[发明专利]气液接触反应传质强化的方法及气液接触反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气液接触反应传质强化的方法及实现该方法的气液接触反应装置。

背景技术

化工行业中大量生产设备或流程采用气液反应生产化工产品或中间产物，其中泡状流气 液反应在化工行业中广泛用于生产液体产品、回收混合气体中的有用物质、除去有害成分以 净化气体等，如在鼓泡塔中进行的残油加氢裂解、脱硫、石蜡加氢脱色、气体吸收、废气及 废水处理、液态有机物的空气氧化、低分子量烯烃聚合以及费托合成等化工过程，近二三十 年来，由于均相络合催化剂的应用，气液反应越来越显示其重要性。泡状流气液反应不仅在 化工领域，在环保领域也获得了广泛的应用，如采用气浮法对污水进行处理和臭氧进行饮用 水处理等。此外电站锅炉中采用强制空气鼓泡脱硫工艺，食品工业中在鼓泡搅拌釜内食品及 制药工业中药物的发酵等，都是一种泡状流型下的气液反应。

鼓泡塔及类似的气浮式反应器是化工行业中大量使用的进行泡状流气液反应的化工设 备，鼓泡塔反应器结构简单、造价低、易控制、易维修、防腐问题易解决，用于高压时也无 困难。但是鼓泡塔等类似的气液反应器内气液反应的转化速率较低，资源利用率低，能源浪 费较为严重。以广泛采用的污水好氧处理工艺活性污泥反应器--曝气池(类似于鼓泡塔)为 例，曝气充氧电耗一般占总动力消耗的60％～70％，而能量利用率只有百分之几。虽然建设了 多座大型水处理厂，但由于消耗不起电力而不得不搁置。再如利用臭氧气体进行的水处理过 程中，臭氧气体在水中的溶解度不高，而且臭氧发生器所产生的臭氧浓度较低，通常不到 10％(体积浓度)，很难做到臭氧向水中的高效传质、达到比较高的水中溶解臭氧浓度，工 程实践中常常遇到臭氧和水接触反应不够充分、臭氧气体的利用效率不高、水中溶解的臭氧 浓度偏低等问题，严重影响制约臭氧水处理技术的推广使用。

目前已有的各类接触反应装置基本都是沿用化工气液反应器的形式，如鼓泡塔、填料 塔、射流器等。上述装置中由于气体在液体中的溶解度不高，很难做到气体向液体中的高效 传质，并在液体中达到比较高的气体浓度，工程实践中常常遇到气体和液体接触反应不够充 分、气体的利用效率不高、水中溶解的气体浓度偏低等问题，从而使得资源利用率，生产成 本较高，并且造成严重的能源浪费，也影响到相应技术的推广使用。

目前人们研究探索了很多强化气液混合接触的办法，如增加接触反应容器内的压力、采 用涡轮混合器、提高射流管道混合器的喷射压力、鼓泡塔中利用机械叶轮剪切搅拌等，这些 沿用化工领域中常用的加强气液反应的手段，属于机械强化的方法，能耗及费用较大，难以 在本来运行费用较高的气液反应工艺中大规模使用，此外还有一些采用外力场强化气液接触 混合的办法，如电场强化、低频声波激振等，都是希望在反应器内产生更多的气泡，增加气 液间接触面积。采用上述方法尽管可以产生大量的小气泡，但由于气泡间的相互作用，气泡 数量增加使气泡间合并现象发生几率大大增加，而小气泡合并成大气泡，不仅导致气液间接 触面积减小，而且由于大气泡受到的浮力较大，其在反应器内的停留时间也会缩短，从而会 引起传质速率下降，最后大气泡不断从液体中逸出引起严重的液相返混，使液体反应物浓度 普遍降低，产物浓度普遍上升，并趋向于液相出口状态，这导致气液反应速率明显下降。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种能够提高气体向液体的传质效率、 提高气液反应速率、降低气液反应中的设备投资和运行费用的气液接触反应传质强化的方法 及实现该方法的气液接触反应装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种气液接触反应传质强化的方法，其特征在于，在气液接触反应器两端分别放置能产 生高频振动的超声波发生器和能够反射声波的反射板，使气液接触反应器内部形成从上到下 振幅逐渐减小的超声场，使得反应器上部静止液体中溶解的气体从液体中析出，形成小气泡 向下运动，并聚集形成一个大气泡，大气泡长大到一临界直径，发生突然下沉运动，到达下 部某一位置并保持稳定，此过程以一定周期不断发生，大量相同大小的气泡在声波场中不发 生合并现象。