CN112892462A - 气液混合装置和异构化系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种气液混合装置和异构化系统，属于石油化工领域。所述装置包括：壳体、气体管道和固定轴；壳体的第一端为入口，壳体的第二端为出口；气体管道和固定轴均位于壳体内；气体管道为螺旋管道，且气体管道连接在固定轴的外壁与壳体的内壁之间；气体管道的靠近入口的一个管口为气体进口，气体管道的远离入口的一个管口封闭；气体管道的管壁中除与固定轴的外壁和壳体的内壁的连接部位之外的部位上设置有多个通孔。本申请中的气液混合装置使气液混合相的流动型态会呈现为气泡流，从而使得气体可以更好的与液体混合，提高了气液混合相的混合均匀度，进而可以提高后续异构化反应的反应效率。
Description
技术领域
本申请涉及石油化工领域，尤其涉及一种气液混合装置和异构化系统。
背景技术
为满足汽油升级换代的需求，炼厂新建异构化装置使轻石脑油发生异构，从而生产出异构化油调入汽油池，进而使得汽油池中汽油所含有的烯烃和芳烃的含量指标满足要求。其中，异构化反应属于气液混合相反应。由于多相流流场特性不可控，且其对异构化反应的整体效率会产生很大影响，因此在气液两相进入异构化反应器前需要增加气液混合装置，使气液混合相分布达到理想状态。
相关技术提供了一种涡流式气液混合器。该混合器包括壳体和位于壳体中的固定心轴，固定心轴与壳体构成一个环形腔体，且固定心轴与壳体之间连接有螺旋叶片，螺旋叶片将环形腔体分隔成螺旋管道，壳体上设置有液体进口、气体进口和混合出口。当液体从液体进口进入该混合器中的螺旋管道后，是进行周轴向运行和旋转运动的叠加运动，当气体从气体进口进入螺旋管道后，气体会和液体在圆周方向旋转混合，混合后的气液会在螺旋管道中旋转流动，最终从混合出口流出。
由于上述涡流式气液混合器仅是为了使气液两相充分混合，以改善气液混合相的传输特性，所以主要考虑的是如何设置进入该混合器中的气液两相的混合比例。然而，在化工领域中，不仅对气液两相的混合比例有一定的要求，对气液混合相的流动型态同样有一定的要求。
发明内容
本申请提供了一种气液混合装置和异构化系统，可以解决相关技术中气液混合装置未考虑气液混合相的流动型态的问题。所述技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种气液混合装置，所述装置包括：壳体、气体管道和固定轴；
所述壳体的第一端为入口，所述壳体的第二端为出口；所述气体管道和所述固定轴均位于所述壳体内；
所述气体管道为螺旋管道，且所述气体管道连接在所述固定轴的外壁与所述壳体的内壁之间；
所述气体管道的靠近所述入口的一个管口为气体进口，所述气体管道的远离所述入口的一个管口封闭；
所述气体管道的管壁中除与所述固定轴的外壁和所述壳体的内壁的连接部位之外的部位上设置有多个通孔。
可选地，所述固定轴的靠近所述入口的一端为锥状。
可选地，所述壳体包括第一部分，所述第一部分的一端为所述入口，所述固定轴的靠近所述入口的一端位于所述第一部分内，所述第一部分的内腔为圆台状。
可选地，所述固定轴的靠近所述出口的一端为锥状。
可选地，所述壳体包括第二部分，所述第二部分的一端为所述出口，所述固定轴的靠近所述出口的一端位于所述第二部分内，所述第二部分的内腔为圆台状。
可选地，所述多个通孔中的至少一个通孔的孔径大于或等于3毫米且小于或等于7毫米。
可选地，所述气体管道的内径大于或等于0.35厘米且小于或等于0.5厘米。
可选地，所述气体管道包括多个螺旋圈，每个螺旋圈的中间部位中远离所述入口的一侧管壁上设置有通孔。
可选地，所述每个螺旋圈上设置的通孔是以多行多列的形式排布。
第二方面，本申请实施例提供了一种异构化系统，所述系统包括上述的气液混合装置和异构化反应器，所述气液混合装置的所述出口与所述异构化反应器的入口连通。
本申请提供的技术方案至少可以带来以下有益效果：
由于气体管道为螺旋管道，因此气体在气体管道中会产生涡流。并且，液体在由气体管道对固定轴与壳体之间的环形腔体进行分隔后形成的螺旋空腔内也会产生涡流。因此进入该装置中的气体和液体的流动方式均会由轴向运动改变为旋转运动和轴向的螺旋运动相叠加的运动，从而当气体通过气体管道的管壁上设置的多个通孔流入到液体中时，可以保证气体和液体进行充分地混合。由于气体是通过多个通孔以气泡状的形式进入液体中的，因此气液混合相的流动型态呈现为气泡流，从而使得气体可以更好的与液体混合，提高了气液混合相的混合均匀度，进而可以提高后续异构化反应的反应效率。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种气液混合装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种气液混合装置的主视图；
图3是图1所示的气体管道和固定轴的结构示意图；
图4本申请实施例提供的一种异构化系统的结构示意图。
附图标记：
1：壳体；11：入口；12：出口；13：壳体的第一部分；14：壳体的第二部分；2：气体管道；21：气体进口；22：气体管道的远离入口的一个管口；3：固定轴；31：固定轴的靠近入口的一端；32：固定轴的远离入口的一端；4：通孔；5：气液混合装置；6：异构化反应器；61：异构化反应器的入口。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在对本申请实施例进行详细地解释说明之前，先对本申请实施例的应用场景予以说明。
轻烃异构化反应是指使直链的烷烃发生重排，生成支链烷烃的反应，其中支链烷烃的辛烷值比直链烷烃的高。且轻烃异构化反应所生成的异构化油中不含芳烃、烯烃和苯，是调入汽油池的理想组分。
轻烃异构化反应属于气液混合相反应。气液两相在流动过程中，由于气液两相的分散状态、粘性、密度和表面张力等基本物性参数上存在差异，因此随温度、压力、空间、时间等因素的变化，气液两相的流动型态也会发生变化，且这种变化是不确定的。而且随着气液两相的流动型态的变化，气液两相交界面的气液平衡状态也会发生改变，从而会使得气液两相流的流场特性不可控，进而会对轻烃异构化反应的整体效率产生很大影响。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种气液混合装置，可以在气液两相进入异构化反应器前先对气液两相进行混合，以使得气液混合相分布达到理想状态。
图1是本申请实施例提供的一种气液混合装置的结构示意图，图2为图1的主视图，图3为图1中的气体管道2和固定轴3的结构示意图。参见图1、图2和图3，该装置包括：壳体1、气体管道2和固定轴3；壳体1的第一端为入口11，壳体1的第二端为出口12；气体管道2和固定轴3均位于壳体1内；气体管道2为螺旋管道，且气体管道2连接在固定轴3的外壁与壳体1的内壁之间；气体管道2的靠近入口11的一个管口为气体进口21，气体管道2的远离入口11的一个管口22封闭；气体管道2的管壁中除与固定轴3的外壁和壳体1的内壁的连接部位之外的部位上设置有多个通孔4。
需要说明的是，壳体1的材质和尺寸可以预先进行设置，只要能使气体管道2和固定轴3位于壳体1内即可，本申请实施例对此不做具体限定。
另外，固定轴3的位置可以根据使用需求进行预先设置，例如，固定轴3可以设置在壳体1的中心线上，本申请实施例对此不做具体限定。并且，固定轴3与壳体1之间形成一个环形腔体，固定轴3与壳体1之间连接的气体管道2位于该环形腔体内，并将该环形腔体分隔成螺旋空腔。
再者，气体管道2为气体流动的管道。气体管道2的形状可以根据使用需求进行预先设定，例如，气体管道2可以为方形截面螺旋管道、圆形截面螺旋管道等，本申请实施例对此不做具体限定。而且气体管道2的尺寸可以根据气液两相的体积比来确定。一般气液两相的体积比可以为150：1，这种情况下，示例地，气体管道2的内径可以大于或等于0.35厘米且小于或等于0.5厘米。如此，可以保证气液两相中的气体可以充分进入气体管道2内。
值得注意的是，气体管道2中的气体可以通过多个通孔4以气泡状的形式从气体管道2中流出。多个通孔4的尺寸可以根据气液两相中液体的液时体积空速来进行预先设定。例如，多个通孔4中的至少一个通孔4的孔径可以大于或等于3毫米且小于或等于7毫米，示例地，多个通孔4中的至少一个通孔4的孔径可以为5毫米。如此可以保证进入液体中的气泡的直径较小，从而可以保证气体在液体中分布均匀，进而可以保证气体与液体的混合较均匀。
另外，进入该装置的气液两相可以具有一定的比例，例如，在工况标准，即40℃、2MPa的条件下，气液两相的体积比可以为150：1，如此可以保证在该装置内气体大量分布于液体中。
需要说明的是，固定轴3的形状可以根据使用需求进行预先设置，例如，如图1所示，可以将固定轴3的靠近入口11的一端31设置为锥状，以及可以将固定轴3的靠近出口12的一端32设置为锥状。
如此当气液两相从入口11进入该装置时，固定轴3的靠近入口11的一端31可以对气液两相具有一定的导流作用，使得气液两相可以更为快速地流入该装置。同理，当气液混合相从出口12流出该装置时，固定轴3的靠近出口12的一端32可以对气液混合相具有一定的导流作用，使得气液混合相可以更为快速地流出该装置。
另外，壳体1的形状可以根据使用需求进行预先设置。例如，如图1所示，壳体1可以包括第一部分13，第一部分13的一端为入口11，固定轴3的靠近入口11的一端31位于第一部分13内，第一部分13的内腔为圆台状。壳体1还可以包括第二部分14，第二部分14的一端为出口12，固定轴3的靠近出口12的一端32位于第二部分14内，第二部分14的内腔为圆台状。
如此，壳体1的第一部分13的形状与固定轴3的靠近入口11的一端31的形状相匹配，壳体1的第二部分14的形状与固定轴3的靠近出口12的一端32的形状相匹配。壳体1的第一部分13和固定轴3的靠近入口11的一端31之间的空间可以对气液两相具有一定的导流作用，使得气液两相可以更为快速地流入该装置。壳体1的第二部分14和固定轴3的靠近出口12的一端32之间的空间可以对气液混合相具有一定的导流作用，使得气液混合相可以更为快速地流出该装置。
再者，多个通孔4的位置可以根据使用需求进行预先设置，例如，如图3所示，气体管道2可以包括多个螺旋圈，每个螺旋圈的中间部位中远离入口11的一侧管壁上设置有通孔4。如此，当气体在气体管道2中进行旋转运动和轴向的螺旋运动相叠加的运动时，由于离心力的作用，气体会向每个螺旋圈中远离入口11的一侧靠近，进而气体可以更容易地从通孔4流出。并且，通孔4在每个螺旋圈上的排布形式也可以根据使用需求进行预先设置，例如，每个螺旋圈上设置的通孔4可以是以多行多列的形式排布的。由于多行多列是比较均匀的排布形式，因此，可以使得从每个螺旋圈上设置的通孔4流出的气泡在液体中的分布比较均匀，从而可以提高气液混合相的混合均匀度。
实际应用中，在使用该装置时，如图1所示，可以将该装置水平放置在地面上，此时该装置的轴线与地面平行。并且，使气体进口21位于该装置中靠上的位置。由于气体和液体的密度不同，因此当气液两相从入口11进入该装置后，气体会从上方的气体进口21进入气体管道2，液体会进入由气体管道2对固定轴3与壳体1之间的环形腔体进行分隔后形成的螺旋空腔内。之后，气体管道2内的气体会通过气体管道2的管壁上的多个通孔4流出，此时气体会以气泡状的形式进入该螺旋空腔内流动的液体中，如此气体和液体会进行混合，混合后的气体和液体会在该螺旋空腔内流动，最终会从出口12流出。
在本申请实施例中，由于气体管道2为螺旋管道，因此气体在气体管道2中会产生涡流。并且，液体在由气体管道2对固定轴3与壳体1之间的环形腔体进行分隔后形成的螺旋空腔内也会产生涡流。因此进入该装置中的气体和液体的流动方式均会由轴向运动改变为旋转运动和轴向的螺旋运动相叠加的运动，从而当气体通过气体管道2的管壁上设置的多个通孔4流入到液体中时，可以保证气体和液体进行充分地混合。由于气体是通过多个通孔4以气泡状的形式进入液体中的，因此气液混合相的流动型态呈现为气泡流，从而使得气体可以更好的与液体混合，提高了气液混合相的混合均匀度，进而可以提高后续异构化反应的反应效率。
图4是本申请实施例提供的一种异构化系统的结构示意图，参见图4，该系统包括上述实施例中所述的气液混合装置5和异构化反应器6，气液混合装置5的出口12与异构化反应器6的入口61连通。
需要说明的是，异构化反应器6是炼油厂的重要装置，在异构化反应器6中主要进行的是轻烃的异构化反应，异构化反应器6的产品为异构化汽油，该异构化汽油的辛烷值较高，且该异构化汽油中所含有的烯烃、芳烃和苯的含量较低，因此该异构化汽油是调入汽油池的理想调和组分。其中，轻烃的异构化反应指的是使直链的烷烃发生重排，从而生成支链烷烃的过程。
另外，在进行异构化反应时，若气液混合相中气体是以气泡状的形式分布于液体中的，则气泡的直径大小对气液混合相的气含率、气液混合相中气体的湍动能及耗散率、速度大小和竖直方向的速度分量等反应关键指标都有巨大的影响。气液混合相中气泡的直径越小，则气泡的比表面积越大，从而使得气体与液体的接触面积越大，则越有利于气液两相之间的传质。而且气泡的直径越小，则气泡在液体中的运动速度越小，从而使得气泡的湍动能、耗散率、速度大小和竖直方向的速度分量越小，进而使得气体在液体中停留的时间越长，进而可以增强气液两相间的传质效果。如此，气液混合相中气泡的直径越小，可以使得异构化反应越能够更加高效的进行。
再者，气液混合装置5的出口12与异构化反应器6的入口61连通，因此可以使得进入异构化反应器6中的气液混合相的流动型态为气泡流，从而可以使得气液两相流的流场特性可控，进而可以提高异构化反应器6的处理效率。
在本申请实施例中，异构化系统包括气液混合装置5和异构化反应器6，气液混合装置5的出口12与异构化反应器6的入口61连通。气液混合装置5可以使气液混合相的流动型态呈现为气泡流，从而可以使得气体可以更好的与液体混合，提高了气液混合相的混合均匀度，使得进入异构化反应器6中的气液两相间的传质效果较好，从而提高了后续异构化反应器6的处理效率，进而提高了异构化系统整体的效率。
为使本申请的技术方案和优点更加清楚，以下将通过可选实施例进行详细阐述。
固体超强酸异构化反应是一种以固体超强酸为催化剂使轻烃进行异构化的反应，属于气液混合相反应。在进行异构化反应时，当气液混合相中气泡的直径较小时，由于气液两相间的传质效果较好，因此固体超强酸异构化反应将能够更加高效的进行。
当气液两相按照1：2的比例从入口11进入到该气液混合装置中后，气体会从上方的气体进口21进入气体管道2，液体会进入由气体管道2对固定轴3与壳体1之间形成的环形腔体进行分隔后形成的螺旋空腔内。之后，气体管道2内的气体会通过气体管道2的管壁上的多个通孔4流出，此时气体会以气泡状的形式进入该螺旋空腔内流动的液体中，然后气体和液体会进行充分混合，之后混合的气体和液体会在该螺旋空腔内流动，最终从出口12流出。
如此，在该气液混合装置的入口11处，气液两相中气体的直径较大。在该气液混合装置的出口12处，气液混合相中气体和液体混合均匀，并且气体呈现气泡状，且该气泡的直径较小。通过该气液混合装置可以使气液两相进行充分混合，使得气液混合相的流动型态转变为气泡流，从而使得气液混合相在进入异构化反应器前的流动型态可控，如此可以提高后续异构化反应的反应效率。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气液混合装置，其特征在于，所述装置包括：壳体(1)、气体管道(2)和固定轴(3)；
所述壳体(1)的第一端为入口(11)，所述壳体(1)的第二端为出口(12)；所述气体管道(2)和所述固定轴(3)均位于所述壳体(1)内；
所述气体管道(2)为螺旋管道，且所述气体管道(2)连接在所述固定轴(3)的外壁与所述壳体(1)的内壁之间；
所述气体管道(2)的靠近所述入口(11)的一个管口为气体进口(21)，所述气体管道(2)的远离所述入口(11)的一个管口封闭；
所述气体管道(2)的管壁中除与所述固定轴(3)的外壁和所述壳体(1)的内壁的连接部位之外的部位上设置有多个通孔(4)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定轴(3)的靠近所述入口(11)的一端(31)为锥状。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述壳体(1)包括第一部分(13)，所述第一部分(13)的一端为所述入口(11)，所述固定轴(3)的靠近所述入口(11)的一端(31)位于所述第一部分(13)内，所述第一部分(13)的内腔为圆台状。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定轴(3)的靠近所述出口(12)的一端(32)为锥状。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述壳体(1)包括第二部分(14)，所述第二部分(14)的一端为所述出口(12)，所述固定轴(3)的靠近所述出口(12)的一端(32)位于所述第二部分(14)内，所述第二部分(14)的内腔为圆台状。
6.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述多个通孔(4)中的至少一个通孔(4)的孔径大于或等于3毫米且小于或等于7毫米。
7.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述气体管道(2)的内径大于或等于0.35厘米且小于或等于0.5厘米。
8.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述气体管道(2)包括多个螺旋圈，每个螺旋圈的中间部位中远离所述入口(11)的一侧管壁上设置有通孔(4)。
9.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述每个螺旋圈上设置的通孔(4)是以多行多列的形式排布。
10.一种异构化系统，其特征在于，所述系统包括上述权利要求1-9任一所述的气液混合装置(5)和异构化反应器(6)，所述气液混合装置(5)的所述出口(12)与所述异构化反应器(6)的入口(61)连通。
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