[发明专利]上下对冲式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置及方法

说明书

本发明公开了上下对冲式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置及方法，包括反应器主体、反应器主体上下对冲的至少两个气泡破碎器，气液分离器、循环泵和换热器。气体物料和液体物料首先送入破碎器，气体被破碎为小微米级气泡，与液体剧烈混合形成气液乳化物后，进入反应器主体中，由于微气泡低速和难聚并特性，在反应器主体中形成气液乳化床反应体系，反应完成后反应物料进入气液分离器中分离气体和液体，料液由循环泵输送，经过换热器后一部分采出，一部分进入破碎器用于气泡破碎。本发明所述的装置和方法具有操作压力低，气液传质相界面积大，表观反应速度快，气体利用率高，投资少，能耗低，工艺灵活等优点。

技术领域

本发明涉及上下对冲式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置及方法。

背景技术

渣油因原油产地、炼油工艺等的不同可分为很多种类，一般可分为常压渣油和减压渣油两大类。渣油的主要成分包括饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质等。在高温高压和催化剂的作用下，渣油可以深度加氢，通过开环、裂化等一系列复杂的物理和化学变化而获得轻质燃料油产品。

随着世界各国对轻质油品的需求日益增加，对环保的要求不断趋严，人们对渣油的加氢技术投入了更大的关注。传统的渣油加氢一般采用悬浮床加氢反应器，该反应器虽然对原料的适应性强、操作简单，但由于其受传质控制，因而加氢反应效率较低。其根本原因是反应器内的气泡尺度较大（一般为3-10mm），故气液相界传质面积小（一般在100-200m²/m³），因而限制了传质效率。因此，工程上不得不采用高温（470℃以上）和高压（20MPa以上）操作，通过增加氢的溶解度以提高传质速率，从而强化反应过程。但高温高压产生一系列副作用：能耗和生产成本高、投资强度大、设备操作周期短、故障多、本质安全性差等，从而给工业化大规模生产带来挑战。

气泡直径（Sauter 直径）d₃₂是决定相界面积大小的关键参数，是决定气液反应速率的核心因素。d₃₂逐渐减小时，体积传质系数逐渐增大；特别是当d₃₂小于1mm时，体积传质系数随d₃₂的减小以类似于指数形式快速增大。因此，将d₃₂减小到纳微米级能够大幅度强化气液反应。直径满足1μm≤d₃₂＜1mm的气泡可称为微气泡，直径满足50nm≤d₃₂＜1μm的气泡可称为纳气泡。由微气泡和纳气泡形成的相界面称为纳微界面。若体系中既有纳气泡，也有微气泡，则称该体系为纳微界面体系。根据Yang-Laplace方程，气泡的内压与其半径成反比，故纳微气泡也有利于提高气泡内压，提高气体的溶解度。因此气液反应过程中，纳微界面体系能够强化气液传质，进而加快气液反应。纳微气泡具有刚性特征，独立性好，不易聚并，因此纳微气泡体系的气液充分混合，可获得含有大量纳微气泡体系，并在反应器内形成较高的相界面积，进而加快反应速率。

发明内容

本发明的目的是提供一种上下对冲式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置及方法，利用小微米级气泡破碎器将气体的压力能和液体的动能传递给气泡并最终转变为气泡表面能，该装置通过流体湍流微结构与机械微结构共同作用形成小微米级气泡，并形成微界面气液反应体系。

本发明具体采用如下技术方案实现上述技术目的：

一种上下对冲式渣油加氢乳化床微界面强化反应装置，包括：

反应器主体；其顶部设有气液出料口；

至少两个气泡破碎器；分别设置于反应器主体的上部和下部，呈上下对冲状；气泡破碎器上设有进气口、进液口和出料口，上部的气泡破碎器的出料口通过气液混合管路连接反应器主体；

气液分离器；连接反应器主体的气液出料口；所述气液分离器顶部设有排气口，底部设有出液口；

循环泵；连接气液分离器的出液口；