的壓力可以從約2.0MPa(300psi)至約6.9MPa(1000psi)的范圍內(nèi)，且反應(yīng)溫度在約371。C(700。F)至約427°C(800°F)的范圍內(nèi)。任選，如果需要的話，分散體可以在進(jìn)入容器10之前被進(jìn)一步加工。在容器10中，通過用氫還原發(fā)生/持續(xù)加氫脫硫。容器的內(nèi)容物可以連續(xù)或半連續(xù)攪拌，反應(yīng)物的溫度可以控制(例如使用熱交換器)，容器10內(nèi)的流體水平可以使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)調(diào)節(jié)?？梢园凑站唧w應(yīng)用的需要，以連續(xù)、半連續(xù)或批式方式產(chǎn)生硫化氫氣體。所產(chǎn)生的產(chǎn)物硫化氫氣體可經(jīng)氣體線路17離開容器10。該氣體流可包含例如未反應(yīng)的氫以及產(chǎn)物硫化氫氣體。在實(shí)施方案中，選擇反應(yīng)物，使得氣體流包含小于約6重量。/。的未反應(yīng)氫氣。在某些實(shí)施方案中，線路n中的反應(yīng)氣體流包含約1重量％至約4重量％的氫。經(jīng)線路17除去的反應(yīng)氣體可進(jìn)一步處理，成分可以根據(jù)需要再循環(huán)。反應(yīng)產(chǎn)物流通過線路16離開容器10。在實(shí)施方案中，線路16中的產(chǎn)物流包含溶解的硫化氫氣體，并按照下面的進(jìn)一步討論，經(jīng)受處理以從中除去硫化氫。在其它實(shí)施方案中，設(shè)想了產(chǎn)物硫化氫氣體經(jīng)線路17離開容器10，而已經(jīng)除去了含硫化合物的含碳質(zhì)流體的液體產(chǎn)物經(jīng)線路16離開容器10。多汰ir^凍^:在圖i顯示的實(shí)施方案中，系統(tǒng)被構(gòu)造用于單次通過操作，其中來自容器10的輸出物16直接進(jìn)行進(jìn)一步加工，以回收硫和碳質(zhì)流體。在某些實(shí)施方案中，將容器io的內(nèi)容物、或含有未反應(yīng)的含硫化合物的液體餾分在第二次通過期間，通過HSD40，可能是相宜的。在這種情況下，線路16可按照虛線線路20所示，與線路21連接，使得線路16的至少部分內(nèi)容物從容器10再循環(huán)和被泵5泵入線路13，因而泵入HSD40。追加的含氫氣體可經(jīng)線路22注入線路13，或者它可以直接加入高剪切裝置(未顯示)。在其它實(shí)施方案中，在再循環(huán)到高剪切裝置40的產(chǎn)物流中部分未脫硫液體的再循環(huán)之前，線路16中的產(chǎn)物流可以被進(jìn)一步處理(例如，從中除去硫化氫氣體)。多個(gè)yf,效滯合4^^在某些實(shí)施方案中，兩個(gè)或多個(gè)如HSD40或構(gòu)造不同的高剪切裝置串聯(lián)排列，用于進(jìn)一步增強(qiáng)反應(yīng)。它們的運(yùn)行可以是批式或連續(xù)的模式。在一些需要單次通過或"一次貫穿"的情況下，使用多個(gè)串聯(lián)的高剪切裝置也可能是有利的。在某些多個(gè)高剪切裝置串聯(lián)運(yùn)行的實(shí)施方案中，容器10可以省略。例如，在實(shí)施方案中，線路18中的出口分散體可以給入第二個(gè)高剪切裝置。當(dāng)多個(gè)高剪切裝置40串聯(lián)運(yùn)行時(shí)，追加的氫氣可以注入每個(gè)裝置的入口料流中。在某些實(shí)施方案中，多個(gè)高剪切裝置40平行運(yùn)行，出口分散體從那里被引入到一個(gè)或多個(gè)容器10。萬^^^7J:圖2是高剪切系統(tǒng)300的另一種實(shí)施方案的示意圖，其中如上所述的高剪切裝置40被整合到傳統(tǒng)的工業(yè)加氫脫硫單元中，例如在精煉廠可以看到。HDS系統(tǒng)300包括進(jìn)料泵5，通過泵5，包含待加氫脫硫的液體的液體泵入口線路21被泵到外部高剪切裝置40，以加強(qiáng)加氫脫硫工藝。在本發(fā)明中，如上所述將高剪切裝置40用于含氫氣體22與含硫化合物的合并以及反應(yīng)，這是在通常要經(jīng)受加氫脫硫的石油產(chǎn)品中可見的。線路21中液相進(jìn)料流的壓力憑借泵5上升。如上文所述，泵5可以是正排量泵或齒輪泵。線路13中的泵出口料流經(jīng)28線路22與可分散的含氫反應(yīng)物流混合，并經(jīng)高剪切裝置入口線路13導(dǎo)入外部高剪切裝置40的入口(圖3中205,例如)。正排量泵(或齒輪泵)5給入和計(jì)量氣體液體混合物進(jìn)外部高剪切裝置40的入口。如上文所述，在外部高剪切裝置40內(nèi)進(jìn)行混合產(chǎn)生包含氫氣微泡(和/或亞微米大小氣泡)的分散體，并推進(jìn)反應(yīng)條件以進(jìn)行有機(jī)進(jìn)料中氫與硫化合物的反應(yīng)。因此，如上文所述，線路18中的高剪切裝置出口料流包含微米和/或亞微米大小氣泡的分散體。按照慣例，液體進(jìn)料經(jīng)線路21被泵送至高壓，并結(jié)合線路22中包含富氫再循環(huán)氣體的氣體，得到的混合物被預(yù)加熱(或許通過熱交換器進(jìn)行熱交換)，然后預(yù)加熱的進(jìn)料流被送至火力加熱器(未顯示)，在其中進(jìn)料混合物在進(jìn)入容器10之前被氣化并加熱到升高的溫度。對(duì)比之下，在高剪切加氫脫硫系統(tǒng)300中，線路18中來自高剪切裝置40的分散體在含有碳質(zhì)液體和含硫化合物的液相中包含含氫氣泡的分散體。在固定床反應(yīng)器10之內(nèi)，在線路18中的反應(yīng)器入口分散體流過催化劑固定床時(shí)，發(fā)生加氫脫硫。在實(shí)施方案中，反應(yīng)器10包括滴流床反應(yīng)器。在實(shí)施方案中，在100°C-400°C的溫度范圍和101.325kPa-13.2MPa(1大氣壓-130大氣壓)絕對(duì)壓力的高壓下，于催化劑存在下，在反應(yīng)器IO中發(fā)生加氫脫硫反應(yīng)。線路16中的熱反應(yīng)產(chǎn)物可以通過熱交換器80來部分冷卻，熱交換器80也可用于預(yù)加熱線路21中的反應(yīng)器進(jìn)料。然后，線路42中的熱交換反應(yīng)器產(chǎn)物流在經(jīng)歷減壓(顯示為壓力控制器PC，50)到約303.9kPa-506.6kPa(3to5大氣壓)之前，流過水冷卻熱交換器。產(chǎn)生的液體和氣體的混合物在線路43中以例如約35°C和303.9kPa-506.6kPa(3-5大氣壓)的絕對(duì)壓力進(jìn)入氣體分離器容器60。線路44中來自氣體分離器容器60的富氫氣體，途經(jīng)胺接觸器30以除去其含有的反應(yīng)產(chǎn)物H2S。氨也可以從產(chǎn)物氣體中除去，并回收以供例如肥料應(yīng)用。線路54中部分無H2S的富氫氣體被再循環(huán)回來，在高剪切裝置40和反應(yīng)器10中再利用，而線路53可以通過線路54引導(dǎo)部分無H2S的富氫氣體到他處(例如，吹洗)。線路44中來自氣體分離器容器60的部分富硫化氫氣體，可以通過線路45從線路44中分離，這在下文進(jìn)一步討論。線路48中富硫化氫的胺流中，被胺氣處理單元30除去和回收的硫化氫可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為元素硫(例如在克勞斯法單元中)。克勞斯法可以用于氧化硫化氫氣體以產(chǎn)生水和回收的元素硫。線路49中來自氣體分離器容器60的液流可以被送至下游加工。在圖2中，例如，下游加工包括再沸汽提器蒸餾塔70，在此，酸性氣體在氣體線路51中從線路52中包含脫硫液體產(chǎn)物的底部料流中除去。在線路51中汽提反應(yīng)產(chǎn)物液體產(chǎn)生的酸性氣體，任選與線路45中的酸性氣體一起，被送入中央加工設(shè)備。線路51中來自汽提器70的塔頂酸性氣體可包含氫、甲烷、乙垸、硫化氫、丙烷以及可能的丁垸和重?zé)N。該氣體的處理(圖2中未顯示)可以回收丙垸、丁院和戊烷或較重的成分。殘余的氫、甲垸、乙烷和一些丙烷可以用作精煉廠的燃?xì)?。如果線路21中的液體進(jìn)料包含烯烴，則線路51中的塔頂酸性氣體也可包含乙烷、丙烯、丁烯和戊烯或較重的成分?？梢詮木珶拸S內(nèi)的胺氣主處理單元(圖2未顯示)導(dǎo)出胺溶液經(jīng)入口47引入吸收器30，而吸收器出口線路48中富硫化氫的胺可以返回到精煉廠的胺氣主處理單元(圖2未顯示)。線路52中加氫處理/加氫精制過的液體產(chǎn)物可以被送到例如催化重整工藝，以增加辛烷值(其可以由于加氫處理/加氫精制而降低)。線路52中脫硫產(chǎn)物的催化重整將產(chǎn)生氫，其在實(shí)施方案中，可以再循環(huán)到HDS40。線路18中高剪切裝置40內(nèi)產(chǎn)生的分散體中，微米大小和/或亞微米大小的氫氣泡表面積增加，造成氫氣與通過線路21導(dǎo)入的進(jìn)料流內(nèi)的硫化合物更快和/或更完全的反應(yīng)。如上文所述，其它的益處是能夠在較低的溫度和壓力下運(yùn)行容器10，導(dǎo)致運(yùn)行和資金成本的節(jié)省。加氫處理器/加氫精制器在較低溫度下運(yùn)行可以使得碳質(zhì)料流的不利辛烷減低最小化。本發(fā)明的益處包括但不限于，由于可能設(shè)計(jì)較小的反應(yīng)器、和/或在較低溫度和/或壓力下運(yùn)行反應(yīng)器和可能不用催化劑，使得周期時(shí)間加快、生產(chǎn)量增加、運(yùn)行成本降低和/或資金支出減少。在實(shí)施方案中，本公開內(nèi)容的高剪切加氫脫硫系統(tǒng)和方法適合將總硫降低到ppm范圍，從而防止/減少了后續(xù)催化重整步驟(例如后續(xù)石腦油的催化重整)中，貴金屬催化劑的中毒。在實(shí)施方案中，進(jìn)料含有柴油，HDS系統(tǒng)和方法用于減少燃料中的硫含量，使其達(dá)到超低硫柴油(ULSD)。在實(shí)施方案中，燃料的硫含量小于重量的約300ppm。在實(shí)施方案中，小于重量的約30pm。在其它實(shí)施方案中，小于重量的約15pm。氫解反應(yīng)也可用于減少進(jìn)料的氮含量(加氫脫氮或HDN)。在實(shí)施方案中，用于料流的加氫脫硫的系統(tǒng)和方法也用于同時(shí)將所述料流脫氮到一定程度。所公開的系統(tǒng)和方法也可以用于使烴飽和(加氫)，以便例如將烯烴轉(zhuǎn)化成為鏈烷烴。在實(shí)施方案中，所公開的系統(tǒng)和方法可以只用于烯烴的飽和或可以同時(shí)用于脫硫、脫氮和/或?qū)⑾N飽和成相應(yīng)的烷烴。所公開的系統(tǒng)和方法可以用作加氫精制法(例如，包含石腦油的料流的加氫精制)，以除去非烴成分(例如，硫、氮等)和/或改進(jìn)所產(chǎn)生的油的理化性質(zhì)，例如顏色、粘度指數(shù)、抑制反應(yīng)、氧化和熱穩(wěn)定性。應(yīng)用HSD40加強(qiáng)反應(yīng)物混合可以對(duì)碳質(zhì)流進(jìn)行更深入的加氫脫硫。在某些實(shí)施方案中，增強(qiáng)混合促進(jìn)了加工料流的生產(chǎn)量增加。在某些實(shí)施方案中，在已成立的工藝中結(jié)合高剪切混合裝置，從而能夠增加生產(chǎn)(即，產(chǎn)量更高)。與某些試圖通過單純?cè)黾臃磻?yīng)器壓力而增加加氫脫硫程度的方法相反，外部高剪切混合所提供的出色分散和接觸可以在許多情況下使得總體運(yùn)行壓力降低，同時(shí)卻保持甚或增加反應(yīng)速率。不希望受到具體理論所限，認(rèn)為，高剪切混合的水平或程度足以增加物質(zhì)傳送的速度并還使得不理想的條件局限化，這使得根據(jù)Gibbs自由能預(yù)測(cè)本來預(yù)期不會(huì)發(fā)生的反應(yīng)能夠發(fā)生。局限化的非理想條件據(jù)認(rèn)為發(fā)生在高剪切裝置之內(nèi)，造成溫度和壓力升高，而最顯著的升高相信是局部壓力。高剪切裝置內(nèi)壓力和溫度的升高是瞬時(shí)的和局部的，并且一旦離開高剪切裝置便迅速回復(fù)到主體或平均系統(tǒng)條件。某些情況下，高剪切混合裝置引起強(qiáng)度足夠的氣穴現(xiàn)象，以將一種或多種反應(yīng)物解離成自由基，這可以加強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)或使得反應(yīng)在比起本來可能需要的嚴(yán)苛條件寬松的條件下發(fā)生。氣穴現(xiàn)象也可以通過產(chǎn)生局部湍流和液體微循環(huán)(聲流)，增加運(yùn)輸過程的速度。在化學(xué)/物理加工應(yīng)用中運(yùn)用氣穴現(xiàn)象的綜述已由Gogate等提供，"Cavitation:Atechnologyonthehorizon(氣穴現(xiàn)象有前景的技術(shù))，，，Ct/;re"fSc/e"ceWf7Vo./六35"6f2卯"。本系統(tǒng)和方法中某些實(shí)施方案的高剪切混合裝置引起氣穴現(xiàn)象，使得氫和含硫化合物解離成自由基，然后反應(yīng)產(chǎn)生含有硫化氫氣體的產(chǎn)物。在某些實(shí)施方案中，比起以前不用外部高剪切裝置40的可能方法，本文描述的系統(tǒng)和方法允許設(shè)計(jì)較小和/或資金強(qiáng)度較低的方法。所公開方法的某些實(shí)施方案的潛在優(yōu)勢(shì)在于與現(xiàn)有工藝相比，降低運(yùn)行成本和增加產(chǎn)出。所公開的工藝的某些實(shí)施方案另外還提供了減少新工藝設(shè)計(jì)的資金成本的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)施方案中，用高剪切裝置40在含有含硫化合物的碳質(zhì)流體中分散含氫氣體，減少了未反應(yīng)的含硫化合物的量。該系統(tǒng)和方法的一些實(shí)施方案對(duì)于加氫脫硫的潛在益處包括但不限于，由于可能設(shè)計(jì)較小的反應(yīng)器和/或在較低的溫度和/或壓力下運(yùn)行所述工藝，使得周期時(shí)間加快、產(chǎn)量增加、轉(zhuǎn)化較高、運(yùn)行成本降低和/或資金支出降低。在實(shí)施方案中，本公開的工藝包括通過外部高剪切裝置40混合反應(yīng)物，運(yùn)用所述工藝可以在容器/反應(yīng)器10中釆用比以前所允許的低的溫度和/或壓力。在實(shí)施方案中，所述方法包括將外部高剪切裝置40結(jié)合到已成立的工藝中，從而降低外部高剪切裝置40中反應(yīng)的運(yùn)32行溫度和/或壓力，和/或能夠從不用高剪切裝置40運(yùn)行的工藝中增加產(chǎn)出(產(chǎn)量更高)。在實(shí)施方案中，容器IO主要用于冷卻流體，并同樣也用于在外部高剪切裝置40中發(fā)生反應(yīng)。在實(shí)施方案中，容器10在接近大氣壓下工作。在實(shí)施方案中，反應(yīng)大多發(fā)生在外部高剪切裝置40之內(nèi)。在實(shí)施方案中，無需使用催化劑，加氫脫硫主要發(fā)生在高剪切裝置中。通過用氫還原液相，對(duì)碳質(zhì)流體進(jìn)行加氫脫硫的本方法和系統(tǒng)采用外部高剪切機(jī)械裝置來提供化學(xué)成分在反應(yīng)器/高剪切裝置的受控環(huán)境中的迅速接觸和混合。高剪切裝置降低了反應(yīng)的物質(zhì)傳送限制，因而增加了總反應(yīng)速率，并可使得硫與氫在預(yù)期可能不會(huì)發(fā)生顯著反應(yīng)的總體運(yùn)行條件下，可以有顯著的反應(yīng)實(shí)施例實(shí)施例l:用高剪切脫硫來自IKAWorks,IncWilmington,NC的外部IKAMK2000磨(高剪切反應(yīng)器/裝置40)與IO升攪拌過的反應(yīng)器容器IO連接。本實(shí)施例中用于加氫脫硫工藝的該設(shè)施示意性顯示在圖4中。10升反應(yīng)器容器10通過將一節(jié)10英寸直徑的不銹鋼管與底板和配備有攪拌器軸和密封件的頂板焊接在一起而制成。槳式攪拌器110用于攪拌容器10的內(nèi)容物。容器10裝有8升高硫中東原油。對(duì)該油的分析顯示在表1中。表l:原油分析測(cè)試方法結(jié)果單位硫含量ASTMD42944.882重量％API度，60。F下ASTMD500218.27O密度，60。F下ASTMD50020.9438g/mL比重，60。F下ASTMD50020.9448-密封容器10，加熱啟動(dòng)循環(huán)。再循環(huán)泵5是Roper1型齒輪泵RoperPumpCompany(CommerceGeorgia)。系統(tǒng)400包括帶有攪拌器110和加熱罩120的容器10。基礎(chǔ)油放入包括內(nèi)部槳式攪拌器110和冷卻旋管125的壓力容器10。容器IO還包括氣體注入閥15、減壓閥17、排放閥20、溫度探測(cè)器2和壓力計(jì)3。加熱罩120用于加熱容器/反應(yīng)器10。氫氣22在環(huán)境溫度下給入高剪切單元40的入口，氣流通過補(bǔ)給歧管(未顯示)和反應(yīng)器高剪切裝置40之間的減壓閥調(diào)節(jié)(未顯示)。然后進(jìn)行加氫反應(yīng)，保持氫氣流入反應(yīng)器，并將特定溫度保持指定的時(shí)間段。純化的氫氣，IS:HY200標(biāo)準(zhǔn)，II級(jí)，具有99.9%(+)的純度，從AirgasCorp.得到。雖然需要的話，可以利用本領(lǐng)域人員已知的加氫脫硫催化劑，但本實(shí)驗(yàn)中沒有使用催化劑。將高剪切裝置40設(shè)置到60Hz。將油在2小時(shí)期間內(nèi)加熱到150°C(用加熱罩120)，然后將高剪切裝置40升高到85Hz。來自泵5的出口壓力為140psig，容器10的壓力為50psig。對(duì)容器10通過水冷卻的冷凝器130抽真空。這用于經(jīng)排放口17排放加氫脫硫過程中產(chǎn)生的過多的氫、硫化氫、胺、水和其它揮發(fā)物質(zhì)。將加氫脫硫工藝再繼續(xù)1小時(shí)。反應(yīng)器處測(cè)得的溫度增加到168°C，終止運(yùn)行，使油冷卻到室溫，然后將加氫脫硫的油產(chǎn)品從反應(yīng)器取出，并測(cè)定其組成。對(duì)加氫脫硫油的分析示于表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>表2中的結(jié)果表明，使用本公開內(nèi)容中的高剪切系統(tǒng)和方法，原油的硫含量減少了50%以上。雖然已經(jīng)說明和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以不背離本發(fā)明的精神和教導(dǎo)而對(duì)其加以修改。這里描述的實(shí)施方案僅作為示例，并不是意在限制。這里公開的發(fā)明的許多變化和修飾是可能的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在明確陳述數(shù)字范圍或限度的情況下，這樣的表達(dá)范圍或限度應(yīng)當(dāng)理解為包括落入所明確陳述的范圍或限度內(nèi)的類似量級(jí)的迭代范圍或限度(例如，約1至約10包括2、3、4等；大于O.lO包括O.ll、0.12、0.13等)。至于對(duì)所宣稱的任何元素使用術(shù)語"任選"是旨在表示該主體元素是必需的，或者也可以不是必需的。這兩種選擇都旨在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。使用更寬泛的術(shù)語例如包含、包括、具有等等應(yīng)當(dāng)理解為較窄的術(shù)語例如由......組成、基本由......組成、基本包含......等等提供了依據(jù)。因此，保護(hù)范圍并不受到上面提出的說明的限制，而是僅受到其依照的權(quán)利要求的限制，其范圍包括權(quán)利要求主題的所有等同方式。每一個(gè)和任一的權(quán)利要求都結(jié)合在說明書中作為本發(fā)明的實(shí)施方案。因此，權(quán)利要求是進(jìn)一步的說明并且是附加的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案。這里引用的所有專利、專利申請(qǐng)和公布的公開內(nèi)容都合并引為參考，參考的程度是它們提供的范例、程序或其它細(xì)節(jié)為本文闡明的內(nèi)容提供補(bǔ)充。權(quán)利要求1.加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合的方法，包括形成含有分散在含烴液相中的含氫氣泡的分散體，其中氣泡的平均直徑小于1.5μm。2.權(quán)利要求1的方法，其中氣泡的平均直徑小于1pm。3.權(quán)利要求l的方法，其中液相包含選自液態(tài)天然氣、原油、原油餾分、汽油、柴油、石腦油、煤油、噴氣燃料、燃油及其組合的烴。4.權(quán)利要求1的方法，其中形成分散體包括令含氫氣體和液相的混合物接受大于約20,000s'1的剪切速率作用。5.權(quán)利要求1的方法，其中形成分散體包括在高剪切裝置中使含氫氣體和液相接觸，其中所述高剪切裝置包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子，并且其中所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子在形成分散體期間，旋轉(zhuǎn)端速為至少22.9m/s(4,500ft/min)。6.權(quán)利要求5的方法，其中高剪切裝置在所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)子的尖端產(chǎn)生的局部壓力至少約1034.2MPa(150,000psi)。7.權(quán)利要求5的方法，其中高剪切裝置的能量支出大于1000W/m3。8.權(quán)利要求1的方法，還包括使分散體與活化用于加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合的催化劑接觸。9.權(quán)利要求8的方法，其中催化劑包含選自鈷、鉬、釕和其組合的金屬。10.加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的方法，所述方法包括令包括含氫氣體和包括含硫成分、含氮成分、不飽和鍵或其組合的液體的流體混合物，在高剪切裝置中接受大于20,000s"的剪切速率作用，以產(chǎn)生氫在液體連續(xù)相中的分散體；和將分散體引入固定床反應(yīng)器，從該固定床反應(yīng)器除去反應(yīng)器產(chǎn)物，其中所述固定床反應(yīng)器包含對(duì)加氫脫硫、加氫脫氮、加氫精制或其組合有效的催化劑。11.權(quán)利要求IO的方法，還包括將反應(yīng)器產(chǎn)物分離成氣體流和含有脫硫烴液體產(chǎn)物的液體產(chǎn)物流；從氣體流汽提硫化氫，產(chǎn)生貧硫化氫的氣體流；和將至少部分貧硫化氫的氣體流再循環(huán)到外部高剪切裝置。12.權(quán)利要求ll的方法，還包括脫硫烴液體產(chǎn)物的重整。13.權(quán)利要求12的方法，還包括從重整和再循環(huán)的至少部分回收的氫中回收氫。14.加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)高剪切混合裝置，包括至少一個(gè)包含轉(zhuǎn)子和定子的發(fā)生器，所述轉(zhuǎn)子和定子被剪切間隙分開，其中剪切間隙是轉(zhuǎn)子和定子之間的最小距離，并且其中高剪切混合裝置能夠產(chǎn)生大于22.9m/s(4,500ft/min)的轉(zhuǎn)子端速；和泵，構(gòu)造用于將包含液相的液流投送到高剪切混合裝置。15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中至少一個(gè)高剪切混合裝置被構(gòu)造用于在液相中產(chǎn)生含氫氣泡的分散體，所述液相選自含有含硫物質(zhì)和烴的液相；含有含氮物質(zhì)和烴的液相；和含有不飽和烴的液相；其中分散體的平均氣泡直徑小于400nm。16.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)高剪切混合裝置。17.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)發(fā)生器。18.權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率大于另一個(gè)發(fā)生器提供的剪切速率。19.加氫脫硫、加氫脫氮或加氫精制的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括反應(yīng)器，選自加氫脫硫、加氫脫氮和加氫精制反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器包含固定的催化劑床；和高剪切裝置，包括用于含有液體和氫氣的流體流的入口，和用于產(chǎn)物分散體的出口，其中高剪切裝置的出口與反應(yīng)器的入口流體連接，并且其中高剪切裝置能夠在液體中產(chǎn)生氣泡直徑小于約5pm的氫氣泡的分散體。20.權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其中高剪切裝置包括端速大于5.08m/s(1000ft/min)的高剪切磨機(jī)。全文摘要本發(fā)明公開了通過形成分散在含有含硫化合物的液相中、含有平均直徑小于1微米的含氫氣泡的分散體，而進(jìn)行加氫脫硫的方法。通過使含有含氫氣體和液體的流體混合物接受大于20,000s^-1的剪切速率作用，產(chǎn)生氫在液體連續(xù)相中的分散體，并將分散體導(dǎo)入固定床加氫脫硫反應(yīng)器，在此排出反應(yīng)器產(chǎn)物，而對(duì)含有含硫化合物的液流進(jìn)行脫硫。還提出了用于加氫脫硫的設(shè)施系統(tǒng)。文檔編號(hào)B01J23/85GK101588864SQ200880003123公開日2009年11月25日申請(qǐng)日期2008年6月24日優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日發(fā)明者易卜拉西姆·巴蓋爾扎德,格雷戈里·博爾西格,阿巴斯·哈桑,阿齊茲·哈桑,雷福德·G·安東尼申請(qǐng)人:Hrd有限公司