CN117753316A - 一种加氢反应过程强化系统和方法 - Google Patents
一种加氢反应过程强化系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117753316A CN117753316A CN202410003835.6A CN202410003835A CN117753316A CN 117753316 A CN117753316 A CN 117753316A CN 202410003835 A CN202410003835 A CN 202410003835A CN 117753316 A CN117753316 A CN 117753316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reaction
- liquid
- hydrogenation reaction
- hydrogenation
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 185
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 40
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 156
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 117
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 82
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 78
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 75
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 75
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 73
- PLAZXGNBGZYJSA-UHFFFAOYSA-N 9-ethylcarbazole Chemical compound C1=CC=C2N(CC)C3=CC=CC=C3C2=C1 PLAZXGNBGZYJSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 6
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 26
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 20
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 description 14
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 13
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 12
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 8
- DRAFVCKNYNQOKR-GFCCVEGCSA-N (1-methoxycarbonylcyclopropyl) 3-[(1r)-1-phenylethyl]imidazole-4-carboxylate Chemical compound C=1N=CN([C@H](C)C=2C=CC=CC=2)C=1C(=O)OC1(C(=O)OC)CC1 DRAFVCKNYNQOKR-GFCCVEGCSA-N 0.000 description 6
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 6
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 238000009903 catalytic hydrogenation reaction Methods 0.000 description 3
- 208000012839 conversion disease Diseases 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 3
- PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N vertaline Natural products C1C2C=3C=C(OC)C(OC)=CC=3OC(C=C3)=CC=C3CCC(=O)OC1CC1N2CCCC1 PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N nitrobenzene Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=CC=C1 LQNUZADURLCDLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- ZPTVNYMJQHSSEA-UHFFFAOYSA-N 4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 ZPTVNYMJQHSSEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFBPFSWMIHJQDM-UHFFFAOYSA-N N-methylaniline Chemical compound CNC1=CC=CC=C1 AFBPFSWMIHJQDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000016507 interphase Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及化学反应工程领域，公开了一种加氢反应过程强化系统和方法。加氢反应过程强化系统包括进料装置、混合装置、加氢反应装置和分离装置，所述进料装置与所述混合装置的进料端连接，所述加氢反应装置上设置有与所述混合装置的出料端连接的反应进口以及与所述分离装置连接的反应出口；所述混合装置内设置有微通道单元，所述反应进口高于所述反应出口，以能够将反应原料经所述进料装置输入所述混合装置内，再经所述微通道单元混合后输入所述加氢反应装置中进行下行式反应。该反应系统能够对加氢反应的气液原料进行强化混合，结构简单，提高加氢反应转化率。
Description
技术领域
本发明涉及化学反应工程领域，具体地，涉及一种加氢反应过程强化系统。进一步地，本发明还涉及一种采用该加氢反应过程强化系统的加氢反应过程强化方法。
背景技术
加氢是化学工业中一大门类反应，很多重要的加氢反应，例如，加氢精制和芳烃加氢等都是在固定床催化反应器中进行的气液固三相反应。一般情况下，氢气和液体油品经混合后并流向下，流过固体催化剂床层发生加氢反应。具体说来，上述反应包括以下步骤：(1)氢气从气相扩散至气液相界面；(2)在相界面处，氢气溶解于液相达到平衡；(3)氢气在液膜中扩散；(4)氢气与液相中的反应物均匀混合；(5)氢气与反应物穿过固液界面的液膜层到达催化剂表面；(6)氢气与反应物在固相催化剂表面吸附并发生反应，若为多孔载体则还包括各组分在孔内的扩散；(7)生成的产物经固液界面的液膜扩散至液相主体流出反应区。可以看出，氢气与液体油品的气液混合以及氢气在液体中传质和溶解是影响固定床中催化加氢反应的一个重要因素。在气液固三相固定床反应器中，为了提高氢气与液相油品之间的传质速率，快速补充液相中氢气的消耗，通常需要工作在氢气大大过量以及较高氢分压和较大氢气循环量状态下，但该工作状态氢耗和能耗大，显著增加成本；特别是针对动力学常数较大的高氢耗快速反应(如多环芳烃的加氢)，氢气与油品的混合可能成为反应的控制和制约因素。因此，强化氢气和油品的混合与传质，提高转化率和降低氢耗，能够带来显著的经济效益。
CN112175667A公开了一种混合油加氢微界面强化反应系统及方法，通过在固定床反应器上设置微界面发生器，在反应原料进入反应器之前，将反应过程中气体的压力能和/或液体的动能转变转化为氢气气泡的表面能，使氢气气泡破碎为直径大于等于1μm、且小于1mm的微气泡，增大加氢反应过程中混合油与氢气之间的相间面积，提高混合油与氢气之间的传质效率，并在破碎后使混合油与氢气微气泡混合形成气液乳化物，以达到在较低的预设压力范围内强化混合油与氢气之间的反应效率的目的。
CN110396425A公开了一种微界面强化液相循环加氢的装置及方法，在加氢反应器前端增加微气泡发生器，该微气泡发生器为旋流型微气泡发生器，原料油通过高速旋转，在空心轴处形成低压，抽吸氢气，在内部旋流作用下，高速旋转的液体将氢气撕扯分割成大量气泡，实现氢气在油品中的快速溶解，同时过量的氢气形成微米级气泡与油品形成拟均相气液混合物流，随着加氢反应进行，悬浮的氢气微气泡不断向油品中补充氢气，实现快速补氢。与传统加氢装置相比，该装置能否大幅度提高反应器的空间利用率，可提高近10～20％；同时能够降低装置体系内的压力，降低装置成本。
宋军超等人公开了一种微界面强化混合柴油加氢精制技术(化学工业与工程，2023，40(4):50-57)，气液两相首先经过微界面机组，利用微米级高能气、液涡流能量转换原理，通过高能液体撞击气流，液体的机械能不断地传输给气体并转变为气泡表面能，产生微米级气泡，增大气液相间传质面积，提高传质速率，然后气液两相以上行的方式(下进上出)进入固定床反应器进行反应，实现了提高柴油脱硫率和降低反应压力的目的。
总的说来，以上公开的技术主要是通过在液体油品中形成微米级氢气微气泡，利用微气泡的高比表面积、上升速度慢和溶解速度快等特点，强化氢气在油品中的溶解或扩散速率。在这些技术中，液体为连续相，氢气微气泡为分离相，因此不适用于气体流量较大的情况，当氢气流量较大时，气相会发展成为连续相，不能形成微气泡；另外，携带微气泡的流体离开微气泡发生装置后与固体催化剂床层接触时有可能破坏微气泡，逐渐聚并成大气泡甚至聚并成连续的氢气流体，降低气液两相间的传质速率。
CN112624929A将静态混合器用于硝基苯气相催化加氢，将一硝基甲苯和氢气通入静态混合器中混合加热进行反应，并通过静态混合器外端安装的加热装置控制快速加热气相催化，然后气体物料进入混合器搅拌混合，最终进入沸腾流化床进行加氢反应，生成甲基苯胺。该技术主要涉及气体的混合而不是气液两相混合，并且反应是在流化床反应器而不是固定床反应器中进行。
因此，固定床反应器催化加氢时所存在的难以适用于气体流量较大的情况、微气泡易破坏而降低气液两相间传质速率的问题仍未得到有效解决。
发明内容
本发明首先所要解决的技术问题是提供一种加氢反应过程强化系统，该反应系统能够对加氢反应的气液原料进行强化混合，结构简单,提高加氢反应转化率。
本发明其次所要解决的技术问题是提供一种加氢反应过程强化方法，该方法能够保持反应过程稳定、提高加氢反应转化率。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种加氢反应过程强化系统，包括进料装置、混合装置、加氢反应装置和分离装置，所述进料装置与所述混合装置的进料端连接，所述加氢反应装置上设置有与所述混合装置的出料端连接的反应进口以及与所述分离装置连接的反应出口；所述混合装置内设置有微通道单元，所述反应进口高于所述反应出口，以能够将反应原料经所述进料装置输入所述混合装置内，再经所述微通道单元混合后输入所述加氢反应装置中进行下行式反应。
优选地，所述微通道单元包括至少一组分离再结合通道结构，以使得所述进料装置输入的反应原料经所述微通道单元进行至少一次分割-重排-再结合后形成混合流体。
更优选地，所述微通道单元包括多个支流通道、与所述支流通道连接的夹缝以及与所述夹缝连接且沿垂直方向设置的流出通道，以使得所述进料装置输入的反应原料经所述支流通道分流后进入所述夹缝混合，再经所述流出通道输出。
进一步优选地，所述进料装置包括气体进料单元和液体进料单元，所述气体进料单元包括气体进料管路和位于所述气体进料管路上的气体流量控制器，所述气体进料管路的一端与气体供应装置连接、另一端与所述混合装置的进料端连接；所述液体进料单元包括液体进料管路和位于所述液体进料管路上的液体计量泵，所述液体进料管路的一端与液体供应装置连接、另一端与所述混合装置的进料端连接。
具体地，所述气体进料管路上还设置有压力表和气体截止阀，所述液体进料管路上还设置有液体截止阀；所述液体计量泵选自离心泵、蠕动泵、注射泵、恒流泵和柱塞泵中的一种或几种。
更具体地，所述加氢反应装置为固定床加氢反应器，所述反应进口位于所述加氢反应装置的顶部，所述反应出口位于所述加氢反应装置的底部。
典型地，所述分离装置包括与所述反应出口连接的第一分离器、与所述第一分离器的液体出口连接的第二分离器以及与所述第二分离器的液体出口连接的储罐。
本发明第二方面提供一种加氢反应过程强化方法，采用如上所述的加氢反应过程强化系统，该方法包括以下步骤：氢气和液体原料通过所述进料装置输入所述混合装置中，经所述微通道单元混合形成混合流体，再将所述混合流体从所述反应进口以下行的方式进入所述加氢反应装置中进行加氢反应得到反应物料，将所述反应物料从所述反应出口输入所述分离装置中进行气液分离。
优选地，所述液体原料为液体油品，优选为N-乙基咔唑含量为5-10wt％的N-乙基咔唑-十氢萘溶液。
更优选地，所述加氢反应装置中加氢反应采用Ni/MCM-41催化剂，所述Ni/MCM-41催化剂的制备方法包括：将MCM-41载体在温度为120-180℃下处理8-12h后，与含有镍盐的醇溶液混合得到混合物，将所述混合物以温度为20-30℃、避光的条件静置6-10h后进行固液分离得到固态产物，将所述固态产物进行干燥、焙烧。
具体地，所述微通道单元混合的条件包括：温度为-30至200℃，优选为30-100℃；压力为1-10MPa，优选为3-10MPa。
典型地，所述加氢反应装置中加氢反应的条件包括：压力为1-10MPa，氢气流量为1-4000mL/min，液体原料流量为0.1-67mL/min，氢气与液体原料的体积比500-850:1。
通过上述技术方案，本发明提供的加氢反应过程强化系统通过设置具有微通道单元的混合装置，与下行式的加氢反应装置相配合，使得反应原料经进料装置输入混合装置内，利用微通道单元将反应原料进行强化混合后再输入加氢反应装置中进行下行式反应，可有效提升氢化反应原料的混合接触效果，提高反应转化率；尤其适用于气液两相氢化反应体系，能够提高气液两相间传质效率，显著提高不饱和有机化合物的氢化转化率。与现有的固定床催化剂加氢反应器相比，仅需要在反应器入口端增设具有微通道单元的混合装置并将反应器设置为下行式结构，对原加氢工艺影响较小，且氢气流量可调范围大，适用于大规模的工业应用，特别是氢气流量大的情况。
附图说明
图1是本发明中加氢反应过程强化系统的一种具体实施方式的结构示意图；
图2是对比例1所提供的不含有混合装置的加氢反应系统的结构示意图；
图3是实施例3、实施例4和对比例2中氢气压力为4MPa条件下N-乙基咔唑(NEC)加氢转化率对比图；
图4是实施例5、实施例6和对比例3中氢气压力为5MPa条件下N-乙基咔唑(NEC)加氢转化率对比图。
附图标记说明
1进料装置 11气体进料管路
12气体流量控制器 13液体进料管路
14液体计量泵 15压力表
16气体截止阀 17液体截止阀
18减压阀 19开关阀
2混合装置 3加氢反应装置
31反应进口 32反应出口
4分离装置 41第一分离器
42第二分离器 43储罐
A氢气 B液体原料
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
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“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是抵接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方向或位置关系，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”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。
在本发明的一个基本实施方式中，参见图1，一种加氢反应过程强化系统包括进料装置1、混合装置2、加氢反应装置3和分离装置4，进料装置1与混合装置2的进料端连接，加氢反应装置3上设置有与混合装置2的出料端连接的反应进口31以及与分离装置4连接的反应出口32；混合装置2内设置有微通道单元，反应进口31高于反应出口32，以能够将反应原料经进料装置1输入混合装置2内，再经微通道单元混合后输入加氢反应装置3中进行下行式反应。
本发明中，进料装置1、混合装置2、加氢反应装置3和分离装置4之间的连接管路上可分别设置相应的阀门，控制各个装置之间物料的流动，各个阀门可手动控制，也可以针对该加氢反应过程强化系统设置控制系统，对各阀门或者各装置的运行进行控制。下行式反应指的是反应原料在加氢反应装置3中沿重力方向自上向下流动进行加氢反应的过程。
本发明提供的加氢反应过程强化系统可应用于各种加氢的反应过程，尤其适用于气液两相氢化反应体系，气液两相混合采用微通道强化混合的过程，不需要形成微气泡，能够提高气液两相间传质效率，显著提高不饱和有机化合物的氢化转化率。与现有的固定床催化剂加氢反应器相比，仅需要在反应器入口端增设具有微通道单元的混合装置2并配合将反应器设置为下行式结构，对原加氢工艺影响较小，且氢气流量可调范围大，适用于大规模的工业应用，特别是氢气流量大的情况。
本发明中，微通道单元指的是含有微米级的流体通道，将流经的反应原料切割形成微米级甚至更小尺寸的层流状态，提高反应原料的混合均匀性和传质效率。微通道单元可以为T型、分流型、混沌型等结构形式，作为一种优选的实施方式，微通道单元包括至少一组分离再结合通道结构，以使得进料装置1输入的反应原料经微通道单元进行至少一次分割-重排-再结合后形成混合流体，以使得气液两相反应原料的混合效果更好、传质效率更高。优选情况下，分离再结合通道结构设置为5-10组且呈坡道型结构，使得气液两相反应原料流经多组分离再结合通道结构，分流成多束厚度为微米级的流体，混合传质效果更好。示例性地，混合装置2可采用微分离再结合型(CPMM)微通道混合器，其内部具有多个对反应原料进行分割-重排-再结合的微通道单元。
作为另一种优选的实施方式，微通道单元包括多个支流通道、与支流通道连接的夹缝以及与夹缝连接且沿垂直方向设置的流出通道，以使得进料装置1输入的反应原料经支流通道分流后进入夹缝混合形成混合流体，再经流出通道输出，以使得气液两相反应原料快速混合，流体间的均匀度高。其中，流出通道的出口可以设置为喷嘴式出口，支流通道呈水平设置；气液两相反应原料水平逆流进入支流通道分别被均分成多股支流后进入狭缝，在狭缝中实现气相流体与液相流体的混合，形成气相-液相-气相-液相型周期性流体，再经流出通道以垂直的方向流向喷嘴式输出，实现气液两相流体的快速混合。示例性地，混合装置2可采用交叉指型(SIMM)微通道混合器，其内部具有支流通道、夹缝以及流出通道形成的微通道单元。
本发明中，进料装置1可采用能够向混合装置2中输入氢化反应原料的管路或供料装置。作为一种优选的实施方式，进料装置1包括气体进料单元和液体进料单元，气体进料单元包括气体进料管路11和位于气体进料管路11上的气体流量控制器12，气体进料管路11的一端与气体供应装置连接、另一端与混合装置2的进料端连接；液体进料单元包括液体进料管路13和位于液体进料管路13上的液体计量泵14，液体进料管路13的一端与液体供应装置连接、另一端与混合装置2的进料端连接。相应地，混合装置2上设置两个进口，一个进口与气体进料管路11连接、另一个进口与液体进料管路13连接；气体进料管路11可设置减压阀18，以保持氢气A进入混合装置2时的压力稳定；液体进料管路13上可设置开关阀19，以与液体计量泵14相配合，更好地控制液体原料B的流量。参见图1，氢化反应的氢气A可从气体进料管路11供入混合装置2中，以气体流量控制器12控制氢气A的流量，液体原料B可从液体进料管路13供入混合装置2中，以液体计量泵14控制液体原料B的流量，使得氢气A和液体原料B以氢化反应所需的流量比例输入混合装置2中进行混合。
本发明中，液体计量泵14选自离心泵、蠕动泵、注射泵、恒流泵和柱塞泵中的一种或几种。为了进一步提高气体进料管路11供入混合装置2的氢气流量稳定性和使用安全性，气体进料管路11上还设置有压力表15和气体截止阀16；此外，液体进料管路13上还设置有液体截止阀17，以防止形成液体原料倒流的情况。
本发明中，加氢反应装置3可以采用常规的加氢反应所需的装置或设备，优选情况下，加氢反应装置3为固定床加氢反应器，基于固定床加氢反应器中装填有固体催化剂，可保持较高的加氢反应效率；固定床加氢反应器内部一般设置有入口扩散器(或称分散器)、液(流)体分布盘、筒式滤油器(或称过滤篮筐)、催化剂床层支件、急冷箱和再分布板以及反应器出口集油器，外部也可设置有相应的附属设备，其具体结构设计需满足进行下行式反应过程。进一步优选地，反应进口31位于加氢反应装置3的顶部，反应出口32位于加氢反应装置3的底部，以使得混合装置2形成的混合流体能够更好地进行下行式反应，加氢反应更加充分。
本发明中，分离装置4采用可进行气液分离的装置或设备，以对加氢反应后的物料进行氢气与液体物料的分离，分离后得到的气体可循环使用或者排空。作为一种优选的实施方式，分离装置4包括与反应出口32连接的第一分离器41、与第一分离器41的液体出口连接的第二分离器42以及与第二分离器42的液体出口连接的储罐43。第一分离器41与第二分离器42形成两级气液分离，通过两者的配合对加氢反应后的物料进行快速、高效的气液分离，分离后将液体物料输入储罐。进一步优选地，第一分离器41采用高压气液分离器，第二分离器42采用低压气液分离器，在高压气液分离器中，通过对较高的压力控制，实现气液两相的闪蒸分离；再进入低压气液分离器中通过降压处理，使闪蒸分离的物质达到饱和蒸汽压，从而实现再次分离。
基于上述提供的加氢反应过程强化系统，本发明第二方面提供一种加氢反应过程强化方法，采用如前所述的加氢反应过程强化系统，该方法包括以下步骤：氢气和液体原料通过进料装置1输入混合装置2中，经微通道单元混合形成混合流体，再将混合流体从反应进口31以下行的方式进入加氢反应装置3中进行加氢反应得到反应物料，将反应物料从反应出口32输入分离装置4中进行气液分离。
本发明提供的加氢反应过程强化方法，将氢气和液体原料首先经混合装置2中的微通道单元强化混合，形成相应的气液混合流型，然后以下行的方式进入到装填有催化剂的加氢反应装置3中发生氢化反应，最后反应物料进入到分离装置4中完成氢气和液体的分离。整个反应过程简单，且具有较高的加氢反应转化率，且氢气流量可调范围大，适用于大规模的工业应用，特别是氢气流量大的情况。
本发明中，加氢反应的液体原料可以为液体油品，例如，N-乙基咔唑(NEC)-十氢萘溶液等，优选为N-乙基咔唑含量为5-10wt％的NEC-十氢萘溶液；采用上述提供的加氢反应过程强化系统能够获得较高的加氢反应转化率。
本发明中，加氢反应装置3中存在能够催化加氢反应进行的催化剂。优选情况下，加氢反应装置3中加氢反应采用Ni/MCM-41催化剂，所述Ni/MCM-41催化剂的制备方法包括：将MCM-41载体在温度为120-180℃下处理8-12h后，与含有镍盐的醇溶液混合得到混合物，将所述混合物以温度为20-30℃、避光的条件静置6-10h后进行固液分离得到固态产物，将所述固态产物进行干燥、焙烧。该Ni/MCM-41催化剂有利于进一步提高加氢反应的速率和转化率，尤其是正对N-乙基咔唑的加氢反应。
其中，镍盐可以为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍中的至少一种，有机醇为乙醇和/或丙醇，干燥的温度可以采用100-150℃，时间为10-15h；焙烧的温度可以采用450-550℃，时间为2-4h。
本发明中，该Ni/MCM-41催化剂在加氢反应装置3采用固定床加氢反应器时，需要将其固定化至反应器中，具体过程可以为：将该Ni/MCM-41催化剂装填于固定床加氢反应器的恒温区，在压力为0.8-1.2MPa、流速为100mL/min的氢气气氛下于340-360℃还原2-4h；还原完毕后将固定床加氢反应器的温度降至180℃左右。
根据本发明，优选地，微通道单元混合的条件包括：温度为-30至200℃，更优选为30-100℃；压力为1-10MPa，更优选为3-10MPa；
根据本发明，优选地，加氢反应装置3中加氢反应的条件包括：压力为1-10MPa，更优选为4-5MPa；氢气流量为1-4000mL/min，更优选为60-100mL/min；液体原料流量为0.1-67mL/min，更优选为0.1-0.2mL/min；氢气与液体原料的体积比500-850:1，更优选为500-600:1。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
加氢反应过程强化系统包括进料装置1、混合装置2、加氢反应装置3和分离装置4，进料装置1与混合装置2的进料端连接，加氢反应装置3上顶部设置有与混合装置2的出料端连接的反应进口31、底部设置有与分离装置4连接的反应出口32；混合装置2采用德国的R300型微分离再结合型(CPMM)微通道混合器，其内部设置有槽道尺度为300×300μm的多组分离再结合通道结构，混合装置2设有两个进口，进料装置1包括气体进料单元和液体进料单元，气体进料单元包括气体进料管路11和位于气体进料管路11上的气体流量控制器12，气体进料管路11还设置有减压阀18、压力表15和气体截止阀16，气体进料管路11的一端与气体供应装置连接、另一端与混合装置2的一个进口连接，液体进料单元包括液体进料管路13和位于液体进料管路13上的液体计量泵14，液体进料管路13上还设置有液体截止阀17和开关阀19，液体进料管路13的一端与液体供应装置连接、另一端与混合装置2的另一个进口连接；加氢反应装置3为固定床加氢反应器，其顶部设置有反应进口31、底部设置有反应出口32；分离装置4包括与反应出口32连接的第一分离器41、与第一分离器41的液体出口连接的第二分离器42以及与第二分离器42的液体出口连接的储罐43。
实施例2
本实施例提供的加氢反应过程强化系统与实施例1基本相同，区别点仅在于将混合装置2替换为德国生产的V2型SIMM微通道混合器，其内部具有支流通道、夹缝以及流出通道形成的微通道单元，形成2×16个狭缝状交叉指型通道，每个通道的尺寸为45μm(宽度)×200μm(深度)，内部容积为8μL。
实施例3
Ni/MCM-41催化剂前驱体的制备：称取2g的MCM-41于鼓风干燥烘箱中150℃干燥10h，用1400μL乙醇溶解745.8mg六水合硝酸镍，然后将硝酸镍的乙醇溶液逐滴加入到MCM-41载体中，黑暗处室温静置8h后，经120℃鼓风干燥12h，500℃焙烧3h，得到Ni/MCM-41催化剂前驱体；
采用实施例1提供的加氢反应过程强化系统进行NEC加氢反应，其中，加氢反应装置3采用内径为4mm、长度为500mm的固定床加氢反应器，具体反应过程为：首先，称取0.05g的上述制得的40-60目Ni/MCM-41催化剂前驱体，装填于固定床加氢反应器的恒温区，在压力为1MPa、流速为100mL/min的氢气气氛下于350℃还原3h，催化剂前驱体还原完毕后将固定床加氢反应器温度降至180℃，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至4MPa；以浓度为8wt％的NEC/十氢萘溶液作为液体原料B，液体原料B通过液体进料管路13以流量为0.15mL/min进入混合装置2中，氢气A通过气体进料管路11以流量为80mL/min进入混合装置2中，控制混合装置2的温度为50℃、压力为4MPa，两股流体进入CPMM微通道混合器后，经过8级分离再结合单元后分成512束流体，每束流体的厚度约为0.6μm，混合流体从固定床加氢反应器的反应进口31以下行的方式进入到反应器中在压力为4MPa的条件下进行NEC加氢反应得到反应产物，反应产物可从反应出口32输入分离装置4中进行气液分离。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图3。
实施例4
按照实施例3的方法进行NEC加氢反应，不同的是，将实施例1提供的加氢反应过程强化系统替换为实施例2提供的加氢反应过程强化系统，加氢反应的具体过程为：首先，称取0.05g的上述制得的40-60目Ni/MCM-41催化剂前驱体，装填于固定床加氢反应器的恒温区，在压力为1MPa、流速为100mL/min的氢气气氛下于350℃还原3h，催化剂前驱体还原完毕后将固定床加氢反应器温度降至180℃，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至4MPa；以浓度为8wt％的NEC/十氢萘溶液作为液体原料B，液体原料B通过液体进料管路13以流量为0.15mL/min进入混合装置2中，氢气A通过气体进料管路11以流量为80mL/min进入混合装置2中，控制混合装置2内温度为30℃、压力为5MPa，两股流体以水平逆流方式进入SIMM微通道混合器，分别被均分成16股支流后进入狭缝，在狭缝中实现氢气A与液体原料B流体的混合，形成A-B-A-B型周期性流体，并以垂直的方向流向喷嘴式出口，实现流体氢气A与液体原料B的快速混合得到混合流体，混合流体从固定床加氢反应器的反应进口31以下行的方式进入到反应器中在压力为4MPa的条件下进行NEC加氢反应得到反应产物，反应产物可从反应出口32输入分离装置4中进行气液分离。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图3。
实施例5
按照实施例3的方法进行NEC加氢反应，不同的是，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至5MPa，NEC加氢反应的压力为5MPa。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图4。
实施例6
按照实施例4的方法进行NEC加氢反应，不同的是，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至5MPa，NEC加氢反应的压力为5MPa。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图4。
对比例1
参见图2，加氢反应系统包括进料装置1、加氢反应装置3和分离装置4，加氢反应装置3顶部设置有与进料装置1连接的反应进口31、底部设置有与分离装置4连接的反应出口32；进料装置1包括气体进料单元和液体进料单元，气体进料单元包括气体进料管路11和位于气体进料管路11上的气体流量控制器12，气体进料管路11还设置有减压阀18、压力表15和气体截止阀16，气体进料管路11的一端与气体供应装置连接、另一端与反应进口31连接，液体进料单元包括液体进料管路13和位于液体进料管路13上的液体计量泵14，液体进料管路13上还设置有液体截止阀17和开关阀19，液体进料管路13的一端与液体供应装置连接、另一端与反应进口31连接；加氢反应装置3为固定床加氢反应器，其顶部设置有反应进口31、底部设置有反应出口32；分离装置4包括与反应出口32连接的第一分离器41、与第一分离器41的液体出口连接的第二分离器42以及与第二分离器42的液体出口连接的储罐43。
对比例2
按照实施例3的方法进行NEC加氢反应，不同的是，将实施例1提供的加氢反应过程强化系统替换为对比例1提供的加氢反应系统，加氢反应的具体过程为：首先，称取0.05g的上述制得的40-60目Ni/MCM-41催化剂前驱体，装填于固定床加氢反应器的恒温区，在压力为1MPa、流速为100mL/min的氢气气氛下于350℃还原3h，催化剂前驱体还原完毕后将固定床加氢反应器温度降至180℃，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至4MPa；以浓度为8wt％的NEC/十氢萘溶液作为液体原料B，将液体原料B通过液体进料管路13以流量为0.15mL/min、氢气A通过气体进料管路11以流量为80mL/min，从固定床加氢反应器的反应进口31以下行的方式进入到反应器中在压力为4MPa的条件下进行NEC加氢反应得到反应产物，反应产物可从反应出口32输入分离装置4中进行气液分离。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图3。
对比例3
按照对比例2的方法进行NEC加氢反应，不同的是，用氢气调整固定床加氢反应器内的系统压力至5MPa，NEC加氢反应的压力为5MPa。
反应产物采用赛默飞世尔气相色谱(Thermo TRACE 1310)进行NEC定量分析，计算NEC加氢转化率，结果见图4。
由图3和图4可看出，在4MPa和5MPa氢压下，在固定床反应器前端串联CPMM微通道混合器时，NEC转化率较对比例1提供的加氢反应系统(常规的固定床反应器)提高了约10％。在4MPa和5MPa氢压下，在固定床反应器前端串联SIMM微通道混合器时，NEC转化率高于常规的固定床反应器。
由图3还可以看出，4MPa氢压下，加装CPMM微通道混合器的效果优于加装SIMM微通道混合器；而图4则表明，在较高压力下(5.0MPa)，加装SIMM微通道混合器略优于加装CPMM微通道混合器。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种加氢反应过程强化系统，其特征在于，包括进料装置(1)、混合装置(2)、加氢反应装置(3)和分离装置(4)，所述进料装置(1)与所述混合装置(2)的进料端连接，所述加氢反应装置(3)上设置有与所述混合装置(2)的出料端连接的反应进口(31)以及与所述分离装置(4)连接的反应出口(32)；所述混合装置(2)内设置有微通道单元，所述反应进口(31)高于所述反应出口(32)，以能够将反应原料经所述进料装置(1)输入所述混合装置(2)内，再经所述微通道单元混合后输入所述加氢反应装置(3)中进行下行式反应。
2.根据权利要求1所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述微通道单元包括至少一组分离再结合通道结构，以使得所述进料装置(1)输入的反应原料经所述微通道单元进行至少一次分割-重排-再结合后形成混合流体。
3.根据权利要求1所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述微通道单元包括多个支流通道、与所述支流通道连接的夹缝以及与所述夹缝连接且沿垂直方向设置的流出通道，以使得所述进料装置(1)输入的反应原料经所述支流通道分流后进入所述夹缝混合形成混合流体，再经所述流出通道输出。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述进料装置(1)包括气体进料单元和液体进料单元，所述气体进料单元包括气体进料管路(11)和位于所述气体进料管路(11)上的气体流量控制器(12)，所述气体进料管路(11)的一端与气体供应装置连接、另一端与所述混合装置(2)的进料端连接；所述液体进料单元包括液体进料管路(13)和位于所述液体进料管路(13)上的液体计量泵(14)，所述液体进料管路(13)的一端与液体供应装置连接、另一端与所述混合装置(2)的进料端连接。
5.根据权利要求4所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述气体进料管路(11)上还设置有压力表(15)和气体截止阀(16)，所述液体进料管路(13)上还设置有液体截止阀(17)；
所述液体计量泵(14)选自离心泵、蠕动泵、注射泵、恒流泵和柱塞泵中的一种或几种。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述加氢反应装置(3)为固定床加氢反应器，所述反应进口(31)位于所述加氢反应装置(3)的顶部，所述反应出口(32)位于所述加氢反应装置(3)的底部。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的加氢反应过程强化系统，其特征在于，所述分离装置(4)包括与所述反应出口(32)连接的第一分离器(41)、与所述第一分离器(41)的液体出口连接的第二分离器(42)以及与所述第二分离器(42)的液体出口连接的储罐(43)。
8.一种加氢反应过程强化方法，其特征在于，采用根据权利要求1至7中任意一项所述的加氢反应过程强化系统，该方法包括以下步骤：
氢气和液体原料通过所述进料装置(1)输入所述混合装置(2)中，经所述微通道单元混合形成混合流体，再将所述混合流体从所述反应进口(31)以下行的方式进入所述加氢反应装置(3)中进行加氢反应得到反应物料，将所述反应物料从所述反应出口(32)输入所述分离装置(4)中进行气液分离。
9.根据权利要求8所述的加氢反应过程强化方法，其特征在于，所述液体原料为液体油品，优选为N-乙基咔唑含量为5-10wt％的N-乙基咔唑-十氢萘溶液；
所述加氢反应装置(3)中加氢反应采用Ni/MCM-41催化剂，所述Ni/MCM-41催化剂的制备方法包括：将MCM-41载体在温度为120-180℃下处理8-12h后，与含有镍盐的醇溶液混合得到混合物，将所述混合物以温度为20-30℃、避光的条件静置6-10h后进行固液分离得到固态产物，将所述固态产物进行干燥、焙烧。
10.根据权利要求8或9所述的加氢反应过程强化方法，其特征在于，所述微通道单元混合的条件包括：温度为-30至200℃，优选为30-100℃；压力为1-10MPa，优选为3-10MPa；
所述加氢反应装置(3)中加氢反应的条件包括：压力为1-10MPa，氢气流量为1-4000mL/min，液体原料流量为0.1-67mL/min，氢气与液体原料的体积比500-850:1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410003835.6A CN117753316A (zh) | 2024-01-02 | 2024-01-02 | 一种加氢反应过程强化系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410003835.6A CN117753316A (zh) | 2024-01-02 | 2024-01-02 | 一种加氢反应过程强化系统和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117753316A true CN117753316A (zh) | 2024-03-26 |
Family
ID=90320078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410003835.6A Pending CN117753316A (zh) | 2024-01-02 | 2024-01-02 | 一种加氢反应过程强化系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117753316A (zh) |
-
2024
- 2024-01-02 CN CN202410003835.6A patent/CN117753316A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3244229B2 (ja) | ２段階反応設備及びその操作方法 | |
| CN109679690B (zh) | 一种液相加氢系统及液相加氢方法 | |
| CN111068589B (zh) | 一种液相加氢系统及液相加氢方法 | |
| CN109675453B (zh) | 一种气液混合设备及应用 | |
| CN109225073A (zh) | 一种微填充床内加氢反应装置及其进行加氢反应的方法 | |
| CN215428271U (zh) | 气液混合单元、气液混合器和气液两相反应器 | |
| CN112705117B (zh) | 一种液相加氢反应器及加氢工艺 | |
| CN106622045A (zh) | 一种利用微纳米气泡提高鼓泡塔反应效率的装置及方法 | |
| CN109679682A (zh) | 一种溶氢设备和溶氢方法 | |
| EP4140575A1 (en) | Apparatus and method for preparing poly-alpha-olefin | |
| CN117753316A (zh) | 一种加氢反应过程强化系统和方法 | |
| CN109679684B (zh) | 一种液相加氢反应系统及方法 | |
| CN111359539B (zh) | 提前进入反应准备状态的气液反应方法和气液反应装置 | |
| Hou et al. | Membrane based gas–liquid dispersion integrated in fixed-bed reactor: a highly efficient technology for heterogeneous catalysis | |
| CN113522191B (zh) | 制备聚α-烯烃的装置和方法 | |
| CN112638516B (zh) | 使用微泡的反应装置和反应方法 | |
| FI88701C (fi) | Foerfarande foer producering av vaeteperoxid | |
| CN109678121B (zh) | 一种蒽醌法生产双氧水的高效氢化工艺及系统 | |
| CN111302311A (zh) | 一种蒽醌法生产双氧水的氢化方法 | |
| CN111434753A (zh) | 一种合成聚α烯烃基础油的方法 | |
| KR20230115982A (ko) | 중유 수소화 반응 시스템 및 중유 수소화 방법 | |
| WO2002051778A1 (en) | Flow control in a three-phase monolithic catalyst reactor | |
| CN114471300A (zh) | 一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用 | |
| CN215087001U (zh) | 一种气-液-固三相连续化反应装置 | |
| CN217796147U (zh) | 一种用于高压环境的曝气式微气泡发生器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |