本实用新型涉及一种用于渣油加氢反应的上置式微界面强化反应装置。
背景技术：
自上世纪七十年代以来，从石油中采出的原油质量开始变差，原油中的重质油含量尤其是渣油收率出现增加的趋势。渣油因原油产地、炼油工艺等的不同可分为很多种类，不同种类的理化性质各不相同。一般可分为常压渣油和减压渣油两大类。渣油的主要成分包括饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质，在高温高压和催化剂的作用下，渣油可以深度加氢，通过开环裂化等一系列复杂的物理化学变化而获得轻质燃料油产品。
随着世界各国对轻质油品的需求日益增加，对环保的要求不断趋严，人们对渣油的加氢技术投入了更大的关注。传统的渣油加氢反应一般采用悬浮床加氢反应器，该反应器虽然对原料的适应性强、操作简单，但由于其受传质控制，因而加氢反应效率较低。其根本原因是反应器内的气泡尺度较大(一般为3-10mm)，故气液相界传质面积小(一般在100-200m2/m3)，因而限制了传质效率。因此，工程上不得不采用高温(470℃以上)和高压(20mpa以上)操作，通过增加氢的溶解度以提高传质速率，从而强化反应过程。但高温高压产生一系列副作用：能耗和生产成本高、投资强度大、设备操作周期短、故障多、本质安全性差等，从而给工业化大规模生产带来挑战。气泡直径(sauter直径)d32是决定相界面积大小的关键参数，是决定气液反应速率的核心因素。d32逐渐减小时，体积传质系数逐渐增大；特别是当d32小于1mm时，体积传质系数随d32的减小以类似于指数形式快速增大。因此，将d32减小到微米级能够大幅度强化气液反应。直径在1μm～1mm之间的气泡可称为微气泡，由微气泡形成的相界面称为微界面，微气泡群形成的相界面体系，称为微界面体系。根据yang-laplace方程，气泡的内压与其半径成反比，故微气泡也有利于提高气泡内压，提高气体的溶解度。因此气液反应过程中，微界面体系能够强化气液传质，进而加快气液反应。微气泡具有刚性特征，独立性好，不易聚并，因此微气泡体系的气液充分混合，可获得含有大量微气泡体系，并在反应器内形成较高的相界面积(≥1000m-1)，进而加快反应速率。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为渣油加氢反应提供一种上置式微界面强化反应装置。它包含反应器主体、气泡破碎器、三相分离器等组件。气泡破碎器可将气液体系的气泡尺度由传统的3-10mm，破碎缩小至1μm-1mm，从而大幅度地提高体系气含率和气液传质面积，加速多相反应进程，提高气体利用率，改善过量排放造成的环境问题，并提高传质速率和加氢反应效率，以解决渣油加氢过程高温、高压、高物耗、高投资、高安全风险等问题，由此降低设备的投资成本和运行费用。
为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于渣油加氢反应的上置式微界面强化反应装置，包括：
悬浮床反应器，上部设有第二出料口，底部侧壁设有第三出料口，顶部侧壁设有第四出料口；
进气装置，包括依次连接的氢气缓冲罐、压缩机和氢气预热器，用于原料气体输送；
进液装置，包括依次连接的渣油原料罐、进料泵和渣油预热器，用于原料液体输送；
至少一个气泡破碎器，设置于悬浮床反应器顶部，所述气泡破碎器上设有气相入口、液相入口和第一出料口，所述第一出料口连接悬浮床反应器；气相入口连接进气装置的氢气预热器及第四出料口，液相入口连接进液装置的渣油预热器；顶部的气泡破碎器的第一出料口通过气液混合管路连接悬浮床反应器；
三相分离器，上设有第二进料口、气相出口、液相出口和固相出口；所述第二进料口连接悬浮床反应器顶部的第二出料口；
循环泵，连接悬浮床反应器的第三出料口，将自第三出料口排出的料液泵入顶部的气泡破碎器。
本实用新型的反应装置，在渣油和氢气分别从液相入口和气相入口进入气泡破碎器内部时，氢气被破碎成小粒径微气泡，以增大与油相的接触面积；另外，上置式气泡破碎器内的低压区可以将反应器上方部分未反应完的氢气反复送至液层底部继续参与反应，从而延长了气液两相的接触时间，并使得两相混合更加充分，这几点综合起来，可以达到强化传质和加快宏观反应速率的效果。这样既可降低体系的压力，又可减小氢油的配比，因此能有效解决传统悬浮床反应器的问题。
微界面强化反应装置中，由于气泡比较小，因此气液分离较慢，需在反应器后设置分离器以实现微气泡、液体与催化剂等固渣分离。
作为本实用新型的进一步改进，所述气泡破碎器为气动式气泡破碎器、液动式气泡破碎器或气液联动式气泡破碎器。气泡破碎器根据能量输入方式可为气动式、液动式和气液联动式，其中气动式破碎器采用气体驱动，输入气量远大于液体量；液动式破碎器采用液体驱动，输入气量一般小于液体量；气液联动式气泡破碎器采用气体和液体共同驱动。气泡破碎器内可形成平均直径在1μm-1mm之间的微气泡。微气泡尺度为微米级，类似于刚性小球，在微界面强化反应装置主体中不容易聚并，仅随反应过程中气泡内成分的消耗或外部压力变化而变化，因此微界面强化反应装置可使气液相界面积提高到1000m2/m3以上，从而显著减少多相反应时间，大幅降低能耗与物耗。
作为本实用新型的进一步改进，所述气泡破碎器设有多个；气泡破碎器串联形成一个气泡破碎器组后连接悬浮床反应器，或与悬浮床反应器并联连接，或串并联混合的方式与悬浮床反应器连接。
作为本实用新型的进一步改进，所述进料泵选用柱塞泵。
本实用新型相较于传统悬浮床反应器的优点在于：
1.能耗低。传统的悬浮床反应器通过高压(>20mpa)来提高氢气在常压渣油中的溶解度，以加强传质。而本实用新型则是通过增大气液两相的相界面积，达到强化传质的效果。因此可以适当调低压力，从而降低了能耗。
2.氢油比低。传统悬浮床反应器为了保证常压渣油能充分反应，氢油比一般控制在3000:1以上。本装置由于传质、进而反应都得到了强化，因此可大幅减小氢油比，这不但减少了氢气的物耗，同时也降低了循环压缩的能耗。
3.工艺苛刻度低，生产安全性高，吨产品成本低，市场竞争力强。
附图说明
图1为渣油加氢反应的上置式微界面强化反应系统示意图；
图中，1-气泡破碎器气相入口；2-气泡破碎器液相入口；3-气泡破碎器；4-悬浮床反应器；5-三相分离器；6-三相分离器气相出口；7-三相分离器液相出口；8-三相分离器固相出口；9、10、11、13-管道；12-循环泵；14-渣油原料罐；15-进料泵；16-渣油预热器；17-氢气缓冲罐；18-压缩机；19-氢气预热器；20-气液混合管路。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式进一步说明本实用新型的技术方案。
实施例1
本实施例具体说明本实用新型的装置结构，如图1所示用于渣油加氢反应的上置式微界面强化反应装置，包括：
悬浮床反应器4，上部设有第二出料口，底部侧壁设有第三出料口；
进气装置，包括依次连接的氢气缓冲罐17、压缩机18和氢气预热器19，用于原料气体输送；
进液装置，包括依次连接的渣油原料罐14、进料泵15和渣油预热器16，用于原料液体输送；本实施例中所述进料泵选用柱塞泵；
至少一个气泡破碎器，设置于悬浮床反应器4顶部，所述气泡破碎器上设有气相入口、液相入口和第一出料口，所述第一出料口连接悬浮床反应器；气相入口连接进气装置的氢气预热器19，液相入口连接进液装置的渣油预热器16；
本实施例中采用气液联动式气泡破碎器3，气液联动式气泡破碎器的液相入口2连接渣油预热器16及循环泵12，气液联动式气泡破碎器的气相入口1连接氢气预热器14。顶部的气泡破碎器的第一出料口通过气液混合管路20连接悬浮床反应器。
气泡破碎器也可为多个，气泡破碎器串联形成一个气泡破碎器组后连接悬浮床反应器，或与悬浮床反应器并联连接，或串并联混合的方式与悬浮床反应器连接。
三相分离器5，上设有第二进料口、气相出口6、液相出口7和固相出口8；所述第二进料口连接悬浮床反应器4上部的第二出料口；
循环泵8，连接悬浮床反应器的第三出料口，将自第三出料口排出的料液泵入顶部的气泡破碎器。
1.一种用于渣油加氢反应的上置式微界面强化反应装置，其特征在于，包括：
悬浮床反应器，上部设有第二出料口，底部侧壁设有第三出料口，顶部侧壁设有第四出料口；
进气装置，包括依次连接的氢气缓冲罐、压缩机和氢气预热器，用于原料气体输送；
进液装置，包括依次连接的渣油原料罐、进料泵和渣油预热器，用于原料液体输送；
至少一个气泡破碎器，设置于悬浮床反应器顶部，所述气泡破碎器上设有气相入口、液相入口和第一出料口，所述第一出料口连接悬浮床反应器；气相入口连接进气装置的氢气预热器及第四出料口，液相入口连接进液装置的渣油预热器；顶部的气泡破碎器的第一出料口通过气液混合管路连接悬浮床反应器；
三相分离器，上设有第二进料口、气相出口、液相出口和固相出口；所述第二进料口连接悬浮床反应器上部的第二出料口；
循环泵，连接悬浮床反应器的第三出料口，将自第三出料口排出的料液泵入顶部的气泡破碎器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气泡破碎器为气动式气泡破碎器、液动式气泡破碎器或气液联动式气泡破碎器。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气泡破碎器设有多个；气泡破碎器串联形成一个气泡破碎器组后连接悬浮床反应器，或与悬浮床反应器并联连接，或串并联混合的方式与悬浮床反应器连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进料泵选用柱塞泵。
技术总结