周向混合器及使用其的氣液/液液混合方法

2023-05-07 23:22:31

專利名稱：周向混合器及使用其的氣液/液液混合方法
技術領域：
本發明屬於氣液或液液混合反應領域，涉及一種兩相混合的方法。具體地說， 涉及一種加氫過程中的氫氣與重油預混合及反應的方法，以及實施該方法所用的裝 置周向混合器。
背景技術：
液相加氫比氣相加氫有許多優勢，是國內外石油煉製研究與發展的熱點之一。 當前的煉油工業已經提出了一些新的思路和技術，用來脫除不易去除的硫類含量，
而在一些油品的規格中，硫含量要求幾乎為零。國外的Process Dynamics和Linde BOC Process Plants LLC (LBPP)兩家公司通過對滴流床反應器中加氫脫硫反應基 本原理的研究，開發了一種新技術IsoTherming (等溫)，該技術可以用較低投資 和操作費用生產超低硫柴油產品。具體而言，加氫工藝需要氫氣，優化的加氫脫硫 工藝應能以最小的氫耗，達到所需的脫硫水平和改進的十六烷值；如果液體在進入 催化劑床層之前已溶解了反應所需的全部氫氣，那麼將十分有利於加氫反應；通過 用氫氣飽和原料和循環物流(經加氫處理的液體)的方法提供氫氣，原料和循環物 流一起與液體中溶解的全部所需的氫氣進入催化劑床層，然後發生反應；產物循環 的另一個好處是它保留了一定的反應熱，因此稱之為IsoTherming。
顯然，該工藝的核心在於溶氣過程，包括選擇和購買高溫高壓循環泵以及合 適的氫氣和柴油物流的注入和混合方法。但是，此前，溶氣過程不僅成本高，而且 系統複雜。空壓機、壓力容器、通用離心泵和控制系統是必不可少的。常用的方法 是射流法、擴散板法。
射流法是射流器的氣腔在高速液流作用下形成負壓，吸進氣體，高速液流再 把氣體粉碎，形成微氣泡而與液體充分接觸混合，其優點是混合好、接觸時間短， 其缺點是能耗高。壓縮空氣通過微孔板進行分散，其優點是能耗較低，其缺點是噴 頭堵塞時布氣不均勻，混合差，需要大型空壓機和昂貴的氧化反應塔。可見，上述兩種方法解決溶氣過程成本高，系統複雜。因此急需一種降低成 本，簡化系統，同時提高效果的溶氣方法。
在目前的氣浮工藝的溶氣系統中，已開始大量使用一種氣液混合泵，如著名
德國公司EDUR生產的離心式氣浮泵，通過氣液混合泵進入口的負壓吸入氣液兩 相，然後通過葉輪將氣液混合相打碎，即達到液相溶氣效果。另外，其葉輪為開式 結構，可避免在進口處產生過大氣泡，影響泵的穩定工作和氣液混合的效果。出口 液體中預期能夠產生20-40微米的氣泡，氣液比1-10%，經過再次加壓後，氣泡粒 徑將進一步減小，氣泡均勻、密集，氣浮效果穩定，氣量充足，因此氣液溶解效率 高、性能穩定。而且其生產工藝簡單 一臺混合泵可替代四個設備，系統簡單、操 作容易、管理方便，為目前投資最少、混合效果最好的設備。另外，因不用釋放器， 解決了釋放器堵塞的問題，減少了日常維修工作量。總之，氣液混合泵技術的應用， 可以產生巨大的經濟效益。
但是，氣液混合泵目前有其無法克服的困難，即，由於在一些場合，比如柴 油加氫等反應中，有時需要提高反應溫度和壓力，其溫度可達38(TC以上，而現有 的氣液混合泵最高可使用的溫度僅為35(TC左右。當溫度升高時，動密封容易失效， 因此限制了氣液混合泵的高溫應用。
因此，本領域迫切需要開發出一種能夠克服上述現有技術中存在的問題，成 本低且效果好的混合反應方法及裝置。

發明內容
本發明提供了一種新型周向混合器及使用其的氣液/液液混合方法，從而解決 了現有技術中存在的問題。
本發明所要解決的首要技術問題是解決現有氣液混合泵裝置系統中不能承受 高溫高壓的問題。本發明採用周向式翅片，提供了一種新型周向混合器。本發明所 要解決的另一個技術問題是提供一種以上述裝置為核心的新的氣液混合或液液混 合的方法，以補充現有混合方法的不足。
一方面，本發明提供了一種周向混合器，它包括蝸殼、以及設置在蝸殼 內的周向式翅片，使得在所述蝸殼與周向式翅片之間形成用於氣液/液液混合 的環形流道。
4在一個優選的實施方式中，所述周向式翅片固定在蝸殼內。 在另一個優選的實施方式中，所述周向式翅片是開式葉輪。 另一方面，本發明提供了一種氣液/液液混合方法，該方法包括將氣液相/
液液相送入上述周向混合器中，使得氣液相/液液相在所述周向混合器的蝸殼
與周向式翅片之間形成的用於氣液/液液混合的環形流道中湍流混合。
在一個優選的實施方式中，所述氣液相/液液相中的氣相進料/液相進料由
所述周向混合器的頂部進氣口/進液口加壓進入，液相進料由所述周向混合器
的進口加壓進入，混合後進入所述環形流道中湍流混合。
在另一個優選的實施方式中，該方法還包括在所述周向混合器的出口設
置氣液分離罐以除去氣液混合後出口液體中的大氣泡。


圖1是根據本發明的周向混合器的截面示意圖。
圖2是根據本發明的周向混合器溶氣系統示意圖。
圖3是根據本發明的一個實施方式的周向混合器溶氣系統示意圖。
具體實施例方式
本發明的發明人在經過了廣泛而深入的研究之後發現，通過在現有混合器的 蝸殼內增設周向式翅片，可以在蝸殼與周向式翅片之間形成用於氣液/液液混合 的環形流道，使得兩相混合物通過環形流道達到湍流混合，每通過一個葉輪即 達到一次混合效果；既能在多分流道間充分混合，又能有效避免傳統靜態混合 器因流道狹窄導致的堵塞問題；且周向混合流道節省了混合器體積，大大地減 少了佔地空間，適用於重油加氫溶氣反應及工業萃取等場合，可廣泛應用於各 種氣液、液液混合過程。基於上述發現，本發明得以完成。
在本發明的第一方面，提供了一種新型的周向混合器，它通過在蝸殼內增設 周向式翅片，開發了新型混合流道，同時具有了氣液或液液混合併反應的功能；並 通過選擇適合的設備材料，使其進出口可以承受足夠壓力和溫度。
較佳地，所述周向式翅片為特製開式葉輪，從而可以避免進口處產生氣體旋 渦，影響混合效果。較佳地，所述葉輪固定在蝸殼內，不隨進液旋轉，故其軸封為靜密封，從而 可任意避免氣液混合泵高溫下動密封失效的問題，可應用於高溫高壓場合，尤其適 用於加氫溶氣反應。由於葉輪不轉，可以選用適用於更高溫度的靜密封方式，且更 容易採用密閉結構，可大幅度升高裝置的使用溫度，因此具有較廣的適用溫度範圍。 另外，由於其保留了氣液混合泵的葉輪和蝸殼等主要特徵，所以可以作為周向混合 器進行氣液混合過程。
在本發明的第二方面，提供了一種新的氣液混合(或液液混合)的方法，該 方法包括使氣液相(或液液相)分別通過調節管路通入上述周向混合器後，通過 周向式翅片與蝸殼間的特殊流道，使得兩相達到充分混合，同時達到一定的反應效 果並從出口排出，其中，進液口和進氣口 (或另一個進液口)的壓力與流量由調節 管路調節至平衡，以使兩相能同時進入周向混合器，且成一定比例。
較佳地，當作為氣液混合方法時，且在需要控制出口液體中氣泡粒徑的情況 下，可通過在出口管路設置氣液分離罐進行收集，以除去混合後影響高效混合的大 氣泡。
較佳地，氣體物料(或另一種液體物料)從周向混合器的頂端進氣口 (或另 一個進液口)加壓進入，液體物料從周向混合器的進口加壓進入，然後在周向混合 器進口處交匯後同時進入周向流道。
本方法和裝置不僅可用於氣液混合過程，也可推廣到液液混合過程，也可作 為工業萃取的生產裝置，可以廣泛應用於傳熱、萃取、吸收等多項領域。
以下參看附圖。
圖1是根據本發明的周向混合器的截面示意圖。如圖1所示，本發明的周 向混合器包括蝸殼、以及設置在蝸殼內的周向式翅片，使得在所述蝸殼與周
向式翅片之間形成用於氣液/液液混合的環形流道；並且還包括進液口 8、進氣 口 9/進液口 8、以及出口 10。
圖2是根據本發明的周向混合器溶氣系統示意圖。如圖2所示，氣相進料 經壓縮機7加壓後進入周向混合器1，液相進料經離心泵6加壓後進入周向混 合器1，通過周向混合器1中的周向式翅片與蝸殼間的特殊流道，使得兩相進料 達到充分混合；混合後影響高效混合的大氣泡在出口管路處設置的氣液分離罐4進行收集並除去。
圖3是根據本發明的一個實施方式的周向混合器溶氣系統示意圖。如圖3所 示，進料和補充氫氣同時進入周向混合器1，通過周向混合器1中的周向式翅
片與蝸殼間的特殊流道，使得兩相進料達到充分混合；混合後的產物進入 Isotherming反應器2中進行初步反應；接著進入加氫反應器5進行進一步反應，進 一步反應的塔頂產物經脫硫，與塔底產物一起進入塔頂流出物分離器3進行分離， 分離後的產物進入氣液分離罐4中分離出頂端分離物和產物超低硫柴油。
本發明的主要優點在於
本發明的方法和設備投資成本低，佔地面積小，故障率低，氣液混合處理效 果好，能耗低，能有效解決苛刻物性下的氣液/液液混合問題。
實施例
下面結合具體的實施例進一步闡述本發明。但是，應該明白，這些實施例 僅用於說明本發明而不構成對本發明範圍的限制。下列實施例中未註明具體條 件的試驗方法，通常按照常規條件，或按照製造廠商所建議的條件。
實施例1:
將本發明的周向混合器應用於Isotherming工藝流程中，如圖3所示。裝置能 力能達到3800bbl/天，並滿足柴油產品硫含量為10ppmw的規格。其原料與許多煉 廠相似，即直餾餾分與LCO之比為60/40的混合物，其硫含量約為2100ppmw。
在該工藝流程中，原料油和補充氫同時通入周向混合器，通過周向混合器的 作用將兩者均勻混合，同時通過循環泵循環，並經過Isotherming反應器進行初步 反應，從而提高了進入加氫反應器的溶氫重油混合程度。
作為提高加氫反應效果的方式之一，該裝置提高了加氫裂化的反應效果，提 高了成品油品質，同時簡化了設備，降低了成本。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻 被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之後，
7本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申 請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種周向混合器，它包括蝸殼、以及設置在蝸殼內的周向式翅片，使得在所述蝸殼與周向式翅片之間形成用於氣液/液液混合的環形流道。
2. 如權利要求1所述的周向混合器，其特徵在於，所述周向式翅片固定在蝸殼內。
3. 如權利要求1或2所述的周向混合器，其特徵在於，所述周向式翅片是開式葉輪。
4. 一種氣液/液液混合方法，該方法包括將氣液相/液液相送入權利要求1-3 中任一項所述的周向混合器中，使得氣液相/液液相在所述周向混合器的蝸殼與周 向式翅片之間形成的用於氣液/液液混合的環形流道中湍流混合。
5. 如權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述氣液相/液液相中的氣相進 料/液相進料由所述周向混合器的頂部進氣口/進液口加壓進入，液相進料由所述 周向混合器的進口加壓進入，混合後進入所述環形流道中湍流混合。
6. 如權利要求4或5所述的方法，其特徵在於，該方法還包括在所述周向 混合器的出口設置氣液分離罐以除去氣液混合後出口液體中的大氣泡。
全文摘要
本發明涉及周向混合器及使用其的氣液/液液混合方法，提供了一種周向混合器，它包括蝸殼、以及設置在蝸殼內的周向式翅片，使得在所述蝸殼與周向式翅片之間形成用於氣液/液液混合的環形流道。本發明還提供了一種氣液/液液混合方法。
文檔編號B01F5/00GK101653706SQ200910056289
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月12日 優先權日2009年8月12日
發明者毅 劉, 琛 李, 汪華林, 王劍剛 申請人:華東理工大學