CN211677662U - 微分式加氢反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微分式加氢反应装置。该装置包括混合容器、多个微型反应器、原料输送装置，混合容器设置有反应产物进口；微型反应器用于作为加氢反应场所；微型反应器具有液相反应原料进口和反应产物出口，反应产物出口与反应产物进口相连，多个微型反应器分成并联设置的一组或多组，每组中包括至少一个并联设置的微型反应器；且每组中的各微型反应器均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器；原料输送装置设置在液相反应原料进口的进料管路上，用于将液相反应原料输送至微型反应器中。采用该反应装置能够有效解决加氢反应过程中的高压不安全和非均衡性问题。

Description

微分式加氢反应装置

技术领域

本实用新型涉及化工领域，具体而言，涉及一种微分式加氢反应装置。

背景技术

化工行业的规模效益导致化工企业规模日愈庞大，单机产量日愈增加。以化工企业中最常用的反应釜为例，从过去的1000L～5000L发展到10m³～100m³，据报导，国外一个发酵反应罐达3200m³。反应器的不断增大，出现了一个必须解决的问题，那就是反应器内的反应不均衡现象所引起的反应质量下降。例如对于大容量反应器而言，在反应器中不同位置的物料，其热量传递，质量传递和动量传递都有差异，这种差异导致反应不均衡和产品质量不稳定。而这种反应的不均衡度与反应器的体积成正比，因此，反应器越大不均衡现象越严重。为了消除反应的不均衡和加速‘三传一反’，化工反应器普遍设置为搅拌反应器。但搅拌反应受到反应器容量的限制，对大型或超大型反应器而言，直接设置搅拌桨的方式是不可行的。于是反应器大型化的需求和反应器大型化导致不均衡现象严重构成化工反应中的一对矛盾。

加氢反应是工业上最普遍的反应之一，加氢反应广泛存在于炼油、化工、制药、食品、农业等行业。由于氢气很轻而氢键键能高，因而加氢反应均存在两个共同点：A、所有工艺均采用高压加氢，将很轻的氢气用高压压入液相物料中参与反应，一般采用的氢压范围是5MPa～50MPa；B、所有的工艺中，氢气总是以非常高的比例参与物料反应，一般氢气标准体积与物料体积比为500～1000。

综上所述，大型或超大型的加氢反应器必然存在下述问题：

A、安全问题：高压或超高压加氢反应器不但存在泄漏进而引起爆炸的危险，而且氢气对反应器金属壁面会产生强烈的‘氢蚀’、‘氢脆’效应，导致反应器出现微小的断裂点而导致泄漏。为了防止反应器泄漏必须采用高强度的材质和加厚金属壁面的厚度；例如我国1999年生产的固定床高压加氢反应器规格如下：

内径：4000mm； 内园周长：23016mm； 壁厚：176.5mm；

总重：366T； 压力：19.95MPa； 温度：435℃

由此可知，仅仅20MPa的反应器，其壁面厚度接近20cm。因而，大型或超大型高压加氢反应带来的首要问题是安全问题，换句话说，为了反应器的运行安全，必须采用高投资来获得高质量材质和超壁厚的反应器；

B、非均衡反应问题：从微观角度测试得知，分子键的断裂和再结合所需时间仅为几微秒到几十微秒，然而大型或超大型反应器为了反应均衡，必须加大物料在反应器中的停留时间(一般为1h左右)。从理论上说，只有当物料的停留时间为无限大时，反应才是完全的均衡。但停留时间的加长意味着生产率的降低。

基于以上原因，有必要提供一种新的加氢反应工艺，已克服加氢反应过程中普遍存在的高压不安全问题和反应不均衡问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种微分式加氢反应装置，以解决现有技术的加氢反应过程中普遍存在的高压不安全问题和反应不均衡问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种微分式加氢反应装置，其包括：混合容器，设置有反应产物进口；多个微型反应器，用于作为液相反应原料的加氢反应场所；微型反应器具有液相反应原料进口和反应产物出口，反应产物出口与反应产物进口相连，多个微型反应器分成并联设置的一组或多组，每组中包括至少一个并联设置的微型反应器；且在每组微型反应器中，各微型反应器均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器；原料输送装置，设置在液相反应原料进口的进料管路上，用于将液相反应原料输送至微型反应器中。

进一步地，混合容器还设置有混合物料出口，微分式加氢反应装置还包括强制循环装置，强制循环装置包括：循环管路，其入口与混合物料出口相连，出口与液相反应原料进口相连；强制循环泵，设置在循环管路上。

进一步地，混合容器具有腔体，腔体中还设置有非淹没式撞击流组件，非淹没式撞击流组件用于使反应产物进口进入的从微型反应器出来的加氢反应产物进一步进行非淹没式撞击、空化及剪切。

进一步地，非淹没式撞击流组件包括：筒体，筒体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，筒体的筒壁上设置有多个第一孔结构，且第一孔结构的轴向与筒体的轴向方向具有夹角。

进一步地，筒体具有两端进口，混合容器设置有两组反应产物进口，每组包括至少一个反应产物进口，且两组反应产物进口分别设置在混合容器的两侧；其中，一部分反应产物出口与其中一组反应产物进口相连，另一部分反应产物出口与另一组反应产物进口相连，两组反应产物进口进入的加氢反应产物分别从筒体的两端进口以喷射流体的形式进入并进行非淹没式撞击。

进一步地，筒体的一端具有进口，另一端设置有撞击底板；或者，筒体的一端具有进口，筒体的径向截面积沿远离进口端的方向逐渐减小，筒体的另一端封闭；其中，反应产物进口均与筒体的进口端相连，用于使加氢反应产物以喷射流体的形式进入筒体并进行非淹没式撞击。

进一步地，非淹没式撞击流组件设置在混合容器的腔体的靠近顶端的位置。

进一步地，微型反应器为管式结构，其长径比为10～20:1。

进一步地，微型反应器的内部还设置有多个管道空化板，管道空化板上设置有多个第二孔结构。

进一步地，管道空化板在微型反应器内部沿其轴向垂直设置或者倾斜设置。

进一步地，相邻两个管道空化板在微型反应器内部的倾斜方向相同或相反。

进一步地，微分式加氢反应装置还包括加热装置，加热装置用于加热微型反应器和混合容器。

进一步地，强制循环装置还包括管道式加热炉，管道式加热炉用于加热循环管路。

进一步地，循环管路上还设置有氢气入口，用于向循环管路中通入氢气。

进一步地，混合容器的顶部还设置有气相产物出口，微分式加氢反应装置还包括冷凝器，冷凝器具有气相产物进口、冷凝液出口和尾气出口，气相产物进口与气相产物出口相连。

进一步地，尾气出口与氢气入口相连。

进一步地，微型反应器内填充有加氢催化剂，和/或加装有高电场构件，和/或加装有光催化构件。

本实用新型提供了一种微分式加氢反应装置，其包括混合容器、多个微型反应器、原料输送装置，混合容器设置有反应产物进口；微型反应器用于作为液相反应原料的加氢反应场所；微型反应器具有液相反应原料进口和反应产物出口，反应产物出口与反应产物进口相连，多个微型反应器分成并联设置的一组或多组，每组中包括至少一个并联设置的微型反应器；且在每组微型反应器中，各微型反应器均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器；原料输送装置设置在液相反应原料进口的进料管路上，用于将液相反应原料输送至微型反应器中。采用本实用新型的微分式加氢反应装置，能够有效解决目前加氢反应过程中普遍存在的高压不安全和非均衡性问题。同时，微分式加氢反应装置的投资将大大低于一个大型或超大型的高压加氢反应器；微分式加氢反应装置的安全性大大高于一个大型或超大型的高压加氢反应器；微分式加氢反应装置的检修维护可以在不停止设备运行的条件下实现，其经济效益和运行灵活性也大于现有的大型高压加氢反应器，在生产效率、反应效果不变的前提下实现安全、经济的社会需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一种实施例的微分式加氢反应装置的示意图；

图2示出了根据本实用新型另一种实施例的微分式加氢反应装置的示意图；

图3示出了根据本实用新型另一种实施例的微分式加氢反应装置的示意图；

图4示出了根据本实用新型又一种实施例的微分式加氢反应装置中循环管路中管道空化板a的设置结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、混合容器；101、反应产物进口；102、混合物料出口；103、气相产物出口；11、非淹没式撞击流组件；20、微型反应器；201、液相反应原料进口；202、反应产物出口；30、强制循环装置；31、循环管路；32、强制循环泵；33、管道式加热炉；311、氢气入口；40、冷凝器；50、冷凝液接收装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

正如背景技术部分所描述的，现有技术的加氢反应过程普遍存在高压不安全问题和反应不均衡问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种微分式加氢反应装置，如图1所示，其包括混合容器10、多个微型反应器20、原料输送装置，混合容器10设置有反应产物进口101；微型反应器20用于作为液相反应原料的加氢反应场所；微型反应器20具有液相反应原料进口201和反应产物出口202，反应产物出口202与反应产物进口101相连，多个微型反应器20分成并联设置的一组或多组，每组中包括至少一个并联设置的微型反应器20；且在每组微型反应器20中，各微型反应器20均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器；原料输送装置设置在液相反应原料进口201的进料管路上，用于将液相反应原料输送至微型反应器20中。

本实用新型利用小型或超小型的微分式加氢反应装置代替了大型或超大型积分式反应器。在实际操作过程中，因加氢反应过程中的分子键的断裂和再结合所需时间仅为几微秒到几十微秒，本实用新型采用原料输送装置将加氢反应的液相反应原料通入微型反应器20中，通过强迫反应原料在多个狭小的空间内相互紧密接触并能够快速完成加氢反应，反应得到的产物进入混合容器10混合。因狭小的微型反应器20内部基本处于相同的工艺条件，因此有效解决了目前加氢反应过程中的非均衡性问题，保证了反应的转化率。同时，因液相反应原料是快速通过微型反应器20完成加氢反应，也具有较高的反应效率(通常只需将微型反应器20的长度设置为使原料停留时间为加氢反应分子键“断裂-结合”所需时间的1～2个数量级即可，一般使原料在其中的停留时间在0.1～100ms之间即可)。更重要地，微型反应器20为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器，均不作为压力容器处理，这对加氢设备投资及运行经济性带来极大的优势。

总之，采用本实用新型的微分式加氢反应装置，能够有效解决目前加氢反应过程中普遍存在的高压不安全和非均衡性问题。同时，微分式加氢反应装置的投资将大大低于一个大型或超大型的高压加氢反应器；微分式加氢反应装置的安全性大大高于一个大型或超大型的高压加氢反应器；微分式加氢反应装置的检修维护可以在不停止设备运行的条件下实现，其经济效益和运行灵活性也大于现有的大型高压加氢反应器，在生产效率、反应效果不变的前提下实现安全、经济的社会需求。

需说明的是，此处的液相反应原料可以为以下几种原料：1、单一液相物料；2、液相为密相，气相为稀相混合物料；3、液相为密相，固相为稀相混合物料；4、液相为密相，气相、固相为稀相混合物料。

此外，上述“多个微型反应器20分成并联设置的多组，每组中包括至少一个并联设置的微型反应器20；且在每组微型反应器20中，各微型反应器20均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器”是指，多个微型反应器20分成并联设置的多组，比如四个微型反应器20两两一组，或者第一组为两个、第二组为一个、第三组为一个。分为多组的目的是需要各组内并联的一个和多个微型反应器20类型相同，比如同为常压型或者同为带压型，每组可以有一个总的进料口，其分别与各微型反应器20的液相反应原料进口201相连，这样，同一进料液进入一组微型反应器20中，可以在同样的带压状态下或常压状态下进行加氢反应。

本实用新型提供的微分式加氢反应装置可以是微分带压反应装置，也可以是微分常压反应装置。当作为微分常压反应装置使用时，可以直接将微型反应器20的出口口径开放，使其在常压下运行。当作为微分带压反应装置时，可以通过原料输送装置和微型反应器20出口、内径的配合实现所需微型反应器20内的压力环境。

如前文所述，微型反应器20内部基本处于相同的工艺条件，保证了反应均衡性。然而任何化学反应都具有随机性，不可避免仍有少部分非均衡状况以及存在少部分未完成物料的状况，为了进一步消除这种产物的非均衡性，可以通过串联的方式解决：

在一种优选的实施方式中，如图2所示，混合容器10还设置有混合物料出口102，微分式加氢反应装置还包括强制循环装置30，强制循环装置30包括：循环管路31，其入口与混合物料出口102相连，出口与液相反应原料进口201相连；强制循环泵32，设置在循环管路31上。这样，未反应完全的物料可以通过强制循环装置30再次进入微型反应器20中进行反应。当然，这种串联方式更适用于原料和产品混合不影响产品质量的加氢反应类型，比如渣油的加氢裂化和汽柴油的加氢精制等。

在一种图中未示出的实施方式中，也可以串联设置多组微分式加氢反应装置，每组微分式加氢反应装置中，混合容器10的地步具有混合物料出口102，相邻两组微分式加氢反应装置中，位于上游的一组中混合容器10的混合物料出口102和位于下游的一组中微型反应器20的液相反应原料进口201相连。这样，相当于液相反应原料依次通过多组微分式加氢反应装置进行加氢反应，且相邻两组微型反应器20中间均设置有混合容器10，此时的混合容器10的目的在于消除微型反应器20产出物之间的非均衡性，因此该容器可以为造价很低的非压力普通容器，其体积大小与产物的非均衡性有关，容器越大产物混合后的均衡性越好。此外，这种串联模式更适用于加氢产物为单一的产品、且产品与原料的混合不利于产率和产品质量的提高或不利于产物与原料的分离等情况，比如葡萄糖加氢生产山梨醇及一些农药中间体的加氢生产等。

具体操作过程中，微型反应器20的串联组数(或循环次数)的多少与原料在反应器中的一次反应转化率有关。例如原料通过一组反应器时的转化率为80％，如果转化率不变，则通过两组串联反应器时，其产品转化率达到96％，通过三组串联反应器时其产品转化率到达99.2％。事实上，原料在反应器中不断的循环，由于物料组分在不断变化，其转化率是不同的，因此物料在反应器中的循环次数通常需要通过对产品纯度的要求及反应器一次转化率等参数设计计算而定，这是本领域技术人员都应知晓的，这里不再赘述。

除了串联以外，微型反应器20的并联数量可以由工艺规定的输入物料处理量来决定并留有10％～50％的备用率预量。例如：按工艺规定只需要一个微型反应器，则可以用两个并联运行，即运行一个，备用一个(备用率50％)。如工艺需要10个微型反应器并联运行，则并联12个(备用率20％)，等等。这些都是本领域技术人员在实际操作过程中可以设置的。微型反应器20的材质、强度可以按工艺规定应承受的压力进行设计，承受的压力范围通常为(1～50)MPa；微型反应器20的压力由输入物料的泵压力和反应器出口内径配合，满足容器内压力的需求即可。对工业化规模而言，当所有并联的微型反应器均在运行，其管道和液体泵均充满物料时，这些在反应器、管道和泵体中的物料仅占容器总物料的1～3％，换句话说，不会因为所有的微型反应器在运行而导致容器中物料被抽空，致使液体泵空转。

上述混合容器10通常仅作为常压均化的收集容器，用于混合多个微型反应器20中出来的产品，加强均衡性。为了进一步提高加氢反应转化率和反应效率，在一种优选的实施方式中，如图3所示，混合容器10具有腔体，腔体中还设置有非淹没式撞击流组件11，非淹没式撞击流组件11用于使反应产物进口101进入的从微型反应器20出来的加氢反应产物进一步进行非淹没式撞击、空化及剪切。微型反应器20出口出来的反应产物的出口速度一般不低于5m/s，通常控制在(5～100)m/s的范围内。获得高速动能的反应产物通过非淹没式撞击、空化及剪切，能够进一步提升加氢效果。

在一种优选的实施方式中，非淹没式撞击流组件11包括：筒体，筒体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，筒体的筒壁上设置有多个第一孔结构，且第一孔结构的轴向与筒体的轴向方向具有夹角。此处“第一孔结构的轴向”是指第一孔结构的通孔方向，也即孔的延伸方向。因筒体上设置有多个第一孔结构，使得原料液体的喷射流体进入其内腔进行撞击后，流体经第一孔结构排出，筒体内腔的环境一直是气体环境，从而使原料的喷射流体一直处于非淹没撞击过程。喷射流体的撞击时间非常短暂，为毫秒级。撞击瞬间发生后，流体流向被迫改变为与原喷射流体进入方向接近正交的方向，形成二次流体。被迫改变方向的“二次流体”仍然有很高的初速，其撞向带有多个第一孔结构的筒体后，由于第一孔结构的轴向与筒体的轴向方向具有夹角，二次流体被筒壁和第一孔结构阻拦，发生空化、剪切和再撞击作用下，大大提高了撞击流的转化效应，从而在高效状态下完成流体动能向分子内能的转换，进一步完成了微型反应器20排出的产物中未反应原料的化学反应。上述第一孔结构的轴向与筒体轴向方向具有夹角，其夹角优选为165～195°。

在一种优选的实施方式中，筒体具有两端进口，混合容器10设置有两组反应产物进口101，每组包括至少一个反应产物进口101，且两组反应产物进口101分别设置在混合容器10的两侧；其中，一部分反应产物出口202与其中一组反应产物进口101相连，另一部分反应产物出口202与另一组反应产物进口101相连，两组反应产物进口101进入的加氢反应产物分别从筒体的两端进口以喷射流体的形式进入并进行非淹没式撞击。

在一种优选的实施方式中，筒体的一端具有进口，另一端设置有撞击底板；或者，筒体的一端具有进口，筒体的径向截面积沿远离进口端的方向逐渐减小，筒体的另一端封闭；其中，反应产物进口101均与筒体的进口端相连，用于使加氢反应产物以喷射流体的形式进入筒体并进行非淹没式撞击。

其他的非淹没式撞击组件的结构也可以采用中国专利201910320253.X中所提及的具体结构，在此不再赘述。

在一种优选的实施方式中，非淹没式撞击流组件11设置在混合容器10的腔体的靠近顶端的位置。

在一种优选的实施方式中，微型反应器20为管式结构，其长径比为10～20:1。这样的设置更有利于提高加氢反应的转化率和效率。更优选地，微型反应器20为直筒式反应器，其内径为50～100mm，长度≥500mm，优选长度为500～3000mm.

为了进一步提高反应效率，在一种优选的实施方式中，微型反应器20的内部还设置有多个管道空化板，管道空化板上设置有多个第二孔结构。具体的管道空化板可以采用本领域的常用类型。除此以外，还可以在微型反应器20外部设置用于强化加氢反应的超声装置、等离子设备、激光发射装置或其它光源技术、电磁场发生装置等。也可以采用其他剪切技术、撞击技术加强加氢反应。尤其是当作为微分常压反应装置使用时，上述强化手段对于改善加氢反应效率和转化更为重要。

更优选地，如图4所示，管道空化板a在微型反应器20内部沿其轴向垂直设置或者倾斜设置。这样具有更有效的强化效果，有利于进一步提高反应效率。进一步优选地，相邻两个管道空化板在微型反应器20内部的倾斜方向相同或相反。具体的倾斜角度γ优选为30～60°。

在一种优选的实施方式中，微分式加氢反应装置还包括加热装置，加热装置用于加热微型反应器20和混合容器10。通过加热装置能够为加氢反应提供所需要的温度环境。更优选地，如图3所示，强制循环装置30还包括管道式加热炉33，管道式加热炉33用于加热循环管路31。更优选地，循环管路31上还设置有氢气入口311，用于向循环管路31中通入氢气。这样能够为循环回微型反应器20中的物料中补充氢气，有利于未反应原料的加氢反应。

加氢反应过程中通常会生成有轻质产物，产物中也会伴有未反应的氢气及其他副产气体。在一种优选的实施方式中，混合容器10的顶部还设置有气相产物出口103，微分式加氢反应装置还包括冷凝器40，冷凝器40具有气相产物进口、冷凝液出口和尾气出口，气相产物进口与气相产物出口103相连。这样可以利用冷凝器40将轻质油品从冷凝液出口排出分离开来，氢气和部分其他副产气体作为尾气排出。更优选地，尾气出口与氢气入口311相连。这样一方面可以利用尾气中的氢气，另一方面能够利用微型反应器在氢气作用下对尾气进行脱硫脱氮处理。优选地，上述反应装置还包括冷凝液接收装置50，其与冷凝器40的冷凝液出口相连，用于接收排出的轻质油品产物。

加氢反应通常需要催化剂的催化，在实际运行过程中，可以将催化剂作为稀相分散在液相原料中进入微型反应器20中催化反应。在一种优选的实施方式中，微型反应器20内填充有加氢催化剂。这样一方面更有利于维持加氢反应过程的均衡性，一方面也能够有效防止催化剂不断循环导致的磨损，且还能够提高催化剂的利用率。除了空腔、加装空化构件、填充加氢催化剂等，还可以在反应器内部加装高电场构件、加装光催化构件等，用以促进加氢反应进行。且上述设置可以则一设置，也可以同时设置，比如同时加装光催化构件并填充加氢催化剂，这是本领域技术人员根据不同的加氢反应类型可以灵活选择的。此外，也可以根据催化类型加装其他强化构件用以提高催化效率，当然，也可以为不加任何强化构件的空腔。

总之，采用本实用新型的微分式加氢反应装置，能够有效解决目前加氢反应过程中普遍存在的高压不安全和非均衡性问题，且反应效率也较高。将本实用新型的微分式加氢反应装置和传统的反应器相比，如下：

本实用新型中微分式加氢反应装置对于液体原料的加氢反应普遍适应，举例如下：葡萄糖加氢生产山梨醇、加氢裂化如渣油常压加氢裂化、芳烃加氢开环、加氢脱硫脱氮、尾气加氢脱硫脱氮等。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

以下通过实施例1和对比例1对比葡萄糖加氢生产山梨醇的工艺条件

实施例1

采用本实用新型微分式加氢反应装置进行葡萄糖加氢生产山梨醇，液相反应原料中含有葡萄糖及去离子水，采用串联的两组微分式加氢反应装置，各微分式加氢反应装置包括一个混合装置和两个并联设置的带压微型反应器，一备一用。反应工艺条件如下：微型反应器容量≤0.025m³；反应温度140℃；非压力容器，微型反应器内径40mm，长径比L:DN＝(10～25):1(该实施例中对比了不同长径比反应器，结果如下)，反应原料在其中的流速为12m/s，运行时间为1h。上述工艺的山梨醇收率为80～90％。

对比例1

采用传统的高压搅拌反应釜非连续生产模式进行葡萄糖加氢生产山梨醇，液相反应原料中含有葡萄糖，去离子水及发酵后未反应的淀粉(纯淀粉发酵约3～5天后淀粉发酵变为葡萄糖)，反应工艺条件如下：反应器容量：3～5m³；温度：140℃；压力：5～10MPa；搅拌速度：300～600r/min(带搅拌桨，反应时间为1h)。反应的产率为50～60％。

以下通过实施例2和对比例2对比渣油常压加氢裂化的工艺条件

实施例2

采用本实用新型微分式加氢反应装置进行渣油常压加氢裂化，液相反应原料为减压渣油，采用图3所示的微分式加氢反应装置，其包括一个混合装置和四个并联设置的微型反应器(从左至右分别为I、II、III与IV，其中I、II为一组，进料液相同，III、IV为一组，进料液相同；左侧两个微型反应器I、II为带压微型反应器，容量按国标规定：V1≤0.025m³、内径DN＜0.1m、长径比L:DN＝10～25:1；右侧两个微型反应器III、IV为常压微型反应器，容量按国标规定：V1≤0.01m³、内径DN＜0.1m、长径比L:DN＝10～25:1；)，混合装置底部设置有反应产物出口，其与微型反应器进口相连，以将反应产物循环至微型反应器，循环管路上设置有强制循环泵。容器顶端设有气相轻质化油和尾气出口，由冷凝器将轻质化油冷凝为液相，其余气相经真空泵送入微型反应器。

混合装置为普通常压容器，容积：100m³；物料体积：65m³，预留空间35％用于微型反应器物料在进入容器后进行非淹没式撞击的二次反应，撞击过程中微型反应器物料出口的喷射速度在50～60m/s之间。微型反应器中设置有图4所示的管式空化板，填充有加氢催化剂，为含钼镍的毫米级催化剂；反应工艺条件如下：反应温度350～420℃，压力0.08～0.1MPa，氢油比为100。混合容器底部设有循环油管路和底油排除管路；容器上部空间设有非淹没式撞击流构件，所有物料在微型反应器内一次反应后，液体泵均将物料从微型反应器送入容器内，进行非淹没式强化的二次反应。微型反应器I、II进料通过一台离心泵作为物料运动的动力，离心泵流量：V2＝3500m³/h；微型反应器压力：1.5～2.5MPa；容器内的65m³物料在左侧两个微型反应器I、II中的循环次数为27.6次/h，这两台微型反应器的物料总循环量为55次/h，以保证物料的充分反应；III与IV为并联运行的固定床式微型反应器，反应器内填充脱硫氮催化剂，在尾气中氢气的作用下脱出气相轻质化产品中的硫氮；III、IV两个微型反应器为常压操作，温度不低于410℃；物料的总循环次数与左侧微型反应器近似。泵的输出端有管式加热炉使物料温度快速加热至350～420℃；反应工艺条件如下：温度350～420℃，压力0.1MPa，氢油比200，物料反应器内停留时间1h。

反应结果如下：轻油拔出率：40～60％。

对比例2

采用传统的悬浮床加氢装置进行渣油高压加氢裂化，液相反应原料为减压渣油，加氢催化剂为固态的吸焦催化剂。反应器尺寸及容量：物料容积＝62t/0.95(渣油密度)＝65m³；

反应器总容积65m³/65％(物料占反应器65％)＝100m³；反应器尺寸：内径Φ3m，有效高度14m，壁厚：0.33m。配套设备：氢气洗涤回收装置，高压分离器，低压分离器，高压固定床加氢反应器。

反应工艺条件如下：温度450～470℃，压力30MPa，氢油比1000，物料反应器内停留时间1h。

反应结果如下：轻油拔出率：30～60％，产率18.6～37.2T/h，产量为62t/h。

需要说明的是，由于对比例2中的反应温度为450～470℃，渣油在反应中大量结焦，因此，需要利用催化剂吸焦。而本实用新型实施例2中因为没有高压，且温度较低，因此采用脱硫氮催化剂即可。

此外，常压加氢是世界难题，从未有人在工业领域或实验室实现过。而由上述实施例1和2可知，利用本实用新型的微分式加氢反应装置实现了常压(0.1MPa)下的葡萄糖加氢、减压渣油加氢裂化，具有重大突破。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种微分式加氢反应装置，其特征在于，包括：

混合容器(10)，设置有反应产物进口(101)；

多个微型反应器(20)，用于作为液相反应原料的加氢反应场所；所述微型反应器(20)具有液相反应原料进口(201)和反应产物出口(202)，所述反应产物出口(202)与所述反应产物进口(101)相连，多个所述微型反应器(20)分成并联设置的一组或多组，每组中包括至少一个并联设置的所述微型反应器(20)；且在每组所述微型反应器(20)中，各所述微型反应器(20)均为容积≤0.025m³、内径＜0.1m的带压微型反应器或者均为容积≤0.1m³、内径＜0.1m的常压微型反应器；

原料输送装置，设置在所述液相反应原料进口(201)的进料管路上，用于将所述液相反应原料输送至所述微型反应器(20)中。

2.根据权利要求1所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述混合容器(10)还设置有混合物料出口(102)，所述微分式加氢反应装置还包括强制循环装置(30)，所述强制循环装置(30)包括：

循环管路(31)，其入口与所述混合物料出口(102)相连，出口与所述液相反应原料进口(201)相连；

强制循环泵(32)，设置在所述循环管路(31)上。

3.根据权利要求1或2所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述混合容器(10)具有腔体，所述腔体中还设置有非淹没式撞击流组件(11)，所述非淹没式撞击流组件(11)用于使所述反应产物进口(101)进入的从所述微型反应器(20)出来的加氢反应产物进一步进行非淹没式撞击、空化及剪切。

4.根据权利要求3所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流组件(11)包括：筒体，所述筒体的内腔用于提供非淹没式撞击场所，所述筒体的筒壁上设置有多个第一孔结构，且所述第一孔结构的轴向与所述筒体的轴向方向具有夹角。

5.根据权利要求4所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述筒体具有两端进口，所述混合容器(10)设置有两组所述反应产物进口(101)，每组包括至少一个所述反应产物进口(101)，且两组所述反应产物进口(101)分别设置在所述混合容器(10)的两侧；其中，一部分所述反应产物出口(202)与其中一组所述反应产物进口(101)相连，另一部分所述反应产物出口(202)与另一组所述反应产物进口(101)相连，两组所述反应产物进口(101)进入的所述加氢反应产物分别从所述筒体的两端进口以喷射流体的形式进入并进行非淹没式撞击。

6.根据权利要求4所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述筒体的一端具有进口，另一端设置有撞击底板；或者，所述筒体的一端具有进口，所述筒体的径向截面积沿远离进口端的方向逐渐减小，所述筒体的另一端封闭；其中，

所述反应产物进口(101)均与所述筒体的进口端相连，用于使所述加氢反应产物以喷射流体的形式进入所述筒体并进行非淹没式撞击。

7.根据权利要求3所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述非淹没式撞击流组件(11)设置在所述混合容器(10)的所述腔体的靠近顶端的位置。

8.根据权利要求1或2所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述微型反应器(20)为管式结构，其长径比为10～20:1。

9.根据权利要求8所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述微型反应器(20)的内部还设置有多个管道空化板，所述管道空化板上设置有多个第二孔结构。

10.根据权利要求9所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述管道空化板在所述微型反应器(20)内部沿其轴向垂直设置或者倾斜设置。

11.根据权利要求10所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，相邻两个所述管道空化板在所述微型反应器(20)内部的倾斜方向相同或相反。

12.根据权利要求1或2所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述微分式加氢反应装置还包括加热装置，所述加热装置用于加热所述微型反应器(20)和所述混合容器(10)。

13.根据权利要求2所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述强制循环装置(30)还包括管道式加热炉(33)，所述管道式加热炉(33)用于加热所述循环管路(31)。

14.根据权利要求13所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述循环管路(31)上还设置有氢气入口(311)，用于向所述循环管路(31)中通入氢气。

15.根据权利要求14所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述混合容器(10)的顶部还设置有气相产物出口(103)，所述微分式加氢反应装置还包括冷凝器(40)，所述冷凝器(40)具有气相产物进口、冷凝液出口和尾气出口，所述气相产物进口与所述气相产物出口(103)相连。

16.根据权利要求15所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述尾气出口与所述氢气入口(311)相连。

17.根据权利要求1或2所述的微分式加氢反应装置，其特征在于，所述微型反应器(20)内填充有加氢催化剂，和/或加装有高电场构件，和/或加装有光催化构件。

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