CN105038845B - 用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，包括主体管以及与所述主体管连通的加注管，所述主体管内盛有油品，所述加注管用于向主体管内的油品中加注表面活性物质。本发明通过在油品中加注表面活性物质，能够显著降低两相界面间的表面张力，增强体系的起泡性能；由于气泡的形状影响气泡上升的瞬时速度，在油品中加注表面活性物质，还能够有效调控气泡的形状，抑制气泡变形，适量的表面活性物质能够使气泡的高宽比及形状趋于稳定，降低气泡的上升速度，从而提高气泡在油品中的稳定时间,强化了气液传质。

Description

用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置
技术领域
本发明涉及气液传质技术领域，尤其是涉及一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置。
背景技术
加氢裂化作为重质油轻质化最有效的方式之一，被广泛应用在提高油品利用率、油品质量升级等方面。通常根据不同反应物料流体力学性能的差异，选择不同的反应器类型及加氢工艺。目前应用最为广泛的有固定床加氢反应器、移动床加氢反应器、鼓泡床(悬浮床和沸腾床)加氢反应器等。其中沸腾床以其原料适应性广，操作灵活等优点，成为当前重质油轻质化的重要手段之一。自2000年以来，国外新建的沸腾床渣油加氢裂化装置多于固定床渣油加氢装置，以满足劣质重质原油深度加工的需要。目前国内在引进国外先进的悬浮床和沸腾床加氢技术，同时也在自主开发拥有自主知识产权的悬浮床和沸腾床加氢技术。
悬浮床和沸腾床加氢的具体工艺流程为：反应原料油与氢气混合之后，从反应器底部进入，在反应器内借助气液流体的内部循环使催化剂颗粒处于悬浮或者沸腾状态。
目前，一般采用气体在反应器中含量(即气含率)的多少作为衡量这类加氢工艺气液传质好坏的重要指标之一。在相同气含率的条件下，气泡尺寸及其概率分布对气液固相间传质性能有重要影响。当气含率相同时，气泡直径越小，气液相界总面积越大，传质速率越快；气泡直径越大，则气液相界总面积越小，传质速率越慢。同时大气泡的上升速度高于小气泡，也会造成气体在反应器中的停留时间缩短，在一定程度上形成气体短路。这些都会影响反应物之间的传质效果，并降低反应的转化率。
此外，微气泡在油品中形成后，微气泡在油品中的稳定时间是衡量加氢工艺气液传质好坏的另一重要指标，在现有的鼓泡床加氢工艺中，微气泡流在油品中的稳定时间较短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，以解决现有技术中的微气泡流稳定时间较短的技术问题。
本发明提供一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，包括主体管以及与所述主体管连通的加注管，所述主体管内盛有油品，所述加注管用于向主体管内的油品中加注表面活性物质。
进一步地，所述加注管包括相互连通的表面活性物质加注管和表面活性物质分散管，所述表面活性物质分散管位于所述主体管内，所述表面活性物质分散管上设有多个分布孔，所述表面活性物质分散管用于将所述表面活性物质分散在所述油品中。
进一步地，所述表面活性物质分散管为环形，所述表面活性物质分散管的周向与所述主体管的长度方向垂直设置。
进一步地，所述用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置还包括微气泡发生器，所述微气泡发生器包括微孔管和进气管，所述微孔管位于所述主体管内并与所述主体管连通，所述进气管与所述为微孔管连通。
进一步地，所述微孔管的两端分别连接至所述主体管的内壁上。
进一步地，所述进气管的第一端位于所述主体管外，所述进气管的第二端与所述主体管的外壁连接，所述进气管的第二端与所述微孔管之间形成进气空间。
进一步地，所述微孔管为文丘里微孔管。
进一步地，所述文丘里微孔管的纵截面为关于所述主体管的轴线对称的两个椭圆形或者两个梯形。
进一步地，所述进气管的轴线正对于所述文丘里微孔管的中心缩口。
进一步地，所述微孔管采用烧结金属粉末制成。
本发明通过在油品中加注表面活性物质，能够显著降低两相界面间的表面张力，增强体系的起泡性能；由于气泡的形状影响气泡上升的瞬时速度，在油品中加注表面活性物质，还能够有效调控气泡的形状，抑制气泡变形，适量的表面活性物质能够使气泡的高宽比及形状趋于稳定，降低气泡的上升速度，从而提高气泡在油品中的稳定时间,强化了气液传质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例提供的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置的结构示意图；
图2为图1中的加注管和表面活性物质分散管的结构示意图。
附图标记：
1-主体管； 2-进气管；
3-文丘里多孔管； 31-进气空间；
4-加注管； 41-表面活性物质加注管；
42-表面活性物质分散管； 43-分布孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一种实施例提供的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置的结构示意图；图2为图1中的加注管4和表面活性物质分散管42的结构示意图。如图1和图2所示，本发明提供一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，包括主体管1以及与所述主体管1连通的加注管4，所述主体管1内盛有油品，所述加注管4用于向主体管1内的油品中加注表面活性物质。所述主体管1可以为圆管，可以采用整体管，也可以分解为多部分的组合管，整体可以为直管，也可以根据需要把其中一段或多段设计为弯管。当主体管1为多部分的组合管时，内构件的安装比较方便。
其中，所述表面活性物质可以是阴离子型、阳离子型、非离子型及两性表面活性剂，或者是多种表面活性剂复配制成的复合表面活性剂。表面活性剂具有一端亲油和一端疏油的结构，表面活性剂分子亲油端在反应物料表面定向排列，降低其表面张力，增强起泡性能，促进氢气在反应物料中的分散，同时，表面活性剂能够降低气泡直径，稳定起泡性状，降低气泡上升速度。
本发明通过在油品中加注表面活性物质，能够显著降低两相界面间的表面张力，增强体系的起泡性能；由于气泡的形状影响气泡上升的瞬时速度，在油品中加注表面活性物质，还能够有效调控气泡的形状，抑制气泡变形，适量的表面活性物质能够使气泡的高宽比及形状趋于稳定，降低气泡的上升速度，从而提高气泡在油品中的稳定时间,强化了气液传质。
进一步地，所述加注管4包括相互连通的表面活性物质加注管41和表面活性物质分散管42，所述表面活性物质分散管42位于所述主体管1内，所述表面活性物质分散管42上设有多个分布孔43，所述表面活性物质分散管42用于将所述表面活性物质分散在所述油品中。分布孔43可以设置在表面活性物质分散管42的一侧，也可以设置在表面活性物质分散管42的两侧。分布孔43的数量和直径可以根据需要设置。一般地，分布孔43的数量为6-12个，直径在3-6毫米之间。
其中，表面活性物质加注管41可以为图2所示的直管，表面活性物质加注管41的长度方向与环形的表面活性物质分散管42的周向直管设置，以便于快速将表面活性物质加注到表面活性物质分散管42中。
进一步地，如图2所示，所述表面活性物质分散管42为环形，例如圆环形或者方环形，所述表面活性物质分散管42的周向与所述主体管1的长度方向垂直设置，以快速并均匀地将表面活性物质分散在油品中。优选地，分布孔43沿分散管的周向均匀分布，以使表面活性物质均匀地分散在油品中。
本实施例中的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置还包括微气泡发生器，所述微气泡发生器包括微孔管和进气管2，所述微孔管位于所述主体管1内并与所述主体管1连通，所述进气管2与所述为微孔管连通。微孔管上分布有多个微孔，微孔的孔径范围可以由具体使用的加氢工艺需要而发生变化，一般为30微米-500微米之间。微气泡发生器在微孔管部分产生的气泡一般属于微米级的气泡。
本发明提供的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，气泡发生器稳定高效，气液混合特性好，压降小，可使加氢工艺中的氢气以微气泡的形式稳定地扩散在液流中，得到充分的深度混合，迅速的溶解到液流中，在深度饱和的情况下可以形成稳定均匀的气泡流，在气液混合领域应用价值明显。
本发明通过加注管4将表面活性物质加入到主体管1中，与液相油品混合；混合后的液相物流进入微气泡发生器中，在微孔管外表面形成大量的气泡，气泡直径可以控制在200纳米-100微米之间，气含率(气相占气液混合物体积的百分率)可以提高到50％以上，气泡悬浮在液体中，形成相对稳定的气泡流，不存在气液快速分离的状况。本发明由于增加了表面活性物质，气泡发生器产生的微气泡大部分溶解后，部分以微气泡的形式随液流稳定流动，不会形成气液分层或者分段，流型稳定均匀，流动阻力较小。
进一步地，为了便于安装，优选地，所述微孔管的两端分别连接至所述主体管1的内壁上。具体地，文丘里微孔管可以焊接在主体管1的内壁上。
进一步地，所述进气管2的第一端位于所述主体管1外，所述进气管2的第二端与所述主体管1的外壁连接，具体地，进气管2可以焊接在主体管1的外侧，所述进气管2的第二端与所述微孔管之间形成进气空间31，如图1所示，文丘里微孔管与主体管1之间形成了一个环隙进气空间31。本实施例中的进气管2为一段外接管，不用伸入主体管1中心部位，没有气液接触功能，因此完全可以回避中心进气管2导致的气体锥和壁吸效应。
进一步地，所述微孔管为文丘里微孔管。也就是说，本实施例中的微孔管为文丘里形状的微孔管。文丘里微孔管一方面利用多孔介质特性实现多点微孔进气；另一方面运用了文丘里管的压力变化的原理，抽吸引射气泡，使气泡在成长中快速脱离文丘里管内壁，可以快速移走微气泡，保证生成尽量多的微气泡，起到强化微气泡生成和混合的效果。
具体地，如图1所示，文丘里微孔管的内径最小处d一般为主体管1内径D的三分之一到四分之三，文丘里微孔管的长度L一般为主体管1内径D的一倍到五倍。
进一步地，所述文丘里微孔管的纵截面为关于所述主体管1的轴线对称的两个椭圆形或者两个梯形。在图1所示的实施例中，所述文丘里微孔管的纵截面为上下对称的两个椭圆形。
进一步地，如图1所示，所述进气管2的轴线正对于所述文丘里微孔管的中心缩口，这样文丘里微孔管关于进气管2的轴线左右对称，进气管1中的气体能够沿文丘里微孔管的管壁表面均匀地散开，提供了微气泡在油品中分布的均匀性，强化了气液传质。
所述微孔管可以使用烧结金属粉末微孔材料、金属微孔膜材料、烧结金属纤维微孔材料或其他类型的金属微孔材料。由于油品加工处于高温高压运行环境，优选地，所述微孔管采用烧结金属粉末制成。
本发明采用微气泡生成的组合方法，将化学和物理方法相结合，第一阶段向油品中注入表面活性物质，便于形成微气泡，同时微气泡形成后相对稳定，不易聚集；第二阶段微气泡发生器采用微孔介质多点接触和文丘里效应相结合，细化气泡，混合效果好。在文丘里管处气液两相在无数个微孔处实现气液混合，分布管的文丘里效应加速微气泡的脱离，同时对气体有一个强烈的抽吸作用，强化气液混合，形成稳定气液混合物流。
本发明的工作原理如下：表面活性物质先经过活性物质加注管4与油品均匀混合，气相物流经进气管2进入主体管1和文丘里微孔管组成的进气空间31，在文丘里微孔管的内表面与主体管1中液相物流相接处，气相物流以微米级气泡的形式进入液流中，利用文丘里微孔管，一方面实现了气液物流的多点接触，另一方面起到压力变化作用，加速气液混合；由于表面活性物质的作用，气泡形成速度快，气泡破碎为更小的气泡，加速气体溶于液体，形成稳定的气液混合物流。经过微气泡发生器的混合物流再进入到加氢反应器适当的位置，加氢过程的气液固传质效率得到提高。
本实施例中的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，采用加注管4和微气泡发生器组合使用，经表面活性物质作用后，氢气、油品和表面活性物质在经过微气泡发生器后气体分散为尺寸小、分布广的微气泡，微气泡流稳定均匀；可使加氢工艺中的氢气以微气泡的形式稳定地扩散在液流中，得到充分的深度混合，迅速的溶解到液流中，借助文丘里管的抽吸作用，形成微米级气泡流，因此不必过分减小微孔孔径，大大降低气泡发生器的压降，对系统节能意义重大。
本发明要借助微气泡技术，通过分散气体法和溶气释气法的结构设计，大量高效地产生微气泡，同时在油品进入微气泡发生器前注入一种表面活性物质，让氢气在油品中形成较为稳定的微气泡流，在微气泡流进入反应器内部后提高气液传质效率。本发明通过借助表面活性物质和多孔介质，采用气液多点接触和文丘里效应相结合的原理，能稳定地产生连续微气泡流，降低气泡发生器压降、提高操作弹性和系统稳定性，因此改善了气液混合效果，实现了气体在液体中稳定的超饱和状态。气液混合均匀的微气泡流由管道通入到加氢反应器内部参入加氢反应，由于微气泡流相对均匀，可以认为拟均相，大大弱化了反应器内构件对物流的影响，提高了反应效率，强化了气液间传质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，包括主体管以及与所述主体管连通的加注管，所述主体管内盛有油品，所述加注管用于向主体管内的油品中加注表面活性物质；
所述加注管包括相互连通的表面活性物质加注管和表面活性物质分散管，所述表面活性物质分散管位于所述主体管内，所述表面活性物质分散管上设有多个分布孔，所述表面活性物质分散管用于将所述表面活性物质分散在所述油品中，分布孔设置在表面活性物质分散管的一侧；
还包括微气泡发生器，所述微气泡发生器包括微孔管和进气管，所述微孔管位于所述主体管内并与所述主体管连通，所述进气管与所述微孔管连通，所述微孔管上分布有多个微孔，所述微孔的孔径范围在30微米－500微米之间；
所述加注管位于所述主体管的上游位置，所述微气泡发生器位于所述主体管的下游位置。
2.根据权利要求1所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述表面活性物质分散管为环形，所述表面活性物质分散管的周向与所述主体管的长度方向垂直设置。
3.根据权利要求1所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述微孔管的两端分别连接至所述主体管的内壁上。
4.根据权利要求1所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述进气管的第一端位于所述主体管外，所述进气管的第二端与所述主体管的外壁连接，所述进气管的第二端与所述微孔管之间形成进气空间。
5.根据权利要求3或4所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述微孔管为文丘里微孔管。
6.根据权利要求5所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述文丘里微孔管的纵截面为关于所述主体管的轴线对称的两个椭圆形或者两个梯形。
7.根据权利要求5所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述进气管的轴线正对于所述文丘里微孔管的中心缩口。
8.根据权利要求3或4所述的用于强化鼓泡床加氢反应器气液传质的装置，其特征在于，所述微孔管采用烧结金属粉末制成。
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