CN105712457B - 一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器及消泡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器及消泡方法，其酸化反应器包括一个用于盛液体的密闭塔体，塔体内设置有导流筒，导流筒底部设置有自吸式管式气体分布器，管式气体分布器下端连接有中空轴，中空轴和管式气体分布器可以转动，而进气管保持静止，中空轴与进气管间通过密封腔连接；其中所述塔体外围设置吸泡管，当塔内有气泡产生时，在气体分布器作用下，气泡从反应器上端经由吸泡管和进气管返回反应塔中。本发明还提供了采用该反应器在炼油碱渣酸化过程中的消泡方法。本发明在保证充足气量的同时，能够快速、高效的消除气泡，避免了液泛和气液夹带现象的产生。与现有技术相比，具有装置结构简单，酸化效率高，消泡效果好等特点。

Description

一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器及消泡方法

技术领域

本发明属于环保废水处理领域，具体涉及一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器及消泡方法。

背景技术

在炼油厂油品碱洗精制过程中，会产生含高浓度污染物的碱性废液称为碱渣，其COD、硫化物和酚的排放量占炼油厂此类污染物排放量的40%~50%以上。这些碱渣废液，如果直接排放，会严重污染环境，并且严重腐蚀设备。近些年来，随着国家环保法规、标准日趋完备和严格，以及人们对改善环境质量的呼声越来越高，碱渣处理越来越受到重视。

目前，普遍使用的碱渣处理方法主要为中和法、生化法和湿式氧化法等，其中中和法一般采用浓硫酸、二氧化硫等酸性物质作为酸化试剂对碱渣进行酸化处理，降低碱渣碱度，去除碱渣废水中大部分的硫化物，并回收石油酸，此方法工艺较为简单，装置投资低，废水处理效果明显，因此中和碱渣处理是一个普遍处理过程。然而，在实际的碱渣酸化处理过程中，由于碱渣中含有大量的易发泡物质，并且酸碱反应放出大量的热有助于泡沫的生成，大量泡沫的存在不利于散热，阻碍了酸碱反应的进行，而且会造成拦液泛塔现象，使得排出的尾气中含有大量的碱渣，影响装置的稳定运行。

CN201110313313.9公开了一种液态烃碱渣废液的综合处理方法，CN201110313306.9公开了一种高硫含量高COD碱渣废液的综合处理方法，其酸化过程均采用SO₂/N₂作为酸化试剂对碱渣进行酸化，不仅使碱渣得到充分温和的酸化，而且加入的N₂可作为吹脱气将酸化反应产生的大量H₂S气体快速吹脱出来，同时加快酸碱反应的放热速率，使酸化反应控制在一个相对平稳的温度。然而，为了进一步加大气液返混程度和散热速率，缩短酸化时间，需要加大酸化气或吹脱气的气量。由于碱渣中含有大量易发泡物质，增大气量和增强气液的返混程度均会造成大量气泡的产生，造成酸化反应器中的拦液泛塔现象，使得排出的尾气中含有大量的碱渣。因此，在保证酸化过程中气量充足的基础上，消除大量的气泡是酸化处理工艺得以实现的现实问题。

在消泡工程中，一般主要有两种消泡方式，一种为化学消泡，即添加消泡剂消泡，另一种为物理消泡，即使用机械消泡器，或者两种消泡方式并用。添加消泡剂是目前广泛使用的一种方法，它是通过在物料中加入一定量适合的消泡剂，改变了物料表面张力，减少或抑制了发泡，从而达到消泡目的。消泡剂价格昂贵，使用消泡剂不仅耗费资金，而且会影响产品的性能或污染产品，这种方法成本高效率低。使用机械消泡器能排除对产品的污染。目前在污水处理、液压油、制浆造纸、食品等行业中，大多会用到物理消泡器。老式的消泡器一般配有搅拌器、电机等组成，多使用消泡浆或高速旋转的压缩腔将泡沫击碎，一般都需要很大功率才能起到较好的消泡效果。而在实际生产过程中，这种消泡器的消泡效率较低，所以逐渐被淘汰。简单易行、能耗低、效果好的消泡器才是企业提高生产效率的最佳选择。CN102442708A公开了一种废水处理的消泡器，无论气泡的性质和状态及层叠状况如何都能够有效的消泡。CN102410285A介绍了一种能够防止大流量液压油回到油箱时产生气泡，减少油液污染的超大流量回油消泡器。CN200620095219.5、CN202054838U分别公开了“一种飞碟式离心消泡器”和“一种消泡装置”运用于发酵工业，其运行负荷小，消泡效率高。这些消泡器比老式消泡器消泡方式简单，消泡效率高。但是，这些消泡器结构较为复杂，制造困难，投资高。而且，由于现有消泡器的局限性，只能应用于较少的领域。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器及消泡方法。本发明在保证充足气量的同时，能够快速、高效的消除气泡，避免了液泛和气液夹带现象的产生。与现有技术相比，具有装置结构简单，酸化效率高，消泡效果好等特点。

本发明带消泡功能的炼油碱渣酸化方法，其酸化反应器包括一个用于盛液体的密闭塔体，塔体内设置有导流筒，导流筒底部设置有自吸式管式气体分布器，管式气体分布器下端连接有中空轴，中空轴下端连接有电机，可以使中空轴和管式气体分布器转动，而进气管保持静止，中空轴与进气管间通过一个密封腔连接；所述塔体外围设置吸泡管，吸泡管一端与高于导流筒的塔体塔壁密封连接，另一端与进气管密封相连，当塔内有气泡产生时，在自吸式管式气体分布器的作用下，气泡从反应器上端经由吸泡管和进气管返回反应塔中。

所述酸化反应器可以采用常规的柱形反应塔（反应塔塔径为下段塔体的内径，下同），优选采用上端内径大于下段内径的柱形反应塔，吸泡管入口与上端内径较大的塔壁相连接；更优选采用上端设置成锥形的反应塔，吸泡管与上端锥形塔壁的锥面相连接。反应器塔体的侧壁连接有液体输入管路、酸化剂输入管路和切油管路，塔体的底部设有与中空轴连接开孔，开口处采用密封连接，反应塔的顶端和底部分别设有废气排放管路和排液管路。

所述管式气体分布器为一两端封口的管式结构，封口处均匀分布大小均一的小孔，孔径为2~20mm。管式气体分布器中点垂直连接中空轴且与中空轴内部联通，直径小于酸化反应器塔体直径，大于导流筒直径，设置在导流筒下侧，并与整个导流筒和塔体同轴。

所述酸化反应器塔体的高度与直径比为8~20；导流筒与塔体的直径比为0.6~0.8；导流筒的高度与塔体的高度比为0.5~0.9；导流筒的下沿到塔体底端的间隙高度与导流筒的直径比为1:2.5~1.2:1。所述导流筒可设置为多段，优选设置成2~5段，每段间隔10~20mm。

所述吸泡管均匀分布在塔体外围，原则上吸泡管越多消泡效果越好，吸泡管总的截面积应不大于进气管的截面积；吸泡管上设置切断阀。

所述酸化试剂输入管一端水平深入酸化反应塔内部，并弯曲90°后管口垂直向下，其管口下沿高度大于导流筒上沿高度的1.2倍，另一端与进酸泵连接；所述切油管一端与酸化反应器塔体连接，其高度高于导流筒上沿，具体高度根据炼油碱渣含油量确定。

上述酸化反应器是通过以下步骤实现在炼油碱渣酸化过程中的消泡功能：

碱渣通过液体输入管路进入酸化反应器，然后通入酸化试剂和吹脱气进行酸化处理，首先打开电机，电机带动管式气体分布器进行高速旋转，当转速高于临界吸气转速时，气体经过进气管道自吸入管式气体分布器，再通过管式气体分布器进入导流筒与酸化反应器塔体间隙内，由于导流筒内外存在密度差，碱渣在酸化反应器内导流筒内外进行自循环流动；随着酸化反应的进行会产生大量气泡，当气泡淹没消泡管进口时，由于消泡管与高速旋转的管式气体分布器相连通，在消泡管入口形成负压导致消泡管入口周围的泡沫被吸入到消泡管内，并通过消泡管并入进气管路，最终重新回到酸化反应器中。

所述炼油碱渣是催化汽油、催化柴油碱洗精制过程产生的高含硫高COD碱渣废液，或者是催化汽油碱渣、催化柴油碱渣、液态烃碱渣等的混合碱渣废液。控制酸化反应器中碱渣废液的液位高于导流筒高度1.1~1.5倍，并低于消泡管进口高度。

所述酸化试剂可以采用硫酸或者含SO₂和/或CO₂的酸性气体。采用硫酸酸化时，通过进酸泵将硫酸逐滴加入酸化反应器内，与炼油碱渣进行中和反应，同时通入惰性气体如氮气进行吹脱。采用含SO₂和/或CO₂的酸性气体酸化时，SO₂和/或CO₂可以直接采用纯化气体，优选采用来自S-Zorb吸附剂或FCC催化剂再生烟气，同时通入惰性气体如氮气进行掺混，控制SO₂和/或CO₂的体积浓度为20%~80%。本发明采用惰性气体作为吹脱气，一方面可以起到搅拌作用，有利于强化酸化反应气液传质过程；另一方面，随着碱渣废液酸性不断增强，硫化物以分子形式存在，主要以硫醇、H₂S、二甲二硫、硫醚等形式挥发出来，吹脱气可将这些硫化物及时携带出来，提高硫化物的去除效果。另外，吹脱气还有助于产生的油相与水相分层，起到一定的气浮作用。

所述的吹脱气气量通过管式气体分布器的旋转速率控制，保持空塔气速为0.1~2m/s。在酸化反应进行过程中，通过加酸速度和吹脱气气量控制碱渣废液的酸化温度在30~60℃，当pH值降低到7以下时，气泡无明显生成，将吸泡管上的切断阀关闭，继续酸化，并在pH值降低到2~5时，停止酸化，静置5~60min后，通过切油管路将酸化后碱渣上层油相排出到酸化反应器外。经过上述处理后，可以将碱渣废液中硫化物去除98%以上。

本发明采用密闭的塔式酸化反应器，使酸化过程中产生的有害和恶臭气体能够集中密闭排放，不造成二次污染；采用高速旋转的自吸式管式气体分布器，不仅大大增强了气液传质和返混效果，而且可以将气体自吸入酸化反应器内，减少了功耗；由于管式气体分布器的高速旋转，在吸泡管内形成负压，从而使酸化反应器内形成的气泡自吸入吸泡管，从而返回到酸化反应器内，实现了消泡效果；酸化反应器内设置导流筒，在气体的带动下，导流筒内外形成密度差，从而使液体在导流筒内外形成自循环流动，从而进一步加强气液返混。

为了提高酸化反应速率、降低酸碱反应温度、吹脱酸化反应过程中产生的H₂S气体，本发明需要向酸化反应器内通入一定量的惰性气体作为吹脱气。但是，由于炼油碱渣为易发泡物质，因此气体的通入更加剧了气泡的生成，造成拦液泛塔现象，使排出的气体出现碱渣夹带，而气体气量过小又不能有效的对H₂S气体起到吹脱作用，无法及时的降低碱渣温度。

本发明针对传统的碱渣酸化工艺所产生的问题，提出了一种酸化反应器，该酸化反应器具有结构简单、气液传质效果好、能耗小、无二次污染等优点，更重要的是，该装置有效的消除了碱渣酸化过程中产生的大量气泡，与现有的应用于其他领域的消泡方法相比，具有结构简单、易于实现、操作灵活、效果突出等特点，可针对性的应用与碱渣酸化处理领域。

附图说明

图1为本发明的酸化反应器的一种结构示意图；

图2为本发明的管式气体分布器的结构示意图（正视图）；

图3为本发明的管式气体分布器的结构示意图（侧视图）；

图中：1-进气管，2-密封腔，3-中空轴，4-管式气体分布器，5-吸泡管，6-密闭塔体，7-导流筒，8-锥形塔壁，9-排液管路，10-传送带，11-电机，12-液体输送管路，13-切油管路，14-酸化剂输入管路，15-废气排放管路，16-气体分布孔，17-切断阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的碱渣酸化反应器及消泡方法作更详细的描述。

如图1所示，这种带消泡功能的炼油碱渣酸化方法，其酸化反应器包括一个用于盛液体的密闭塔体6，所述塔体内设置有导流筒7，导流筒底部设置有自吸式管式气体分布器4，所述管式气体分布器下端连接有中空轴3，中空轴下端连接有电机11，电机通过传送带10使中空轴3和管式气体分布器4转动，而进气管1保持静止，中空轴3与进气管1间通过一个密封腔2连接；所述塔体外围设置若干吸泡管5，吸泡管一端与高于导流筒7的锥形塔壁8密封连接，另一端与进气管1密封相连，当塔内有气泡产生时，在自吸式管式气体分布器的作用下，气泡从反应器上端经由吸泡管5和进气管1返回反应塔中。

所述塔体的侧壁连接有液体输入管路12、酸化剂输入管路14和切油管路13，塔体的底部设有与中空轴3连接开孔，开口处采用密封连接，反应塔的顶端和底部分别设有废气排放管路15和排液管路9。

所述管式分布器4为一两端封口的管式结构，封口处均匀分布大小均一的小孔16，孔径为2~20mm，管式分布器中点垂直连接中空轴3，管式分布器与中空轴内部联通。管式分布器4直径小于酸化反应器6塔体直径，大于导流筒7直径，设置在导流筒下侧，并与整个导流筒和酸化反应塔同轴。

所述酸化反应器塔体6的高度与直径比为8~20；所述导流筒7与塔体的直径比为0.6~0.8；导流筒的高度与塔体的高度比为0.5~0.9；导流筒的下沿到塔体底端的间隙高度与导流筒的直径比为1:2.5~1.2:1。

所述所述吸泡管5均匀分布在塔体外围，原则上吸泡管越多消泡效果越好，吸泡管总的截面积应小于等于进气管的截面积。所述吸泡管上设置切断阀17。

所述酸化试剂输入管14一端水平深入酸化反应塔内部，并弯曲90°后管口垂直向下，其管口下沿高度大于导流筒上沿高度的1.2倍，另一端与进酸泵连接；所述切油管一端与酸化反应器塔体连接，其高度高于导流筒上沿，具体高度根据炼油碱渣含油量确定。

上述酸化反应器是通过以下步骤实现带消泡功能的炼油碱渣酸化过程的：

碱渣通过液体输入管路12进入酸化反应器，然后通入酸化试剂和吹脱气进行酸化处理，首先打开电机11，电机带动管式气体分布器4进行高速旋转，当转速高于临界吸气转速时，气体经过进气管1自吸入管式气体分布器4，再通过管式气体分布器进入导流筒7与酸化反应器塔体间隙内，由于导流筒内外存在密度差，碱渣在酸化反应器内导流筒7内外进行自循环流动；随着酸化反应的进行会产生大量气泡，当气泡淹没消泡管5进口时，由于消泡管与高速旋转的管式气体分布器4相连通，在消泡管5入口形成负压导致消泡管入口周围的泡沫被吸入到消泡管内，并通过消泡管并入进气管路1，最终重新回到酸化反应器6中。

实施例1

某炼厂催化汽油碱渣，其中COD为3.21×10⁵mg/L，硫化物为1.76×10⁴mg/L。采用附图1的酸化反应器对其进行酸化处理，酸化反应器采用柱形反应塔，上端设置成锥形，吸泡管一端与反应器上端锥形塔壁的锥面相连接，吸泡管设置8个，均布分布在酸化反应器外围，酸化反应器塔体高度与直径比为15，导流筒与塔体直径比为0.7，导流筒的高度与塔体的高度比为0.6，导流筒的下沿到塔体底端的间隙高度与导流筒的直径比为1:2，导流筒设置3段，每段间隔15mm，管式气体分布器的气体分布孔孔径为6mm。控制酸化反应器中碱渣废液的液位高于导流筒高度1.2倍，并低于消泡管进口高度。酸化反应时，吹脱气气量通过管式气体分布器的旋转速率控制，保持空塔气速为1m/s。在酸化反应进行过程中，通过加酸速度和吹脱气气量控制碱渣废液的酸化温度在50℃。采用二氧化硫作为酸化试剂，同时加入一定量的氮气进行掺混，控制SO₂浓度为50%。酸化过程中，当pH值降低到7以下时，气泡无明显生成，将吸泡管上的切断阀关闭，继续酸化，并在pH值降低到3时，停止酸化，静置40min后，通过切油管路将酸化后碱渣上层油相排出到酸化反应器外，从而完成整个酸化过程。经过上述处理后，整个反应过程几乎没有气泡累积，运行稳定；并且可以将碱渣废液中的硫化物去除98.5%，COD去除率达到65%。

实施例2

某炼厂液态烃碱渣，其中COD为7.97×10⁴mg/L，硫化物为4×10³mg/L。采用附图1的酸化反应器对其进行酸化处理，酸化反应器柱形反应塔，上端内径大于下段内径的柱形反应塔，上端与下端的长度比为1:4，吸泡管与上端塔壁相连接，吸泡管设置4个，均匀分布于塔壁外围。酸化反应器塔体高度与直径比为12，导流筒与塔体直径比为0.8，导流筒的高度与塔体的高度比为0.5，导流筒的下沿到塔体底端的间隙高度与导流筒的直径比为1:2.5，管式气体分布器的气体分布孔孔径为10mm。控制酸化反应器中碱渣废液的液位高于导流筒高度1.3倍，并低于消泡管进口高度。酸化反应时，吹脱气气量通过管式气体分布器的旋转速率控制，保持空塔气速为1.5m/s。在酸化反应进行过程中，通过加酸速度和吹脱气气量控制碱渣废液的酸化温度在40℃。采用硫酸作为酸化试剂，酸化过程中，当pH值降低到7以下时，气泡无明显生成，将吸泡管上的切断阀关闭，继续酸化，并在pH值降低到5时，停止酸化，静置60min后，通过切油管路将酸化后碱渣上层油相排出到酸化反应器外，从而完成整个酸化过程。经过上述处理后，整个反应过程几乎没有气泡累积，运行稳定；可以将碱渣废液中的硫化物去除99%，COD去除率达到70%。

比较例1

处理同实施例1相同的碱渣，采用相同的酸化处理装置，不同之处在于整个酸化过程关闭吸泡管上的切断阀，使其不具有吸泡功能，其他处理工艺条件同实施例1。整个酸化过程中，气泡积累较多，排出的气体中出现碱渣夹带现象，特别是当气量较大时易出现拦液泛塔现象。经过上述处理后，可以将碱渣废液中的硫化物去除80%，COD去除率达到40%。

Claims (13)

1.一种带消泡功能的炼油碱渣酸化反应器，其特征在于所述酸化反应器包括一个用于盛液体的密闭塔体，塔体内设置有导流筒，导流筒底部设置有自吸式管式气体分布器，管式气体分布器下端连接有中空轴，中空轴下端连接有电机，使中空轴和管式气体分布器转动，而进气管保持静止，中空轴与进气管间通过一个密封腔连接；所述塔体外围设置吸泡管，吸泡管一端与高于导流筒的塔体塔壁密封连接，另一端与进气管密封相连，当塔内有气泡产生时，在自吸式管式气体分布器的作用下，气泡从反应器上端经由吸泡管和进气管返回反应塔中。

2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：酸化反应器采用上端内径大于下段内径的柱形反应塔，吸泡管入口与上端内径较大的塔壁相连接。

3.按照权利要求1或2所述的反应器，其特征在于：酸化反应器采用上端设置成锥形的反应塔，吸泡管与上端锥形塔壁的锥面相连接。

4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：所述管式气体分布器为一两端封口的管式结构，封口处均匀分布大小均一的小孔，孔径为2~20mm。

5.按照权利要求1或4所述的反应器，其特征在于：管式气体分布器中点垂直连接中空轴且与中空轴内部联通，直径小于酸化反应器塔体直径，大于导流筒直径，设置在导流筒下侧，并与整个导流筒和塔体同轴。

6.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：酸化反应器塔体的高度与直径比为8~20；导流筒与塔体的直径比为0.6~0.8；导流筒的高度与塔体的高度比为0.5~0.9；导流筒的下沿到塔体底端的间隙高度与导流筒的直径比为1:2.5~1.2:1。

7.按照权利要求1或6所述的反应器，其特征在于：导流筒设置成2~5段，每段间隔10~20mm。

8.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于：吸泡管均匀分布在塔体外围，吸泡管总的截面积小于等于进气管的截面积，吸泡管上设置切断阀。

9.采用权利要求1~8任一项所述酸化反应器在炼油碱渣酸化过程中的消泡方法，其特征在于：碱渣通过液体输入管路进入酸化反应器，然后通入酸化试剂和吹脱气进行酸化处理，首先打开电机，电机带动管式气体分布器进行高速旋转，当转速高于临界吸气转速时，气体经过进气管自吸入管式气体分布器，再通过管式气体分布器进入导流筒与酸化反应器塔体间隙内，由于导流筒内外存在密度差，碱渣在酸化反应器内导流筒内外进行自循环流动；随着酸化反应的进行会产生大量气泡，当气泡淹没吸泡管进口时，由于吸泡管与高速旋转的管式气体分布器相连通，在吸泡管入口形成负压导致吸泡管入口周围的泡沫被吸入到吸泡管内，并通过吸泡管并入进气管，最终重新回到酸化反应器中。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：控制酸化反应器中碱渣废液的液位高于导流筒高度1.1~1.5倍，并低于吸泡管进口高度。

11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：酸化试剂采用硫酸或者含SO₂和/或CO₂的酸性气体；采用硫酸酸化时，将硫酸逐滴加入酸化反应器内，与炼油碱渣进行中和反应，同时通入惰性气体进行吹脱；采用含SO₂和/或CO₂的酸性气体酸化时，同时通入惰性气体进行掺混，控制SO₂和/或CO₂的体积浓度为20%~80%。

12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：吹脱气气量通过管式气体分布器的旋转速率控制，保持空塔气速为0.1~2m/s。

13.按照权利要求9所述的方法，其特征在于：在酸化反应进行过程中，通过加酸速度和吹脱气气量控制碱渣废液的酸化温度在30~60℃，当pH值降低到7以下时，气泡无明显生成，将吸泡管上的切断阀关闭，继续酸化，并在pH值降低到2~5时，停止酸化，静置5~60min后，通过切油管路将酸化后碱渣上层油相排出到酸化反应器外。