[發(fā)明專利]上下對(duì)沖式渣油加氫乳化床微界面強(qiáng)化反應(yīng)裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910087868.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN111482139A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué);陜西延長石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): B01J8/02
• 分類號(hào): B01J8/02;C10G47/00;C10G47/12
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發(fā)明公開了上下對(duì)沖式渣油加氫乳化床微界面強(qiáng)化反應(yīng)裝置及方法，包括反應(yīng)器主體、反應(yīng)器主體上下對(duì)沖的至少兩個(gè)氣泡破碎器，氣液分離器、循環(huán)泵和換熱器。氣體物料和液體物料首先送入破碎器，氣體被破碎為小微米級(jí)氣泡，與液體劇烈混合形成氣液乳化物后，進(jìn)入反應(yīng)器主體中，由于微氣泡低速和難聚并特性，在反應(yīng)器主體中形成氣液乳化床反應(yīng)體系，反應(yīng)完成后反應(yīng)物料進(jìn)入氣液分離器中分離氣體和液體，料液由循環(huán)泵輸送，經(jīng)過換熱器后一部分采出，一部分進(jìn)入破碎器用于氣泡破碎。本發(fā)明所述的裝置和方法具有操作壓力低，氣液傳質(zhì)相界面積大，表觀反應(yīng)速度快，氣體利用率高，投資少，能耗低，工藝靈活等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及上下對(duì)沖式渣油加氫乳化床微界面強(qiáng)化反應(yīng)裝置及方法。

背景技術(shù)

渣油因原油產(chǎn)地、煉油工藝等的不同可分為很多種類，一般可分為常壓渣油和減壓渣油兩大類。渣油的主要成分包括飽和烴、芳香烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等。在高溫高壓和催化劑的作用下，渣油可以深度加氫，通過開環(huán)、裂化等一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化而獲得輕質(zhì)燃料油產(chǎn)品。

隨著世界各國對(duì)輕質(zhì)油品的需求日益增加，對(duì)環(huán)保的要求不斷趨嚴(yán)，人們對(duì)渣油的加氫技術(shù)投入了更大的關(guān)注。傳統(tǒng)的渣油加氫一般采用懸浮床加氫反應(yīng)器，該反應(yīng)器雖然對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單，但由于其受傳質(zhì)控制，因而加氫反應(yīng)效率較低。其根本原因是反應(yīng)器內(nèi)的氣泡尺度較大（一般為3-10mm），故氣液相界傳質(zhì)面積小（一般在100-200m²/m³），因而限制了傳質(zhì)效率。因此，工程上不得不采用高溫（470℃以上）和高壓（20MPa以上）操作，通過增加氫的溶解度以提高傳質(zhì)速率，從而強(qiáng)化反應(yīng)過程。但高溫高壓產(chǎn)生一系列副作用：能耗和生產(chǎn)成本高、投資強(qiáng)度大、設(shè)備操作周期短、故障多、本質(zhì)安全性差等，從而給工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)帶來挑戰(zhàn)。

氣泡直徑（Sauter 直徑）d₃₂是決定相界面積大小的關(guān)鍵參數(shù)，是決定氣液反應(yīng)速率的核心因素。d₃₂逐漸減小時(shí)，體積傳質(zhì)系數(shù)逐漸增大；特別是當(dāng)d₃₂小于1mm時(shí)，體積傳質(zhì)系數(shù)隨d₃₂的減小以類似于指數(shù)形式快速增大。因此，將d₃₂減小到納微米級(jí)能夠大幅度強(qiáng)化氣液反應(yīng)。直徑滿足1μm≤d₃₂＜1mm的氣泡可稱為微氣泡，直徑滿足50nm≤d₃₂＜1μm的氣泡可稱為納氣泡。由微氣泡和納氣泡形成的相界面稱為納微界面。若體系中既有納氣泡，也有微氣泡，則稱該體系為納微界面體系。根據(jù)Yang-Laplace方程，氣泡的內(nèi)壓與其半徑成反比，故納微氣泡也有利于提高氣泡內(nèi)壓，提高氣體的溶解度。因此氣液反應(yīng)過程中，納微界面體系能夠強(qiáng)化氣液傳質(zhì)，進(jìn)而加快氣液反應(yīng)。納微氣泡具有剛性特征，獨(dú)立性好，不易聚并，因此納微氣泡體系的氣液充分混合，可獲得含有大量納微氣泡體系，并在反應(yīng)器內(nèi)形成較高的相界面積，進(jìn)而加快反應(yīng)速率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種上下對(duì)沖式渣油加氫乳化床微界面強(qiáng)化反應(yīng)裝置及方法，利用小微米級(jí)氣泡破碎器將氣體的壓力能和液體的動(dòng)能傳遞給氣泡并最終轉(zhuǎn)變?yōu)闅馀荼砻婺埽撗b置通過流體湍流微結(jié)構(gòu)與機(jī)械微結(jié)構(gòu)共同作用形成小微米級(jí)氣泡，并形成微界面氣液反應(yīng)體系。

本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的：

一種上下對(duì)沖式渣油加氫乳化床微界面強(qiáng)化反應(yīng)裝置，包括：

反應(yīng)器主體；其頂部設(shè)有氣液出料口；

至少兩個(gè)氣泡破碎器；分別設(shè)置于反應(yīng)器主體的上部和下部，呈上下對(duì)沖狀；氣泡破碎器上設(shè)有進(jìn)氣口、進(jìn)液口和出料口，上部的氣泡破碎器的出料口通過氣液混合管路連接反應(yīng)器主體；

氣液分離器；連接反應(yīng)器主體的氣液出料口；所述氣液分離器頂部設(shè)有排氣口，底部設(shè)有出液口；

循環(huán)泵；連接氣液分離器的出液口；