CN101653706A - 周向混合器及使用其的气液/液液混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及周向混合器及使用其的气液/液液混合方法，提供了一种周向混合器，它包括：蜗壳、以及设置在蜗壳内的周向式翅片，使得在所述蜗壳与周向式翅片之间形成用于气液/液液混合的环形流道。本发明还提供了一种气液/液液混合方法。

Description

周向混合器及使用其的气液/液液混合方法

技术领域

本发明属于气液或液液混合反应领域，涉及一种两相混合的方法。具体地说，涉及一种加氢过程中的氢气与重油预混合及反应的方法，以及实施该方法所用的装置：周向混合器。

背景技术

液相加氢比气相加氢有许多优势，是国内外石油炼制研究与发展的热点之一。当前的炼油工业已经提出了一些新的思路和技术，用来脱除不易去除的硫类含量，而在一些油品的规格中，硫含量要求几乎为零。国外的Process Dynamics和LindeBOC Process Plants LLC(LBPP)两家公司通过对滴流床反应器中加氢脱硫反应基本原理的研究，开发了一种新技术IsoTherming(等温)，该技术可以用较低投资和操作费用生产超低硫柴油产品。具体而言，加氢工艺需要氢气，优化的加氢脱硫工艺应能以最小的氢耗，达到所需的脱硫水平和改进的十六烷值；如果液体在进入催化剂床层之前已溶解了反应所需的全部氢气，那么将十分有利于加氢反应；通过用氢气饱和原料和循环物流(经加氢处理的液体)的方法提供氢气，原料和循环物流一起与液体中溶解的全部所需的氢气进入催化剂床层，然后发生反应；产物循环的另一个好处是它保留了一定的反应热，因此称之为IsoTherming。

显然，该工艺的核心在于溶气过程，包括选择和购买高温高压循环泵以及合适的氢气和柴油物流的注入和混合方法。但是，此前，溶气过程不仅成本高，而且系统复杂。空压机、压力容器、通用离心泵和控制系统是必不可少的。常用的方法是射流法、扩散板法。

射流法是射流器的气腔在高速液流作用下形成负压，吸进气体，高速液流再把气体粉碎，形成微气泡而与液体充分接触混合，其优点是混合好、接触时间短，其缺点是能耗高。压缩空气通过微孔板进行分散，其优点是能耗较低，其缺点是喷头堵塞时布气不均匀，混合差，需要大型空压机和昂贵的氧化反应塔。

可见，上述两种方法解决溶气过程成本高，系统复杂。因此急需一种降低成本，简化系统，同时提高效果的溶气方法。

在目前的气浮工艺的溶气系统中，已开始大量使用一种气液混合泵，如著名德国公司EDUR生产的离心式气浮泵，通过气液混合泵进入口的负压吸入气液两相，然后通过叶轮将气液混合相打碎，即达到液相溶气效果。另外，其叶轮为开式结构，可避免在进口处产生过大气泡，影响泵的稳定工作和气液混合的效果。出口液体中预期能够产生20-40微米的气泡，气液比1-10％，经过再次加压后，气泡粒径将进一步减小，气泡均匀、密集，气浮效果稳定，气量充足，因此气液溶解效率高、性能稳定。而且其生产工艺简单：一台混合泵可替代四个设备，系统简单、操作容易、管理方便，为目前投资最少、混合效果最好的设备。另外，因不用释放器，解决了释放器堵塞的问题，减少了日常维修工作量。总之，气液混合泵技术的应用，可以产生巨大的经济效益。

但是，气液混合泵目前有其无法克服的困难，即，由于在一些场合，比如柴油加氢等反应中，有时需要提高反应温度和压力，其温度可达380℃以上，而现有的气液混合泵最高可使用的温度仅为350℃左右。当温度升高时，动密封容易失效，因此限制了气液混合泵的高温应用。

因此，本领域迫切需要开发出一种能够克服上述现有技术中存在的问题，成本低且效果好的混合反应方法及装置。

发明内容

本发明提供了一种新型周向混合器及使用其的气液/液液混合方法，从而解决了现有技术中存在的问题。

本发明所要解决的首要技术问题是解决现有气液混合泵装置系统中不能承受高温高压的问题。本发明采用周向式翅片，提供了一种新型周向混合器。本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种以上述装置为核心的新的气液混合或液液混合的方法，以补充现有混合方法的不足。

一方面，本发明提供了一种周向混合器，它包括：蜗壳、以及设置在蜗壳内的周向式翅片，使得在所述蜗壳与周向式翅片之间形成用于气液/液液混合的环形流道。

在一个优选的实施方式中，所述周向式翅片固定在蜗壳内。

在另一个优选的实施方式中，所述周向式翅片是开式叶轮。

另一方面，本发明提供了一种气液/液液混合方法，该方法包括：将气液相/液液相送入上述周向混合器中，使得气液相/液液相在所述周向混合器的蜗壳与周向式翅片之间形成的用于气液/液液混合的环形流道中湍流混合。

在一个优选的实施方式中，所述气液相/液液相中的气相进料/液相进料由所述周向混合器的顶部进气口/进液口加压进入，液相进料由所述周向混合器的进口加压进入，混合后进入所述环形流道中湍流混合。

在另一个优选的实施方式中，该方法还包括：在所述周向混合器的出口设置气液分离罐以除去气液混合后出口液体中的大气泡。

附图说明

图1是根据本发明的周向混合器的截面示意图。

图2是根据本发明的周向混合器溶气系统示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式的周向混合器溶气系统示意图。

具体实施方式

本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，通过在现有混合器的蜗壳内增设周向式翅片，可以在蜗壳与周向式翅片之间形成用于气液/液液混合的环形流道，使得两相混合物通过环形流道达到湍流混合，每通过一个叶轮即达到一次混合效果；既能在多分流道间充分混合，又能有效避免传统静态混合器因流道狭窄导致的堵塞问题；且周向混合流道节省了混合器体积，大大地减少了占地空间，适用于重油加氢溶气反应及工业萃取等场合，可广泛应用于各种气液、液液混合过程。基于上述发现，本发明得以完成。

在本发明的第一方面，提供了一种新型的周向混合器，它通过在蜗壳内增设周向式翅片，开发了新型混合流道，同时具有了气液或液液混合并反应的功能；并通过选择适合的设备材料，使其进出口可以承受足够压力和温度。

较佳地，所述周向式翅片为特制开式叶轮，从而可以避免进口处产生气体旋涡，影响混合效果。

较佳地，所述叶轮固定在蜗壳内，不随进液旋转，故其轴封为静密封，从而可任意避免气液混合泵高温下动密封失效的问题，可应用于高温高压场合，尤其适用于加氢溶气反应。由于叶轮不转，可以选用适用于更高温度的静密封方式，且更容易采用密闭结构，可大幅度升高装置的使用温度，因此具有较广的适用温度范围。另外，由于其保留了气液混合泵的叶轮和蜗壳等主要特征，所以可以作为周向混合器进行气液混合过程。

在本发明的第二方面，提供了一种新的气液混合(或液液混合)的方法，该方法包括：使气液相(或液液相)分别通过调节管路通入上述周向混合器后，通过周向式翅片与蜗壳间的特殊流道，使得两相达到充分混合，同时达到一定的反应效果并从出口排出，其中，进液口和进气口(或另一个进液口)的压力与流量由调节管路调节至平衡，以使两相能同时进入周向混合器，且成一定比例。

较佳地，当作为气液混合方法时，且在需要控制出口液体中气泡粒径的情况下，可通过在出口管路设置气液分离罐进行收集，以除去混合后影响高效混合的大气泡。

较佳地，气体物料(或另一种液体物料)从周向混合器的顶端进气口(或另一个进液口)加压进入，液体物料从周向混合器的进口加压进入，然后在周向混合器进口处交汇后同时进入周向流道。

本方法和装置不仅可用于气液混合过程，也可推广到液液混合过程，也可作为工业萃取的生产装置，可以广泛应用于传热、萃取、吸收等多项领域。

以下参看附图。

图1是根据本发明的周向混合器的截面示意图。如图1所示，本发明的周向混合器包括：蜗壳、以及设置在蜗壳内的周向式翅片，使得在所述蜗壳与周向式翅片之间形成用于气液/液液混合的环形流道；并且还包括进液口8、进气口9/进液口8、以及出口10。

图2是根据本发明的周向混合器溶气系统示意图。如图2所示，气相进料经压缩机7加压后进入周向混合器1，液相进料经离心泵6加压后进入周向混合器1，通过周向混合器1中的周向式翅片与蜗壳间的特殊流道，使得两相进料达到充分混合；混合后影响高效混合的大气泡在出口管路处设置的气液分离罐4进行收集并除去。

图3是根据本发明的一个实施方式的周向混合器溶气系统示意图。如图3所示，进料和补充氢气同时进入周向混合器1，通过周向混合器1中的周向式翅片与蜗壳间的特殊流道，使得两相进料达到充分混合；混合后的产物进入Isotherming反应器2中进行初步反应；接着进入加氢反应器5进行进一步反应，进一步反应的塔顶产物经脱硫，与塔底产物一起进入塔顶流出物分离器3进行分离，分离后的产物进入气液分离罐4中分离出顶端分离物和产物超低硫柴油。

本发明的主要优点在于：

本发明的方法和设备投资成本低，占地面积小，故障率低，气液混合处理效果好，能耗低，能有效解决苛刻物性下的气液/液液混合问题。

实施例

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1：

将本发明的周向混合器应用于Isotherming工艺流程中，如图3所示。装置能力能达到3800bbl/天，并满足柴油产品硫含量为10ppmw的规格。其原料与许多炼厂相似，即直馏馏分与LCO之比为60/40的混合物，其硫含量约为2100ppmw。

在该工艺流程中，原料油和补充氢同时通入周向混合器，通过周向混合器的作用将两者均匀混合，同时通过循环泵循环，并经过Isotherming反应器进行初步反应，从而提高了进入加氢反应器的溶氢重油混合程度。

作为提高加氢反应效果的方式之一，该装置提高了加氢裂化的反应效果，提高了成品油品质，同时简化了设备，降低了成本。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种周向混合器，它包括：蜗壳、以及设置在蜗壳内的周向式翅片，使得在所述蜗壳与周向式翅片之间形成用于气液/液液混合的环形流道。

2.如权利要求1所述的周向混合器，其特征在于，所述周向式翅片固定在蜗壳内。

3.如权利要求1或2所述的周向混合器，其特征在于，所述周向式翅片是开式叶轮。

4.一种气液/液液混合方法，该方法包括：将气液相/液液相送入权利要求1-3中任一项所述的周向混合器中，使得气液相/液液相在所述周向混合器的蜗壳与周向式翅片之间形成的用于气液/液液混合的环形流道中湍流混合。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述气液相/液液相中的气相进料/液相进料由所述周向混合器的顶部进气口/进液口加压进入，液相进料由所述周向混合器的进口加压进入，混合后进入所述环形流道中湍流混合。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在所述周向混合器的出口设置气液分离罐以除去气液混合后出口液体中的大气泡。

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