噴射霧膜磺化反應器的製作方法

2023-06-01 11:47:56

專利名稱：噴射霧膜磺化反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石油磺酸鹽生產過程中的磺化反應技術，即SO3混合氣體中的SO3與油品進行反應，是一種氣-汽均相反應技術，具體地說，是噴射霧膜磺化反應器。
背景技術：
目前所使用的鼓泡式磺化反應技術，將SO3混合氣體通入反應器內液相反應物的液面以下，使SO3混合氣體在被磺化物料中以氣泡的形式與原料接觸進行反應，反應器內設冷卻盤管，取走反應熱，反應產生的非理想組分(酸渣)，通過重力沉降從反應器底部排除，反應生產的目的產品石油磺酸通過反應器上部溢流出反應器，反應完的尾氣從反應器頂排出。由於參與反應的氣、液兩相物質不易混合均勻、接觸不夠充分，因此反應時間較長、返混嚴重、副反應多、損失高、反應效率差，嚴重製約著伴生酸渣的磺化反應技術發展，屬逐漸淘汰技術。
所使用的膜式磺化反應技術，將液相油品均勻分散於管狀物的表面，從上向下流動，由於表面張力的作用，油品在管狀物的表面流動時，形成一層均勻的薄膜，利用被磺化物料在管壁上形成一層下流的薄膜與同向流動的SO3混合氣體接觸進行反應，管內設有流動的冷卻介質取走反應熱。由於反應物接觸充分、均勻，反應產率高、效率好。但操作條件苛刻，由於反應列管容易堵結，不適於應用在容易產生酸渣的磺化反應中，即不適合我廠伴生酸渣的生產情況。同時，反應產生的尾氣中有效組分(SO3氣體)含量高，對環保造成威脅，並且造成浪費。根據網絡檢索，未發現有將膜式磺化技術應用在石油基原料的磺化反應中的工業應用實例，僅有在以合成油為原料的磺化反應採用此技術(錦州添加劑廠)。
鼓泡式反應技術，其返混嚴重、副反應多、停留時間長、損失高、產品收率低、尾氣中SO3含量較高、生產周期長，嚴重製約產品質量的改善和產量的提高，對環境壓力也較大。
膜式反應技術，操作條件苛刻，反應列管容易堵結，不適合我廠伴生酸渣的情況，更由於環保和浪費的壓力，難於在石油基原料磺化中推廣應用。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種噴射霧膜磺化反應器，是一種高效的以石油基油品為原料的磺化反應技術，該技術需要較好地解決反應中物料返混的現象、縮短反應停留時間、盡最大可能減少副反應、降低反應損失、提高目前產品收率，且尾氣中SO3含量能夠得到切實降低。
本實用新型是這樣實現的包括三氧化硫氣體入口1、溫度計2、尾氣出口3、壓力表4、升溫、降溫介質出口5、噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7、升溫、降溫介質入口8、排渣口9、噴嘴10，反應罐體11的頂部設有三氧化硫氣體入口1，在反應罐體11的底側部設有尾氣出口3，噴嘴油進口7內有噴嘴霧化風6，在反應罐體11的底部設有排渣口9，反應罐體11內裝有取熱和加熱盤管12，在取熱和加熱盤管12兩端對應的位置上分別裝有升溫、降溫介質出口5和升溫、降溫介質入口8，壓力表4設置在反應罐體11的頂部，在反應罐體11內裝有溫度計2。
帶有原料油進口和霧化風進口的霧化噴嘴10位於反應罐體11下部，並置於反應罐體11內中心位置。
尾氣出口3位於噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7正對的另一側，比噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7的位置偏下。
反應罐體11尾氣出口3管線採用與反應罐體11呈向上45°傾斜後垂直向上。
反應罐體11為圓柱體尖底罐。
反應罐體11至少一個以上，其間並聯。
本實用新型的優點在於(1).反應效率方面反應停留時間由現行鼓泡式磺化的5小時縮短至噴射磺化的不高於5秒；6％的SO3經過磺化吸收後排放的尾氣濃度在0.03％左右；反應產物-磺酸鈉分子量可達640，現生產技術為540～590。
(2).反應產率方面磺酸鈉收率高達20％，高於現生產技術6個百分點；損失率可以控制在6％以內，低於現生產技術6個百分點。
(3).產品質量方面磺酸鈉產品呈紅棕色，優於現生產技術的棕色偏黑；抽餘油比色為2.0～2.5，優於現生產技術的3.0～3.5，提高1個單位級。通過借鑑噴霧乾燥行業的噴霧技術，模擬膜式磺化的均相接觸技術，結合石油基原料磺化反應過程中的實際情況，拋棄了氣-液相反應模式，採用了新的氣-汽反應思路，開發了以強化傳質、均相接觸為特點，反應時間可控，反應深度及廣度適中可調，時間短、工效高、殘渣少、節能環保的噴射霧膜式磺化技術。


附圖1為噴射磺化反應器的結構示意圖；附圖2為噴射磺化反應器建立的工業化逆流反應流程示意圖。
具體實施方式
噴射霧膜反應器原理是原料油在一定壓力下被向上噴嘴10霧化後形成油汽，在反應罐體11內的空間形成微米級的極小液滴(油汽)，而與逆向進入的SO3氣體充分接觸反應。通過控制反應罐體11的長度和噴嘴10的安裝高度來控制反應的停留時間；通過反應罐體11內布盤管來實現系統的取熱和升溫，確保反應體系熱量平衡；通過反應罐體11的串級和控制物料的通入配比來控制目的產品一石油磺酸的酸值，達到控制反應深度的目的，以減少副反應的發生，目的產品收率得到了提高，副反應的減少也使損失率得到了降低；通過氣液相原料的逆向進入串級反應罐體11，即石油基原料油首先進入一級反應罐體11，SO3氣體首先進入反應罐體11，在一級反應罐體11中的新鮮原料油與在二級反應罐體11中反應後的SO3氣體接觸進行磺化反應，生成的酸性油進入二級反應罐體11與新鮮的SO3氣體反應達到石油磺酸的反應終點，這樣形成了氣液相的逆流反應過程，由於每個反應罐體11中均是一種新鮮原料和另一個反應罐體11出來的反應後介質接觸反應，形成了一定的濃度差，提高了氣液相傳質效率，並使參與反應的氣液相原料均達到了最佳的反應吸收效果，從而降低了尾氣中SO3氣體的含量。
本發明的噴射霧膜磺化反應器，其反應罐體11為圓柱體尖底罐，可以暫時儲存反應產物，使副產物有充分的沉降時間，並容易排出系統；SO3氣體進口位於反應罐體11頂部中心位置，帶有原料油進口和霧化風進口的霧化噴嘴10位於反應罐體11下部，並置於反應罐體11內中心位置，達到充分瀰漫均勻接觸的目的；為減少原料油進口和霧化風進口管線佔據反應器內較多體積，採用將二者緊靠在一起通過反應罐體11開口進入罐內與噴嘴10連接；尾氣出口位於噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7正對的另一側，比噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7稍偏下位置，為了避免尾氣夾帶反應產物逸出反應體系，一級反應罐體11尾氣出口3管線採用與反應罐體11呈向上45°傾斜後垂直向上，使一級尾氣中夾帶的反應產物凝結後自動回流入一級反應罐體11，二級反應罐體11尾氣由於直接排入大氣，尾氣出口3管線仍採用與反應器向上45°傾斜連接，但在垂直段採用擴徑措施，降低氣體流速，並採用尾氣側向進入擴徑段，尾氣中的夾帶物凝結後從擴徑段的頂部排出系統，達到降低尾氣濃度的目的；溢流線位於罐體側方與尾氣出口和原料進料線呈90°布置，並略低於尾氣出口管線，出口進入中間儲存罐罐底，以實現自動溢流和油封的目的，節省了主動抽油的動力，避免了反應系統內的反應氣體從溢流管線進入大氣；取熱和加熱盤管12設在反應罐體11內，盤管12與外部冷卻水管線和蒸汽管線連通，實現系統的降溫和升溫過程，確保了反應體系的熱量平衡。測壓和測溫設備分別從罐體側方伸入罐內中心部位，測溫設施採用三段設置，較好地檢測和控制了系統內各部分溫度，更好地保證了反應效果。
如圖1所示，石油基原料油經過噴嘴油進口7和從噴嘴霧化風6進入的風一道到達反應罐體11的噴嘴10，被霧化後的油品向上噴射，與從三氧化硫氣體入口1進入的SO3氣體接觸，發生磺化反應，反應生成的副產物酸渣從排渣口9排出系統，目的產物石油磺酸從溢流口排出系統，未反應完的SO3氣體從尾氣出口3排出系統。
如圖2所示，①為原料油，②為霧化風，③為三氧化硫，④為一級反應器，⑤為二級反應器，⑥為成品酸性油，⑦為尾氣，圖2所示的流程其在氣液宏觀流程和氣液微觀反應過程中均採用了逆流接觸的反應模式，即在宏觀流程中，原料油進入④一級反應器中，與⑤二級反應器反應後的SO3氣體反應，而新鮮的SO3氣體進入⑤二級反應器中與④一級反應器生成的酸性油反應，實現濃度差以強化傳質過程，提高反應效率；在一級和二級反應器中的微觀方面，液態物料在向上噴射霧化後與向下的氣態SO3接觸反應，質點的逆向接觸，碰撞機率得到提高，同樣提高了反應效率。為保證所得酸性油中的酸渣自然沉降時間，各反應器後均設計了連續溢流；為保證霧化噴嘴的高效霧化，氣液相在進入反應系統前均經過了過濾器的過濾。
連續生產運行表明，本設計的噴射霧膜磺化反應器能夠將反應停留時間由現行鼓泡式磺化的5小時縮短至噴射磺化的不高於5秒，目的產品收率提高6個百分點，損失降低6個百分點，副產抽餘油比色同比提高1個單位級，尾氣濃度可以控制在0.03％(V)以內。表明本設計的噴射霧膜反應器和建立的中試流程，能夠實現石油磺酸鹽的高效磺化過程，解決了現行反應器所存在的問題。
權利要求1.噴射霧膜磺化反應器，包括三氧化硫氣體入口(1)、溫度計(2)、尾氣出口(3)、壓力表(4)、升溫、降溫介質出口(5)、噴嘴霧化風(6)、噴嘴油進口(7)、升溫、降溫介質入口(8)、排渣口(9)、噴嘴(10)，其特徵在於反應罐體(11)的頂部設有三氧化硫氣體入口(1)，在反應罐體(11)的底側部設有尾氣出口(3)，噴嘴油進口(7)內有噴嘴霧化風(6)，在反應罐體(11)的底部設有排渣口(9)，反應罐體(11)內裝有取熱和加熱盤管(12)，在取熱和加熱盤管(12)兩端對應的位置上分別裝有升溫、降溫介質出口(5)和升溫、降溫介質入口(8)，壓力表(4)設置在反應罐體(11)的頂部，在反應罐體(11)內裝有溫度計(2)。
2.根據權利要求1所述的噴射霧膜磺化反應器，其特徵在於帶有原料油進口和霧化風進口的霧化噴嘴(10)位於反應罐體(11)下部，並置於反應罐體(11)內中心位置。
3.根據權利要求1所述的噴射霧膜磺化反應器，其特徵在於尾氣出口(3)位於噴嘴霧化風(6)、噴嘴油進口(7)正對的另一側，比噴嘴霧化風(6)、噴嘴油進口(7)的位置偏下。
4.根據權利要求1所述的噴射霧膜磺化反應器，其特徵在於反應罐體(11)的尾氣出口(3)管線採用與反應罐體(11)呈向上45°傾斜後垂直向上。
5.根據權利要求1所述的噴射霧膜磺化反應器，其特徵在於反應罐體(11)為圓柱體尖底罐。
6.根據權利要求5所述的噴射霧膜磺化反應器，其特徵在於反應罐體(11)至少一個以上，其間並聯。
專利摘要一種用於石油磺酸鹽生產過程中的噴射霧膜磺化反應器，包括噴嘴霧化風6、噴嘴油進口7、噴嘴10等，在反應罐體11的底側部設有尾氣出口3，噴嘴油進口7內有噴嘴霧化風6，在反應罐體11的底部設有排渣口9，反應罐體11內裝有取熱和加熱盤管12，在取熱和加熱盤管12兩端對應的位置上分別裝有升溫、降溫介質出口5和升溫、降溫介質入口8，解決了反應中物料返混的現象、縮短反應停留時間、盡最大可能減少副反應、降低反應損失、提高目前產品收率，且尾氣中SO
文檔編號B01J12/00GK2818480SQ20052011813
公開日2006年9月20日 申請日期2005年9月1日 優先權日2005年9月1日
發明者王萬真, 白俊, 劉永紅, 段天平, 尤興華 申請人:中國石油天然氣股份有限公司