CN116254132A - 一种微气泡强化废碱液氧化反应器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微气泡强化废碱液氧化反应器，包括氧化反应器，氧化反应器的底部入口设置有液体加速导管，液体加速导管正上方安装有强制循环筒，强制循环筒内安装有微气泡发生器，微气泡发生器下方设有加速喉段，强制循环筒正上方处设置有回流导液板，回流导液板上方设置有催化剂支撑格栅、催化剂支撑格栅上方设置有催化剂床层，催化剂床层上方设置有瓷球拦截格栅框，瓷球拦截格栅框上方设有微气泡破碎框；氧化反应器上部安装有气液分离丝网，气液分离丝网位于微气泡破碎框上方；碱液入口液体加速导管连通，气体入口与微气泡发生器连通，氧化反应器上部侧壁设置有碱液出口，氧化反应器顶部设置有气体出口。

Description

一种微气泡强化废碱液氧化反应器和方法

技术领域

本发明涉及含硫醇盐碱液处理领域，具体涉及一种微气泡强化废碱液氧化反应器和方法。

背景技术

液化气(C3～C4馏分)和轻汽油(C5～C6馏分)统称为(C3～C6)轻质液态烃，在精制过程中通常采用碱洗法进行精制脱硫醇。碱洗精制法脱硫醇，一般过程是液态烃与碱液接触进行抽提，液态烃中低分子硫醇与氢氧化钠反应生成硫醇钠进入碱液相，液态烃的总硫得以降低。含有硫醇钠的碱液在氧化塔内与空气接触，在酞菁类金属配合物催化剂作用下，硫醇钠与氧反应生成二硫化物和氢氧化钠，生成的二硫化物不溶于碱液，在二硫化物沉降罐内经过1小时以上的重力沉降与碱液分离外排，再生后的碱液重新进入抽提塔使用。

常规的碱液氧化再生装置实际运行时，仍存在两个问题：①抽提后碱液催化氧化反应进行不彻底，反应转化率不到70％，转化率偏低。导致再生后碱液中硫醇钠含量偏高，影响碱液对硫醇钠的抽提效果；②再生碱液中氢氧化钠与二硫化物无法得到完全分离，仍有2000～10000ppm的二硫化物以微乳液状态留在再生碱液中，从而导致在抽提阶段进入液态烃，导致液态烃的总硫超标。而且再生碱液中二硫化物不断累积，需要经常更换碱液才能保证液态烃的总硫达标，废碱液排放量较大。

可见，提高含硫醇盐碱液的催化氧化转化率，以及降低再生碱液中的二硫化物含量，是增强液态烃精制效果的关键。由此带来的益处在于：一是可以防止二硫化物进入液态烃，可以有效降低液态烃总硫，二是可以减少废碱液排放，对液态烃碱洗脱硫醇而言是非常重要的。

CN200610050894.0公开了一种采用富氧再生含有硫醇钠碱液的方法。该方法通过特别设计的文丘里管强化气液相间传质，提高了碱液中硫醇钠的转化率。但是该方法的气液比受塔器操作限制一般为2～8，不能有效脱除反应生成的二硫化物，不能很好解决碱液中二硫化物累积的问题。采用纯氧曝气氧化，常温常压下纯氧气在水中的溶解度只有42mg/L，大量氧气逃逸，不仅成本过高，而且大大加剧了有机物与纯氧的爆炸风险，提高进气氧含量无法满足安全运行的要求。

CN201310655920.2公开了一种含有硫醇盐碱液的氧化再生方法，根据超重力设备的特点，将硫醇钠催化氧化过程和二硫化物分离过程在同一个超重力设备中完成，实现反应与分离的耦合。同时由于能够实现高的气液传质效率，能够达到极佳的碱液再生效果。基于以上原理，采用超重力设备一步完成C3～C6液态烃碱液精制过程所产生的含硫醇盐碱液的氧化再生工艺。超重力作为动设备，在流程工业还是存在一定的风险。

CN202010126780.X一种大小气泡分形分布的废碱液高效氧化的装置和方法和CN202110082198.2一种基于分形气泡的高传质环流反应器和废碱液氧化方法，采用大小分形气泡强化气液传质。为了获得较高的总传质系数，装置内部理想状态是存在部分较小气泡，较小气泡提供较大的界面面积，另外存在一部分较大气泡，较大气泡诱导周围液体形成漩涡，进而提高液体微团接触传质界面的概率，加快气泡周围的液体更新，较大、较小气泡以一定比例的共存方法可以增大有效传质面积和提高液相传质系数。两个专利内部产生分形气泡主要是依靠文丘里面的撕拉效应，受操作条件的影响较大，很多情况并不能形成强化传质的微气泡，效果一般。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种微气泡强化废碱液氧化反应器和方法，根据微气泡发生器的特点，设置强制循环筒和液体加速导管，一方面形成更加稳定均匀的微气泡，另一方面强制循环筒可以有效的强化氧气和碱液接触，实现极佳的碱液再生效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微气泡强化废碱液氧化反应器，包括氧化反应器，氧化反应器的底部入口设置有液体加速导管，液体加速导管正上方安装有强制循环筒，强制循环筒内安装有微气泡发生器，微气泡发生器下方设有加速喉段，强制循环筒正上方处设置有回流导液板，回流导液板上方设置有催化剂支撑格栅、催化剂支撑格栅上方设置有催化剂床层，催化剂床层上方设置有瓷球拦截格栅框，瓷球拦截格栅框上方设有微气泡破碎框；氧化反应器上部安装有气液分离丝网，气液分离丝网位于微气泡破碎框上方；

碱液入口液体加速导管连通，气体入口与微气泡发生器连通，氧化反应器上部侧壁设置有碱液出口，氧化反应器顶部设置有气体出口。

优选的，瓷球拦截格栅框从下至上由下约翰逊网、瓷球、中约翰逊网组成。

优选的，微气泡破碎框从下至上由钛丝网、上约翰逊网组成。

优选的，所述催化剂支撑格栅的开孔率≥30％；下约翰逊网、中约翰逊网、上约翰逊网的开孔率的≥30％；钛丝网的开孔率≥90％。

本发明还要求保护一种微气泡强化废碱液氧化反应的方法，利用所述反应器，包括如下步骤：

含氧气体从气体入口进入微气泡发生器，含硫醇盐碱液从碱液入口通过液体加速导管进入氧化反应器；大部分流体经过加速喉段加速后进入强制循环筒，剪切微气泡发生器，形成微气泡流，回流导液板将一部分向上的微气泡流折返向下，在强制循环筒内实现回流，强化气液混合，另一部分微气泡流直接进入上方催化剂床层进行反应，反应完后再生碱液从碱液出口排出，气体经过气液分离丝网从气体出口排出。

优选的，含氧气体的氧体积含量为21～40％。

优选的，含硫醇盐碱液的温度为20～80℃。

优选的，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为1～2000：1。

优选的，所述微气泡发生器产生的微气泡直径为100～300μm。

优选的，催化剂床层内填充的催化剂为磺化钛菁钴或钛菁钴磺酸铵，含硫醇盐碱液中催化剂的含量为100～200μg/mL。

优选的，回流导液板的两侧挡板与水平面的夹角为30～60°。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供的微气泡强化废碱液氧化反应器，将微气泡强化氧化过程、催化剂的拦截过程和微气泡的破碎过程耦合在同一个反应器中完成，实现了强化反应与强化分离的耦合，能够一步完成C3～C6液态烃碱液精制过程所产生的含硫醇盐碱液的氧化再生工艺。

2)根据微气泡发生器的特点，设置液体加速导管、微气泡发生器、强制循环筒、加速喉段、回流导液板，能够加速液体进反应器的初始速度，使高速液体剪切微气泡发生器，能形成稳定均匀的微气泡，并保证微气泡的尺度保持在100～300μm，远小于现有技术中产生的气泡(3～5mm)，有效的强化了氧气和碱液接触，能够实现高的气液传质效率，达到极佳的碱液再生效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例示意图，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明提供的微气泡强化废碱液氧化反应器的设备图；

图2为氧化反应器内部微气泡和常规气泡对比图。

图中，1、氧化反应器，2、液体加速导管，21、碱液入口，22、气体入口，23、碱液出口，24、气体出口，3、强制循环筒，31、加速喉段，32、回流导液板，4、微气泡发生器，5、催化剂支撑格栅，6、催化剂床层，7、瓷球拦截格栅框，71、下约翰逊网，72、瓷球，73、中约翰逊网，8、微气泡破碎框，81、钛丝网，82、上约翰逊网，9、气液分离丝网。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，为本发明提供的一种微气泡强化废碱液氧化反应器，包括氧化反应器1，氧化反应器1的底部入口设置有液体加速导管2，液体加速导管2正上方安装有强制循环筒3，强制循环筒3内安装有微气泡发生器4，微气泡发生器4下方设有加速喉段31，强制循环筒2正上方处设置有回流导液板32，回流导液板32上方设置有催化剂支撑格栅5、催化剂支撑格栅5上方设置有催化剂床层6，催化剂床层6上方设置有瓷球拦截格栅框7，瓷球拦截格栅框7上方设有微气泡破碎框8；氧化反应器1上部安装有气液分离丝网9，气液分离丝网9位于微气泡破碎框8上方；

碱液入口21液体加速导管2连通，气体入口22与微气泡发生器4连通，氧化反应器1上部侧壁设置有碱液出口23，氧化反应器1顶部设置有气体出口24。

具体的，瓷球拦截格栅框7从下至上由下约翰逊网71、瓷球72、中约翰逊网73组成；所述催化剂支撑格栅5的开孔率≥30％，优选为30％、40％、50％、60％；

具体的，微气泡破碎框8从下至上由钛丝网81、上约翰逊网82组成；下约翰逊网71、中约翰逊网73、上约翰逊网82的开孔率的≥30％，优选为30％、40％、50％、60％；钛丝网81的开孔率≥90％，优选为90％、92％、95％。

本发明还要求保护一种微气泡强化废碱液氧化反应的方法，利用所述反应器，包括如下步骤：

含氧气体从气体入口22进入微气泡发生器4，含硫醇盐碱液从碱液入口21通过液体加速导管2进入氧化反应器1；大部分流体经过加速喉段31加速后进入强制循环筒3，剪切微气泡发生器4，形成均匀稳定的微气泡流，回流导液板32将一部分向上的微气泡流折返向下，在强制循环筒2内实现回流，强化氧气和碱液的接触混合，保证高的气液传质效率和极佳的碱液再生效果，另一部分微气泡流直接进入上方催化剂床层6进行反应，氧化反应器1下部形成气液循环回流，中上部形成气液并流；反应完后再生碱液从碱液出口23排出，气体经过气液分离丝网9从气体出口24排出。

具体的的，含氧气体的氧体积含量为21～40％，可以为21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、35％、40％，不宜采用过高氧含量的富氧，以避免不必要的浪费。

具体的，含硫醇盐碱液的温度为20～80℃，可以为20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃。

进一步的，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为1～2000：1，可以为1：1、5：1、10：1、20：1、30：1、40：1、50：1、60：1、70：1、80：1、90：1、100：1、200：1、300：1、400：1、500：1、600：1、700：1、800：1、900：1、1000：1、1200：1、1500：1、1600：1、1800：1、2000：1。

具体的，所述微气泡发生器产生的微气泡直径为100～300μm，可以为100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、210μm、220μm、230μm、240μm、250μm、260μm、270μm、280μm、290μm、300μm。

具体的，催化剂床层6内填充的催化剂为磺化钛菁钴或钛菁钴磺酸铵，含硫醇盐碱液中催化剂的含量为100～200μg/mL，可以为100μg/mL、110μg/mL、120μg/mL、130μg/mL、140μg/mL、150μg/mL、160μg/mL、170μg/mL、180μg/mL、190μg/mL、200μg/mL。

优选的，回流导液板32的两侧挡板与水平面的夹角为30～60°，可以为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°。

下面通过具体实施例，来对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种微气泡强化废碱液氧化反应的方法，包括如下步骤：

常压下将氧体积含量25％的气体换热达60℃从气体入口22进入微气泡发生器4，60℃含硫醇盐碱液从碱液入口21通过液体加速导管2进入氧化反应器1，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为10：1；

大部分流体经过加速喉段31加速后进入强制循环筒3，剪切微气泡发生器4，形成均匀稳定的微气泡流，微气泡直径为200μm；

两侧挡板与水平面的夹角为45°的回流导液板32将一部分向上的微气泡流折返向下，在强制循环筒2内实现回流，强化氧气和碱液的接触混合，保证高的气液传质效率和极佳的碱液再生效果，另一部分微气泡流直接进入上方催化剂床层6进行反应，含硫醇盐碱液中催化剂磺化酞氰钴含量为150μg/mL，氧化反应器1下部形成气液循环回流，中上部形成气液并流；

反应完后再生碱液从碱液出口23排出，气体经过气液分离丝网9从气体出口24排出。

再生前后碱液性质对比见表1。

表1再生前后性质对比

项目	原料碱液	再生碱液
			硫醇钠/w‰	3.1	0.01
二硫化物/(mg/g)	50	<1

实施例2

一种微气泡强化废碱液氧化反应的方法，包括如下步骤：

常压下将氧体积含量25％的气体换热达30℃从气体入口22进入微气泡发生器4，30℃含硫醇盐碱液从碱液入口21通过液体加速导管2进入氧化反应器1，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为100：1；

大部分流体经过加速喉段31加速后进入强制循环筒3，剪切微气泡发生器4，形成均匀稳定的微气泡流，微气泡直径为200μm；

两侧挡板与水平面的夹角为45°的回流导液板32将一部分向上的微气泡流折返向下，在强制循环筒2内实现回流，强化氧气和碱液的接触混合，保证高的气液传质效率和极佳的碱液再生效果，另一部分微气泡流直接进入上方催化剂床层6进行反应，含硫醇盐碱液中催化剂磺化酞氰钴含量为150μg/mL，氧化反应器1下部形成气液循环回流，中上部形成气液并流；

反应完后再生碱液从碱液出口23排出，气体经过气液分离丝网9从气体出口24排出。

再生前后碱液性质对比见表2。

表2再生前后性质对比

对比例1

一种废碱液氧化反应的方法，包括如下步骤：

常压下将氧体积含量25％的气体换热达60℃从气体入口22进入气泡发生器4，60℃含硫醇盐碱液从碱液入口21通过液体加速导管2进入氧化反应器1，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为10：1；

大部分流体经过加速喉段31加速后进入强制循环筒3，剪切气泡发生器4，形成均匀稳定的气泡流，气泡直径为5mm；

两侧挡板与水平面的夹角为45°的回流导液板32将一部分向上的气泡流折返向下，在强制循环筒2内实现回流，另一部分气泡流直接进入上方催化剂床层6进行反应，含硫醇盐碱液中催化剂磺化酞氰钴含量为150μg/mL；

反应完后再生碱液从碱液出口23排出，气体经过气液分离丝网9从气体出口24排出。

再生前后碱液性质对比见表3。

表3再生前后性质对比

项目	原料碱液	再生碱液
			硫醇钠/w‰	3.1	0.35
二硫化物/(mg/g)	50	>1

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微气泡强化废碱液氧化反应器，其特征在于，包括氧化反应器(1)，氧化反应器(1)的底部入口设置有液体加速导管(2)，液体加速导管(2)正上方安装有强制循环筒(3)，强制循环筒(3)内安装有微气泡发生器(4)，微气泡发生器(4)下方设有加速喉段(31)，强制循环筒(2)正上方处设置有回流导液板(32)，回流导液板(32)上方设置有催化剂支撑格栅(5)、催化剂支撑格栅(5)上方设置有催化剂床层(6)，催化剂床层(6)上方设置有瓷球拦截格栅框(7)，瓷球拦截格栅框(7)上方设有微气泡破碎框(8)；氧化反应器(1)上部安装有气液分离丝网(9)，气液分离丝网(9)位于微气泡破碎框(8)上方；

碱液入口(21)液体加速导管(2)连通，气体入口(22)与微气泡发生器(4)连通，氧化反应器(1)上部侧壁设置有碱液出口(23)，氧化反应器(1)顶部设置有气体出口(24)。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，瓷球拦截格栅框(7)从下至上由下约翰逊网(71)、瓷球(72)、中约翰逊网(73)组成。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，微气泡破碎框(8)从下至上由钛丝网(81)、上约翰逊网(82)组成。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述催化剂支撑格栅(5)的开孔率≥30％；下约翰逊网(71)、中约翰逊网(73)、上约翰逊网(82)的开孔率的≥30％；钛丝网(81)的开孔率≥90％。

5.一种微气泡强化废碱液氧化反应的方法，利用权利要求1～4任一项所述反应器，其特征在于，包括如下步骤：

含氧气体从气体入口(22)进入微气泡发生器(4)，含硫醇盐碱液从碱液入口(21)通过液体加速导管(2)进入氧化反应器(1)；大部分流体经过加速喉段(31)后进入强制循环筒(3)，剪切微气泡发生器(4)，形成微气泡流，回流导液板(32)将一部分向上的微气泡流折返向下，在强制循环筒(2)内实现回流，强化气液混合，另一部分微气泡流直接进入上方催化剂床层(6)进行反应，反应完后再生碱液从碱液出口(23)排出，气体经过气液分离丝网(9)从气体出口(24)排出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，含氧气体的氧体积含量为21～40％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，含硫醇盐碱液的温度为20～80℃。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，含氧气体与含硫醇盐碱液的气液体积比为1～2000：1。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述微气泡发生器(4)产生的微气泡直径为100～300μm。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，催化剂床层(6)内填充的催化剂为磺化钛菁钴或钛菁钴磺酸铵，含硫醇盐碱液中催化剂的含量为100～200μg/mL。

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