CN210545161U - 一种多相流过程强化反应器 - Google Patents
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Abstract
一种多相流过程强化反应器，包括下端开设有第一进料口、侧壁开设有第二进料口、上端开设有出料口的壳体，在壳体内自上而下依次安装有上封板和下封板，上、下封板将壳体分隔成与第一进料口相连通的第一料腔、与第二进料口相连通的中间腔和与出料口相连的反应腔，且在中间腔内安装有若干管壁开设有微纳米尺寸孔道的列管，各列管之间的间隙形成了反应器腔体，所述的下封板上开设有与列管相对应的下封板孔，所述上封板为开设有与列管相对应的上封板孔的开孔封板或为设置有与列管相对应的列管封头的列管封头板。由于本实用新型在列管上开设有微纳米尺寸孔道，从微观层面强化气‑液反应的传质效率，提高了反应器气液相传质效率。
Description
技术领域
本实用新型属于化工设备领域，具体涉及一种多相流过程强化反应器。
背景技术
化学、化工领域多相反应器的结构直接决定了化学反应的深度和速率，对于快速或者瞬时化学反应而言，多相反应物之间的传质速率决定了化学反应的整体速率。尤其是对于温度控制的反应而言，及时的补充或者带走反应热，对于控制反应转化率和目标产物选择性具有重要的意义。
对于传统快速或者瞬时反应而言，气体参与的多相反应中传质速率主要受制于气-液界面、液固界面的双膜传质控制。传统反应器中，气-液两相或气-液-固三相的混合体系中，气泡直径一般为毫米或者厘米级，从而导致整体相界面的面积较小，多相之间混合不均匀，传质效率低下，最终使得整体化学反应不充分，装置中反应物的停留时间长，物耗、能耗高，单位体积反应器的处理量低，单位产品的加工成本较高。为提升传质传热效率，列管式反应器为比较理想的反应设备，已公开专利CN201310359167、CN201810520389通过设计反应器内构件结构、列管排列方式及角度等技术方案优化了传统的列管式反应器，但是传质、传热效率基本没有改善。已公开专利CN201310359167发表了一种通过列管开孔提高反应传质传热的反应器，但是同宏观开孔结构实现的技术方案效率依然不足，具有很大的提升空间。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种能够从微观层面强化气-液-固、气-液反应的传质效率，进而解决上述存在的现实问题的多相流过程强化反应器。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括下端开设有第一进料口、侧壁开设有第二进料口、上端开设有出料口的壳体，在壳体内自上而下依次安装有上封板和下封板，上、下封板将壳体分隔成与第一进料口相连通的第一料腔、与第二进料口相连通的中间腔和与出料口相连的反应腔，且在中间腔内安装有若干管壁开设有微纳米尺寸孔道的列管，各列管之间的间隙形成了反应器腔体，所述的下封板上开设有与列管相对应的下封板孔，所述上封板为开设有与列管相对应的上封板孔的开孔封板或为设置有与列管相对应的列管封头的列管封头板。
所述的第一进料口进入的原料流体为不含固体颗粒的气相、液相或气液混合相。
所述的第二进料口进入的原料流体为不含固体颗粒的气相、液相或气液混合相。
所述的列管管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～300μm
所述的列管管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～100μm。
所述的列管管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～200nm。
所述的上封板孔和下封板孔的直径小于等于对应列管的直径。
所述的列管封头直径大于等于对应列管的直径。
所述的列管内含有固体催化剂支撑板，且列管内还填装固体催化剂颗粒。
基于本实用新型所申请公开的一种多相流过程强化反应器，与常规气-液、气-液-固反应器相比，可产生如下的有效效果：
1)由于本实用新型在列管上开设有微纳米尺寸孔道，从微观层面强化气-液-固、气-液反应的传质效率，提高了反应器气液相传质效率；
2)多相流过程强化反应器中可形成纳米级、微米级、亚微米级的微液滴、微气泡，可将微观传质时间缩短至0.01-0.001s的时间尺度范围内，显著提高受扩散传质控制的化学反应宏观速率；
3)多相流过程强化反应器中反应物之间原本存在的相界面被水力、机械力协同作用切割为若干反应微元，反应体系中各组分间均匀混合，可有效抑制局部热点，更易实现反应区温度梯度的合理分布；
4)由于微观传递过程得到极大优化，原料利用率、产物分布、时空收率等技术指标相比常规反应器得到极大的提高和优化。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是本实用新型下封板6的结构示意图；
图3是本实用新型上封板5的结构示意图；
图4是本实用新型上封板5的另一种结构示意图。
图中，1、第一进料口，2、第二进料口，3、出料口3，壳体4，411、反应器腔体，412、反应腔，413、中间腔，414、第一料腔，上封板5，51、列管封头板，511、列管封头板的孔隙，512、列管封头，52、开孔封板，521、上封板孔，6、下封板，611、下封板孔，7、列管。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1：
参见图1，2，3，本实用新型包括下端开设有第一进料口1、侧壁开设有第二进料口2、上端开设有出料口3的壳体4，在壳体4内自上而下依次安装有上封板5和下封板6，上、下封板5、6将壳体4分隔成与第一进料口相连通的第一料腔414、与第二进料口相连通的中间腔413和与出料口相连的反应腔412，且在中间腔413内安装有若干管壁开设有孔径为50～100nm的微纳米尺寸孔道的列管7，所述的列管7内含有固体催化剂支撑板，且列管7内还填装固体催化剂颗粒，各列管7之间的间隙形成了反应器腔体411，所述的下封板6上开设有与列管7相对应的直径小于等于对应列管7直径的下封板孔611，所述上封板5上开设有与列管7相对应的直径小于等于对应列管7直径的带有上封板孔521的开孔封板52。
第二进料口2的流体原料进入反应器腔体411后穿过列管7管壁的微纳米尺寸孔道，喷射至列管7内部与经第一进料口1及下封板6的下封板孔611进入列管7内的流体原料混合并发生反应，随后从列管7另一端经开孔封板52的上封板孔521排出至反应腔412内，最后从出料口3排出反应器，其中第一、二进料口1、2进入的原料流体为不含固体颗粒的气相、液相或气液混合相。
按照实施例1的反应器设计，开展馏分油加氢实验。其中含硫柴油(S含量867ppm)流体进入反应器之后，进入到填装有商业化柴油加氢精制三叶草形催化剂床层内，与反应器空腔进入并穿过列管管壁纳米孔道进入到列管内的氢气发生柴油加氢精制反应，随后产物和未反应的氢气一并由出口排出。实验结果表明，本实用新型反应器在馏分油加氢技术中实现了高效应用，其产品天然气中S含量9.5ppm，达到了国VI成品柴油硫含量标准，同时与传统的固定床反应器相比，氢油比(体积比)降低了60～90％，基本实现了定量供氢，并可以撤销传统固定床加氢技术工艺中的循环氢压缩机，依次降低能耗。此外，相同反应器体积的反应物空速显著提高一半以上，从而明显提升了相同规模反应器的加工量，整体实现了节能降耗。
实施例2：
参见图1，2，4，本实施例的上封板5设置有与列管7相对应的直径大于等于对应列管7直径的带有列管封头512的列管封头板51，其中列管7上的微纳米尺寸孔道的孔径为100～450nm。其他结构同实施例1。
本实施例列管封头板51将所有列管7的一端完全封闭，并保持反应器腔体411与反应腔412之间完全连通，形成列管封头板的孔隙511。第一进料口1流体原料通过下封板6的下封板孔611进入列管7内，随后穿过列管7管壁的微纳米尺寸孔道喷射至反应器腔体411内，与第二进料口2进入反应器腔体411内的流体原料混合并发生反应，随后从列管7的列管封头板的孔隙511排出至反应腔412内，最后从出料口3排出反应器。
按照实施例2的反应器设计，开展醇胺法天然气脱硫脱碳实验。其中含有高硫化氢和二氧化碳的天然气(H2S含量6.4wt％，CO2含量4.5wt％)进入到列管之后从列管壁纳米孔道喷射至列管之间的醇胺溶液(MDEA，40wt％)中，气液体积比(标准状况)达到580v/v，并在列管内发生天然气脱硫脱碳反应，醇胺富液与净化后的天然气一并由出口排出，并分离。实验结果表明，本实用新型反应器在天然气湿法脱硫脱碳技术中实现了高效应用，产品天然气中H2S含量5.1ppm，CO2含量2.8wt％，达到了国家一类天然气中H2S和CO2含量标准(GB17820-2018)，同时与传统的填料塔、板式塔反应器相比，相同处理量下，由于本实用新型反应器气液相传质效率高，反应器尺寸明显减小1/2至1/3(因天然气中酸性气的含量不同而不同)。此外，能实现高选择性高效深度脱H2S，适度脱CO2的效果，从而有效降低了单位酸性气(H2S、CO2)醇胺液的消耗量，从而显著降低了醇胺富液再生系统的能耗。
将实施例2的列管7上的微纳米尺寸孔道的孔径采用450nm～1μm。开展C4烷基化反应实验。其中催化剂浓硫酸进入到列管之后从列管壁微纳米孔道喷射至列管之间的异丁烷和2-丁烯混合原料(烷烯比为8)流体中，催化异丁烷和2-丁烯发生反应，生成大量的三甲基戊烷，随后产物和未反应的流体相一并由出口排出。实验结果表明，本实用新型反应器在C4烷基化技术中实现了高效应用，其产品的辛烷值高达96～102，C8选择性超过50wt％，可作为高品质汽油调和组分。此外，催化剂浓硫酸与烷烯混合物双液相在反应器内的停留时间由传统C4烷基化反应器的30分钟降低至1分钟之内，从而大大提升了装置的加工量，从而有效降低了生产单位烷基化油的能耗和物耗。
本实用新型的多相流反应器可应用于气-液-固三相反应、气-液两相反应及液-液反应。
所述多相流反应器可应用于湿法天然气脱硫脱碳反应、C4烷基化反应、蒽醌法生产双氧水反应、正丁烷氧化制备顺酐反应、甲基苯氧化反应、馏分油加氢反应、丙烯羰基化合成丁辛醇反应、阳离子聚合反应及乙烯聚合反应。
Claims (9)
1.一种多相流过程强化反应器，其特征在于：
包括下端开设有第一进料口(1)、侧壁开设有第二进料口(2)、上端开设有出料口(3)的壳体(4)，在壳体(4)内自上而下依次安装有上封板(5)和下封板(6)，上、下封板(5、6)将壳体(4)分隔成与第一进料口相连通的第一料腔(414)、与第二进料口相连通的中间腔(413)和与出料口相连的反应腔(412)，且在中间腔(413)内安装有若干管壁开设有微纳米尺寸孔道的列管(7)，各列管(7)之间的间隙形成了反应器腔体(411)，所述的下封板(6)上开设有与列管(7)相对应的下封板孔(611)，所述上封板(5)为开设有与列管(7)相对应的上封板孔(521)的开孔封板(52)或为设置有与列管(7)相对应的列管封头(512)的列管封头板(51)。
2.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的第一进料口(1)进入的原料流体为不含固体颗粒的气相、液相或气液混合相。
3.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的第二进料口(2)进入的原料流体为含固体颗粒的气相、液相或气液混合相。
4.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的列管(7)管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～300μm。
5.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的列管(7)管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～100μm。
6.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的列管(7)管壁的微纳米尺寸孔道的孔径为10nm～200nm。
7.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的上封板孔(521)和下封板孔(611)的直径小于等于对应列管(7)的直径。
8.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的列管封头(512)直径大于等于对应列管(7)的直径。
9.根据权利要求1所述的多相流过程强化反应器，其特征在于：所述的列管(7)内含有固体催化剂支撑板，且列管(7)内还填装固体催化剂颗粒。
Priority Applications (1)
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| CN201921446443.8U CN210545161U (zh) | 2019-09-02 | 2019-09-02 | 一种多相流过程强化反应器 |
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Cited By (1)
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| CN110420614A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-11-08 | 南京中汇能源科技研发中心 | 一种多相流过程强化反应器 |
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2019
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