[发明专利]侧置式气液强化乳化固定床反应装置及方法

说明书

本发明公开了侧置式气液强化乳化固定床反应装置及方法，包括固定床反应器、至少一个气泡破碎器、气液分离器、进料泵、进气装置和进液装置。气体原料和液体原料经预热后分别自气相入口和液相入口进入气泡破碎器，气体被破碎成微米级气泡，与液体混合形成气液乳化物后自侧下方进入固定床反应器中；微米级气泡具有低速和难聚并特性，在穿过催化剂床层时保持原有形态，从而形成稳定的气液强化乳化固定床反应体系；反应完的产物自第二出料口进入气液分离器中，进行气液两相分离，各自收集，进行后续处理。本发明的装置和方法具有操作压力低，气液传质相界面积大，表观反应速度快，气体利用率高，投资少，能耗低，工艺灵活等优点。

技术领域

本发明涉及一种侧置式气液强化乳化固定床反应装置及方法。

背景技术

固定床气液固三相反应器，常称滴流床或涓流床，其有技术成熟、工艺和设备结构简单等特点，因而应用最广泛，而且工业化的工艺也最多，主要用于加氢、氧化、氯化、硝化和羰基化等反应。

随着国际社会环境保护力度的不断加大，全世界对高效节能的反应过程的需求与日剧增，人们对固定床气液固三相反应器系统投入了更大的关注。传统的固定床气液固三相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，因而反应效率较低。其根本原因是固定床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，工程上不得不在操作中提高反应温度，或者通过高压将气体预溶解在液相反应物的方式，增加气体在液相中的溶解度以提高传质速率，从而强化反应过程。但高温高压操作会带来负面效应，即能耗和生产成本高、投资强度大、设备操作周期短、故障多、本质安全性差等。此外预溶解在液相反应物的小气泡在与固定床中催化剂颗粒的运动碰撞中，容易发生气泡的聚并，使得气泡直径变得更大，固定床内气液分布均匀性劣化。这些制约因素都会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。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。在气液反应过程中，微界面体系能够强化气液传质及反应。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的乳化液，并在反应器内形成较高的相界面积(≥1000m²/m³)。

发明内容

本发明的目的是提供一种侧置式气液强化乳化固定床反应装置及方法，适用于固定床气液固三相反应。它可以将固定床反应器内的气体反应物的气泡尺度由传统的3-10mm，切碎缩小至1μm-1mm，从而可成倍地提高气液传质面积，提高传质速率和加氢反应效率，以解决传统固定床气液固三相反应过程中高温、高压、高物耗、高投资、高安全风险等问题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种侧置式气液强化乳化固定床反应装置，包括：

固定床反应器，内设有催化剂床层，顶部设有第二出料口；

进气装置，包括依次连接的气体原料缓冲罐、压缩机和气体原料预热器，用于原料气体输送；

进液装置，包括依次连接的液体原料罐、进料泵和液体原料预热器，用于原料液体输送；

至少一个气泡破碎器，在固定床反应器下端侧向设置，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固定床反应器；气相入口连接进气装置的气体原料预热器，液相入口连接进液装置的液体原料预热器；

气液分离器，上设有第二进料口、气相出口和液相出口；所述第二进料口连接固定床反应器顶部的第二出料口。