[发明专利]气液反应器

说明书

技术领域

本发明涉及用于进行气液工艺技术设备领域，并且可在化学、石油化工等工业中使用。

背景技术

大多数情况下，气液催化工艺的独特性在于反应发生在液相，其中一种反应物是液体，而另外一种反应物是溶解在液体中的气体。发生在液体和液相中的气体之间的化学反应，导致存在其中一种反应物从气相(gas phase)进入溶液的过渡阶段。这样，反过来，导致工艺速率常常取决于作为速度限制阶段的溶解速率的事实，这是工艺在扩散区进行的证据。

扩散区的存在作为一项规则，负面的影响了工艺速率和目标产品产量。在动力学区进行化学工艺的必要性导致寻找一种反应器，该反应器的结构适合于解决本问题。工艺在动力学区进行可以通过实现气体反应物在液体的高溶解速率来实现，该溶解速率的值直接取决于气相的接触时间。气相的接触时间越长，气体在液体中的溶解速率将进行得越快。因此，如何增加气相的接触时间，是增加气液反应器操作效率的主要问题之一(Timonin A.S.Machines and devices of chemical industries.Kaluga,Publ.N.F.Bochkareva,2008–872p.)。

增加接触时间最有效的方法是增加气体或者液体从反应物供给点到目标产品输出点经过的路径的长度。因此，美国专利(US7387769)公开了一种反应器结构，该反应器包括多个互相串接的部分，每个部分包括多个开口，这些开口交替地位于各部分的上面或者下面。该反应器中的气体从沿着一条蛇形的(serpentine)路径水平地从一个部分流到到另一个部分。并将气体分开地送入各室。这种反应器用于由二氧化碳与氢氧化钙溶液反应制备沉淀碳酸钙。这种结构的不好之处在于气体和液体是水平移动的，不能被很多化学工艺所接受，尤其是，对于从乙烯制备1-己烯(1-hexene)的工艺，由于这种情况下，气体会积聚在装置的上部，形成气体填充的区域。气体积聚在一些地方会导致在液相和气相之间接触面积减少，负面地影响气体在液体中的溶解速率。

我们选择另一种用于实施气液化学工艺的反应器(美国专利号：US6444180)作为现有技术。这一反应器结构的主要特征为使用了多个穿孔平板，在穿孔平板的边缘附近具有开孔，该开孔为扇形并临接反应器壳体内表面。其中，这些平板交替成对，以使得扇形开孔位于反应器中心轴的不同侧，从而使得液相沿着Z形轨迹流动。由于界面增大，并且液体和气相之间的混合更充分，使得目标产品产量增加。

上述发明的一个组成部分是采用了使气相的垂直运动的多个穿孔平板。其中，应注意的是，与边孔在平板的布置方法无关(每个平板两个孔，一个孔或无孔)，气相运动将是垂直穿过平板中央的贯通口。按照这种气流布置，使用该发明仅仅增加了液相的接触时间，并不影响气相的接触时间。

对于化学和石油化工工业中的多数气液工艺，包括由2-乙基己醇(2-ethylhexanal，简称2-EH)制备2-乙基己酸(2-ethylhexanoic acid，简称2-EHA)以及由乙烯制备1-己烯的工艺，气相接触时间是用于定义反应器形成的目标产品产量的最重要的参数。例如，在从2-乙基己醇制备目标2-乙基己酸的工艺中，产品的形成速率取决于溶解氧的浓度。反过来，溶解氧的浓度通过溶解氧和气相氧之间形成的平衡来定义。在气体和液体的接触时间不充足的情况下，氧气的溶解速率较溶解氧和乙醛的反应速率慢。在这种情况，工艺将在扩散区进行，将负面影响目标产品产量。使得气相接触时间具有一个相对较高的值，将有助于增加氧气溶解速率和进入动力学区过渡过程。

在预定的气体和液体流动时，气相的接触时间值将通过在该装置中气体含量的值来定义。气体的含量越高，气相的接触时间值越高，气体溶解在液体中的速率也越高。可以通过两种方式来实现增加气体含量。第一种方式，归功于所供给的气体的量随着装置容积增加的同时一起增加。这种做法是与显著的成本开销有关的，并导致主要设备使用效率较低，尤其是，气液反应器(Lehtinen C.,Brunov G.Factors affecting the Selectivity of Air Oxidation of 2-ethylhexanal,an[α]-Branched Aliphatic Aldehyde.Org.Proc.Res.&Dev.,2000,4(6),pp.544-549)。