[发明专利]一种附加气体脉冲装置的滴流床反应器

说明书

本发明涉及化工技术领域的滴流床反应器，具体地说是通过在现有的滴流床反应器入口附加气体脉冲装置，来提高在低流率下操作的滴流床反应器的效率。

滴流床反应器是工业过程中广泛应用的三相反应器之一，它主要是指气液两相并流向下通过催化剂床层的一类反应器，其中的液相可作为反应物，也可作为惰性热载体或用于移走催化剂上的反应产物。前者的例子有石油炼制中轻质油、汽油、煤油、润滑油及渣油等加氢脱硫反应，重质油和渣油的加氢裂化反应，汽油和渣油的加氢脱金属反应，烯烃、苯胺、食用油和脂肪等加氢反应，废水中苯酚、甲酸、乙酸等其它可溶有机污染物的催化氧化反应，异丁烯水合反应，固定化酶或固定化细胞的生物有氧发酵反应等。后者的例子主要有强放热的卤化反应、丁烯聚合反应、Fischer-tropsch合成反应和SO₂在活性炭上的催化氧化反应等。

滴流床反应器的主要缺点是，在大型反应器中，热量的径向混合不好，从而引起催化剂局部过热，产生有害的影响，造成催化剂迅速失活，并使液膜过量汽化。在滴流床反应器中，催化剂颗粒不能太大，否则会产生明显的颗粒内扩散效应。而小颗粒催化剂会产生很大的起始压降，并随着催化剂的老化，加速压降的升高，如加氢脱硫过程中，催化剂毛细孔口堵塞，将引起催化剂迅速失活。尤其在低液速下操作时，反应器内将可能产生流动分布不均，如沟流、旁路，催化剂不完全润湿、径向传热不畅及热点等问题。而对于气相反应物为反应控制组分的快反应，控制组分须经过气液传质、液固传质和颗粒内扩散才能到达催化剂活性中心反应，因此低流率下较差的传质特性又成为影响反应速率的一个主要因素。正因如此，工业滴流床反应器常常在气液流率较高的脉冲流区或接近脉冲流区的过渡区操作，以利用脉冲流区很好的传热、传质特性和其它流体力学性能，液相流率一般都远远高于使催化剂颗粒完全润湿的某一最小临界流率。但脉冲流区很大的操作流率和相应的很大压降不可避免地带来了动力消耗过大和反应转化率降低等问题。工业反应器另一个提高传质的举措是通过提高反应器的操作压力来提高微溶性限制组分在液相主体中的溶解度，从而提高反应组分在液固界面的传质推动力，但这对反应设备及操作提出了更高的要求。

本发明的目的在于提供一种新的滴流床反应器，它无须增大气液操作流率，仅通过附加的气体脉冲装置来强制引发脉冲流，以改善低流率下操作的滴流床反应器性能，提高其反应效率。

加拿大的Haure等(1989，1991)的周期操作试验是根据部分润湿提高反应速率的原理，通过使催化剂床层连续不断地周期性地排液和充液的切换操作，来实现催化剂颗粒表面的部分润湿，最终提高总反应速率和反应转化率。但这种周期操作试验对改善液体均布及径向的传热、传质特性方面不起任何作用。而本发明是基于气液两相流在脉冲流区优越的流体力学性能和很好的传热、传质特性，通过附加气体脉冲装置来突然地、周期性地、连续不断地施加气体脉冲，从而引发强制脉冲流、增强气液两相流体的湍动和混合，来提高传质速率、总反应速率和反应转化率。另一方面，在Haure等(1989，1991)的周期操作试验中，为使催化剂颗粒表面达到很好的部分润湿，常要求充分长的排液时间，这对于较强的放热反应有可能诱发床层中的热点。

本发明的技术方案是这样实现的：一种附加气体脉冲装置的滴流床反应器，它主要包括装在反应器上部的气体、液体进料口和气液分布器，装在反应器中部的催化剂，装在反应器下部的气体、液体出口，其特征在于：脉冲气源经流量计接至电磁阀的一端，电磁阀的控制端接至控制电路，电磁阀的另一端通过脉冲气体旁路管接至反应器上部的气体进料口处。