CN1923352A - 喷射雾膜磺化反应器 - Google Patents

Abstract

一种用于石油磺酸盐生产过程中的喷射雾膜磺化反应器，包括喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7、喷嘴10等，在反应罐体11的底侧部设有尾气出口3，喷嘴油进口7内有喷嘴雾化风6，在反应罐体11的底部设有排渣口9，反应罐体11内装有取热和加热盘管12，在取热和加热盘管12两端对应的位置上分别装有升温、降温介质出口5和升温、降温介质入口8，解决了反应中物料返混的现象、缩短反应停留时间、尽最大可能减少副反应、降低反应损失、提高目前产品收率，且尾气中SO₃含量能够得到切实降低。

Description

喷射雾膜磺化反应器

技术领域：

本发明属于石油磺酸盐生产过程中的磺化反应技术，即SO₃混合气体中的SO₃与油品进行反应，是一种气-汽均相反应技术，具体地说，是喷射雾膜磺化反应器。

背景技术：

目前所使用的鼓泡式磺化反应技术，将SO₃混合气体通入反应器内液相反应物的液面以下，使SO₃混合气体在被磺化物料中以气泡的形式与原料接触进行反应，反应器内设冷却盘管，取走反应热，反应产生的非理想组分(酸渣)，通过重力沉降从反应器底部排除，反应生产的目的产品石油磺酸通过反应器上部溢流出反应器，反应完的尾气从反应器顶排出。由于参与反应的气、液两相物质不易混合均匀、接触不够充分，因此反应时间较长、返混严重、副反应多、损失高、反应效率差，严重制约着伴生酸渣的磺化反应技术发展，属逐渐淘汰技术。

所使用的膜式磺化反应技术，将液相油品均匀分散于管状物的表面，从上向下流动，由于表面张力的作用，油品在管状物的表面流动时，形成一层均匀的薄膜，利用被磺化物料在管壁上形成一层下流的薄膜与同向流动的SO₃混合气体接触进行反应，管内设有流动的冷却介质取走反应热。由于反应物接触充分、均匀，反应产率高、效率好。但操作条件苛刻，由于反应列管容易堵结，不适于应用在容易产生酸渣的磺化反应中，即不适合我厂伴生酸渣的生产情况。同时，反应产生的尾气中有效组分(SO₃气体)含量高，对环保造成威胁，并且造成浪费。根据网络检索，未发现有将膜式磺化技术应用在石油基原料的磺化反应中的工业应用实例，仅有在以合成油为原料的磺化反应采用此技术(锦州添加剂厂)。

鼓泡式反应技术，其返混严重、副反应多、停留时间长、损失高、产品收率低、尾气中SO₃含量较高、生产周期长，严重制约产品质量的改善和产量的提高，对环境压力也较大。

膜式反应技术，操作条件苛刻，反应列管容易堵结，不适合我厂伴生酸渣的情况，更由于环保和浪费的压力，难于在石油基原料磺化中推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种喷射雾膜磺化反应器，是一种高效的以石油基油品为原料的磺化反应技术，该技术需要较好地解决反应中物料返混的现象、缩短反应停留时间、尽最大可能减少副反应、降低反应损失、提高目前产品收率，且尾气中SO₃含量能够得到切实降低。

本发明是这样实现的：包括三氧化硫气体入口1、温度计2、尾气出口3、压力表4、升温、降温介质出口5、喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7、升温、降温介质入口8、排渣口9、喷嘴10，反应罐体11的顶部设有三氧化硫气体入口1，在反应罐体11的底侧部设有尾气出口3，喷嘴油进口7内有喷嘴雾化风6，在反应罐体11的底部设有排渣口9，反应罐体11内装有取热和加热盘管12，在取热和加热盘管12两端对应的位置上分别装有升温、降温介质出口5和升温、降温介质入口8，压力表4设置在反应罐体11的顶部，在反应罐体11内装有温度计2。

带有原料油进口和雾化风进口的雾化喷嘴10位于反应罐体11下部，并置于反应罐体11内中心位置。

尾气出口3位于喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7正对的另一侧，比喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7的位置偏下。

反应罐体11尾气出口3管线采用与反应罐体11呈向上45°倾斜后垂直向上。

反应罐体11为圆柱体尖底罐。

反应罐体11至少一个以上，其间并联。

本发明的优点在于：

(1).反应效率方面：反应停留时间由现行鼓泡式磺化的5小时缩短至喷射磺化的不高于5秒；6％的SO₃经过磺化吸收后排放的尾气浓度在0.03％左右；反应产物-磺酸钠分子量可达640，现生产技术为540～590。

(2).反应产率方面：磺酸钠收率高达20％，高于现生产技术6个百分点；损失率可以控制在6％以内，低于现生产技术6个百分点。

(3).产品质量方面：磺酸钠产品呈红棕色，优于现生产技术的棕色偏黑；抽余油比色为2.0～2.5，优于现生产技术的3.0～3.5，提高1个单位级。通过借鉴喷雾干燥行业的喷雾技术，模拟膜式磺化的均相接触技术，结合石油基原料磺化反应过程中的实际情况，抛弃了气-液相反应模式，采用了新的气-汽反应思路，开发了以强化传质、均相接触为特点，反应时间可控，反应深度及广度适中可调，时间短、工效高、残渣少、节能环保的喷射雾膜式磺化技术。

附图说明

附图1为喷射磺化反应器的结构示意图；

附图2为喷射磺化反应器建立的工业化逆流反应流程示意图。

具体实施方式

喷射雾膜反应器原理是原料油在一定压力下被向上喷嘴10雾化后形成油汽，在反应罐体11内的空间形成微米级的极小液滴(油汽)，而与逆向进入的SO₃气体充分接触反应。通过控制反应罐体11的长度和喷嘴10的安装高度来控制反应的停留时间；通过反应罐体11内布盘管来实现系统的取热和升温，确保反应体系热量平衡；通过反应罐体11的串级和控制物料的通入配比来控制目的产品——石油磺酸的酸值，达到控制反应深度的目的，以减少副反应的发生，目的产品收率得到了提高，副反应的减少也使损失率得到了降低；通过气液相原料的逆向进入串级反应罐体11，即石油基原料油首先进入一级反应罐体11，SO₃气体首先进入反应罐体11，在一级反应罐体11中的新鲜原料油与在二级反应罐体11中反应后的SO₃气体接触进行磺化反应，生成的酸性油进入二级反应罐体11与新鲜的SO₃气体反应达到石油磺酸的反应终点，这样形成了气液相的逆流反应过程，由于每个反应罐体11中均是一种新鲜原料和另一个反应罐体11出来的反应后介质接触反应，形成了一定的浓度差，提高了气液相传质效率，并使参与反应的气液相原料均达到了最佳的反应吸收效果，从而降低了尾气中SO₃气体的含量。

本发明的喷射雾膜磺化反应器，其反应罐体11为圆柱体尖底罐，可以暂时储存反应产物，使副产物有充分的沉降时间，并容易排出系统；SO₃气体进口位于反应罐体11顶部中心位置，带有原料油进口和雾化风进口的雾化喷嘴10位于反应罐体11下部，并置于反应罐体11内中心位置，达到充分弥漫均匀接触的目的；为减少原料油进口和雾化风进口管线占据反应器内较多体积，采用将二者紧靠在一起通过反应罐体11开口进入罐内与喷嘴10连接；尾气出口位于喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7正对的另一侧，比喷嘴雾化风6、喷嘴油进口7稍偏下位置，为了避免尾气夹带反应产物逸出反应体系，一级反应罐体11尾气出口3管线采用与反应罐体11呈向上45°倾斜后垂直向上，使一级尾气中夹带的反应产物凝结后自动回流入一级反应罐体11，二级反应罐体11尾气由于直接排入大气，尾气出口3管线仍采用与反应器向上45°倾斜连接，但在垂直段采用扩径措施，降低气体流速，并采用尾气侧向进入扩径段，尾气中的夹带物凝结后从扩径段的顶部排出系统，达到降低尾气浓度的目的；溢流线位于罐体侧方与尾气出口和原料进料线呈90°布置，并略低于尾气出口管线，出口进入中间储存罐罐底，以实现自动溢流和油封的目的，节省了主动抽油的动力，避免了反应系统内的反应气体从溢流管线进入大气；取热和加热盘管12设在反应罐体11内，盘管12与外部冷却水管线和蒸汽管线连通，实现系统的降温和升温过程，确保了反应体系的热量平衡。测压和测温设备分别从罐体侧方伸入罐内中心部位，测温设施采用三段设置，较好地检测和控制了系统内各部分温度，更好地保证了反应效果。

如图1所示，石油基原料油经过喷嘴油进口7和从喷嘴雾化风6进入的风一道到达反应罐体11的喷嘴10，被雾化后的油品向上喷射，与从三氧化硫气体入口1进入的SO₃气体接触，发生磺化反应，反应生成的副产物酸渣从排渣口9排出系统，目的产物石油磺酸从溢流口排出系统，未反应完的SO₃气体从尾气出口3排出系统。

如图2所示，①为原料油，②为雾化风，③为三氧化硫，④为一级反应器，⑤为二级反应器，⑥为成品酸性油，⑦为尾气，图2所示的流程其在气液宏观流程和气液微观反应过程中均采用了逆流接触的反应模式，即在宏观流程中，原料油进入④一级反应器中，与⑤二级反应器反应后的SO₃气体反应，而新鲜的SO₃气体进入⑤二级反应器中与④一级反应器生成的酸性油反应，实现浓度差以强化传质过程，提高反应效率；在一级和二级反应器中的微观方面，液态物料在向上喷射雾化后与向下的气态SO₃接触反应，质点的逆向接触，碰撞机率得到提高，同样提高了反应效率。为保证所得酸性油中的酸渣自然沉降时间，各反应器后均设计了连续溢流；为保证雾化喷嘴的高效雾化，气液相在进入反应系统前均经过了过滤器的过滤。

连续生产运行表明，本设计的喷射雾膜磺化反应器能够将反应停留时间由现行鼓泡式磺化的5小时缩短至喷射磺化的不高于5秒，目的产品收率提高6个百分点，损失降低6个百分点，副产抽余油比色同比提高1个单位级，尾气浓度可以控制在0.03％(V)以内。表明本设计的喷射雾膜反应器和建立的中试流程，能够实现石油磺酸盐的高效磺化过程，解决了现行反应器所存在的问题。

Claims (6)

1.喷射雾膜磺化反应器，包括三氧化硫气体入口(1)、温度计(2)、尾气出口(3)、压力表(4)、升温、降温介质出口(5)、喷嘴雾化风(6)、喷嘴油进口(7)、升温、降温介质入口(8)、排渣口(9)、喷嘴(10)，其特征在于：反应罐体(11)的顶部设有三氧化硫气体入口(1)，在反应罐体(11)的底侧部设有尾气出口(3)，喷嘴油进口(7)内有喷嘴雾化风(6)，在反应罐体(11)的底部设有排渣口(9)，反应罐体(11)内装有取热和加热盘管(12)，在取热和加热盘管(12)两端对应的位置上分别装有升温、降温介质出口(5)和升温、降温介质入口(8)，压力表(4)设置在反应罐体(11)的顶部，在反应罐体(11)内装有温度计(2)。

2.根据权利要求1所述的喷射雾膜磺化反应器，其特征在于：带有原料油进口和雾化风进口的雾化喷嘴(10)位于反应罐体(11)下部，并置于反应罐体(11)内中心位置。

3.根据权利要求1所述的喷射雾膜磺化反应器，其特征在于：尾气出口(3)位于喷嘴雾化风(6)、喷嘴油进口(7)正对的另一侧，比喷嘴雾化风(6)、喷嘴油进口(7)的位置偏下。

4.根据权利要求1所述的喷射雾膜磺化反应器，其特征在于：反应罐体(11)的尾气出口(3)管线采用与反应罐体(11)呈向上45°倾斜后垂直向上。

5.根据权利要求1所述的喷射雾膜磺化反应器，其特征在于：反应罐体(11)为圆柱体尖底罐。

6.根据权利要求5所述的喷射雾膜磺化反应器，其特征在于：反应罐体(11)至少一个以上，其间并联。

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