多相反应系统及多相反应的方法与流程

本发明涉及气液两相混合，具体涉及一种多相反应系统及多相反应的方法。

背景技术：

1、工业生产中广泛存在各种多相反应过程，如气液反应，气液固三相反应等，其反应速率与两相间的接触情况以及不同相间扩散速率有关。如液相加氢过程是将氢气溶解于原料油中来满足加氢反应所需氢气，并通过液体循环以溶解足量的氢气，以满足加氢反应的需要，其反应是气液两相在固体催化剂存在的条件下进行。

2、与滴流床相比，液相加氢工艺技术节省了循环压缩机系统、高分系统及其相应设备，可以大大节约投资和能耗。同时由于液相加氢工艺技术可以消除催化剂的润湿因子影响，而且循环油的比热容大，从而提高催化剂的利用效率，大大降低反应器的温升，降低裂化等副反应。

3、在液相加氢过程中，涉及气液两相的混合和传递过程，只有强化两相间的传质，使氢气在原料油中溶解得更多，甚至实现超饱和溶解，才能降低装置运行中的氢油比，降低反应器压降，同时提高反应效率。传统上采用提高反应温度的方法提高传质系数，采用加压的方式增强传质推动力，不但会增加设备投资和过程能耗，而且传质速率提高的幅度并不大。

4、cn201010222023.9提出了一种低氢油比的加氢处理方法和反应器，通过特殊内构件的设置，可以降低反应氢油比，提高氢气使用效率，提高催化剂及反应器体积的利用率。cn201910824430.8公开了一种多相流反应强化反应器，通过列管强化气液反应传质速率。cn 201410081189.1公开了一种微气泡发生器结构采用微孔文丘里管和超声的方法实现微气泡生成。

5、虽然现有公开文献都报道在一定程度可以提高氢气利用率，但针对加氢反应过程，仍存在气液混合不均匀、也即混氢溶氢效果不佳，传质速率低的问题，进而影响催化剂性能的发挥及最终的反应效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术存在的气液两相混合不均匀、传质速率低的问题，提供一种多相反应系统及多相反应方法。该系统适用于有气相和液相参与的反应，可使气相以微气泡形式与液相接触，从而强化气液两相传质过程，并提高反应速率。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种多相反应系统，所述系统包括混合器和反应器；其中，所述混合器包括：液体导流管1，气液混合管2和气腔室3；其中，所述液体导流管1包括直管段和缩径段，所述缩径段与所述气液混合管2连接；所述气液混合管2贯穿气腔室3与所述反应器连接。

3、本发明的第二方面提供了一种多相反应的方法，所述方法包括将气相原料和液相原料引入本发明第一方面所述的多相反应系统中进行反应。

4、通过上述技术方案，本发明所取得的有益技术效果如下：

5、1)本发明提供的一种优选实施方式中的多相反应系统，通过在液体导流管中设置缩径段，并利用气液混合管将气相扩散到液相中，可以使气相以微气泡形式与液相接触，且能够持续提供微气泡，从而强化气液两相传质过程，并提高反应速率；

6、2)本发明提供的一种优选实施方式中的多相反应系统，通过设置破碎器，可以进一步强化破碎的作用，有利于获得尺寸更小的，数量更多的微小气泡，进一步加强混合效果；

7、3)本发明提供的一种优选实施方式中的多相反应系统，可应用在液相加氢技术中，尤其是适用于烃油加氢，可实现氢气在烃油中快速溶解平衡，且过量气体仍以微气泡形式存在，达到强化气液两相传质过程并提高氢气利用率及反应速率的目的，适合工业化推广。

技术特征：

1.一种多相反应系统，其特征在于，所述系统包括混合器和反应器；其中，所述混合器包括：液体导流管(1)，气液混合管(2)和气腔室(3)；所述液体导流管(1)包括直管段和缩径段，所述缩径段与所述气液混合管(2)连接；所述气液混合管(2)贯穿气腔室(3)与所述反应器连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述液体导流管(1)中，所述缩径段的长度与所述直管段的长度比为1：0.1-10，优选为1：1-5；

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述气液混合管(2)管壁为多孔管，由多孔介质材料制备得到；

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括破碎器(4)，所述破碎器(4)设置在所述气液混合管(2)的出口处，位于所述反应器内；

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述气腔室(3)和液腔室(5)各设置为一个；所述液体导流管(1)、气液混合管(2)和破碎器(4)分别设置为多个；其中，每一个气液混合管(2)独自地与一个液体导流管(1)和一个破碎器(4)相连。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述混合器与所述反应器连接，所述反应器包括反应器壳体(61)和任选的催化剂床层(62)，以及设置在所述反应器壳体(61)上部的采出口；

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述混合器与所述反应器连接，所述反应器包括反应器壳体(61)和催化剂床层(62)，以及设置在所述反应器壳体(61)上部的采出口。

8.一种多相反应的方法，其特征在于，所述方法包括将气相原料和液相原料引入权利要求1-7中任意一项所述的系统中进行反应。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括将气相原料、液相原料和催化剂引入所述系统中进行催化反应；

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述催化剂为固体颗粒，所述固体颗粒的形状选自球形、条形、蝶形、三叶草形、四叶草形中的一种或多种；

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述催化反应的反应条件包括：反应温度为50-400℃，优选为50-300℃；反应压力为0.5-15mpa，优选为0.5-10mpa；液相原料的体积空速为0.1-20h-1，优选为1-15h-1；氢油体积比为1-500：1，优选为2-300：1。

12.根据权利要求9-11中任意一项所述的方法，其中，所述催化反应的理论化学氢耗＜1wt％。

技术总结
本发明涉及气液两相混合技术领域，公开了一种多相反应系统及多相反应方法，所述系统包括混合器和反应器；其中，所述混合器包括：液体导流管1，气液混合管2和气腔室3；其中，所述液体导流管1包括直管段和缩径段，所述缩径段与所述气液混合管2连接；所述气液混合管2贯穿气腔室3与所述反应器连接。本发明提供的多相反应系统可以使气相以微气泡形式与液相接触，且能持续提供微气泡，从而强化气液两相传质过程，提高反应速率，可应用在液相加氢技术中，尤其适用于烃油加氢。

技术研发人员：秦娅,袁清,王涛,臧高山,胡立峰,王嘉欣
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15