[發明專利]上置式氣液強化乳化固定床反應裝置及方法

在審

• 申請號: 201910087860.6
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN111482136A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 張志炳;李大鵬;周政;門存貴;孟為民;黃傳峰;羅華勛;高亞男;王寶榮;高偉;張鋒;李磊
• 申請（專利權）人: 南京大學;陜西延長石油（集團）有限責任公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J8/00;B01F3/08;B01D19/02;C10G47/12
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明公開了上置式氣液強化乳化固定床反應裝置及方法，包括固定床反應器、至少一個氣泡破碎器、氣液分離器、進料泵、進氣裝置和進液裝置。氣體原料和液體原料經預熱后分別自氣相入口和液相入口進入氣泡破碎器，氣體被破碎成微米級氣泡，與液體混合形成氣液乳化物后自上而下進入固定床反應器中；微米級氣泡具有低速和難聚并特性，在穿過催化劑床層時保持原有形態，從而形成穩定的氣液強化乳化固定床反應體系；反應完的產物自第二出料口進入氣液分離器中，進行氣液兩相分離，各自收集，進行后續處理。本發明的裝置和方法具有操作壓力低，氣液傳質相界面積大，表觀反應速度快，氣體利用率高，投資少，能耗低，工藝靈活等優點。

技術領域

本發明涉及一種上置式氣液強化乳化固定床反應裝置及方法。

背景技術

固定床氣液固三相反應器，常稱滴流床或涓流床，其有技術成熟、工藝和設備結構簡單等特點，因而應用最廣泛，而且工業化的工藝也最多，主要用于加氫、氧化、氯化、硝化和羰基化等反應。

隨著國際社會環境保護力度的不斷加大，全世界對高效節能的反應過程的需求與日劇增，人們對固定床氣液固三相反應器系統投入了更大的關注。傳統的固定床氣液固三相反應器雖然對原料的適應性強、操作簡單，但由于其受傳質控制，因而反應效率較低。其根本原因是固定床反應器內的氣泡尺度較大（一般為3-10mm），故氣液相界傳質面積小（一般在100-200m²/m³），因而限制了傳質效率。因此，工程上不得不在操作中提高反應溫度，或者通過高壓將氣體預溶解在液相反應物的方式，增加氣體在液相中的溶解度以提高傳質速率，從而強化反應過程。但高溫高壓操作會帶來負面效應，即能耗和生產成本高、投資強度大、設備操作周期短、故障多、本質安全性差等。此外預溶解在液相反應物的小氣泡在與固定床中催化劑顆粒的運動碰撞中，容易發生氣泡的聚并，使得氣泡直徑變得更大，固定床內氣液分布均勻性劣化。這些制約因素都會給工業化大規模生產帶來挑戰。

氣泡直徑（Sauter 直徑）d₃₂是決定相界面積大小的關鍵參數，是決定氣液反應速率的核心因素。直徑在1μm ～1 mm之間的氣泡可稱為微氣泡，由微氣泡形成的相界面稱為微界面，微氣泡群形成的相界面體系，稱為微界面體系。在氣液反應過程中，微界面體系能夠強化氣液傳質及反應。微氣泡具有剛性特征，獨立性好，不易聚并，因此微氣泡體系的氣液充分混合，可獲得含有大量微氣泡的乳化液，并在反應器內形成較高的相界面積（≥1000m²/m³）。

發明內容

本發明的目的是提供一種上置式氣液強化乳化固定床反應裝置及方法，適用于固定床氣液固三相反應。它可以將固定床反應器內的氣體反應物的氣泡尺度由傳統的3-10mm，切碎縮小至1μm-1mm，從而可成倍地提高氣液傳質面積，提高傳質速率和加氫反應效率，以解決傳統固定床氣液固三相反應過程中高溫、高壓、高物耗、高投資、高安全風險等問題。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種上置式氣液強化乳化固定床反應裝置，包括：

固定床反應器，內設有催化劑床層，底部設有第二出料口；

進氣裝置，包括依次連接的氣體原料緩沖罐、壓縮機和氣體原料預熱器，用于原料氣體輸送；

進液裝置，包括依次連接的液體原料罐、進料泵和液體原料預熱器，用于原料液體輸送；

至少一個氣泡破碎器，設置于固定床反應器頂部，所述氣泡破碎器上設有氣相入口、液相入口和第一出料口，所述第一出料口連接固定床反應器；氣相入口連接進氣裝置的氣體原料預熱器，液相入口連接進液裝置的液體原料預熱器；

氣液分離器，上設有第二進料口、氣相出口和液相出口；所述第二進料口連接固定床反應器頂部的第二出料口。