【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化加氢，具体涉及一种催化反应器。
技术介绍
1、随着环保要求的日趋严格，产品质量升级步伐加快，同时市场上对油品需求保持相对较快的增长速度，限制油品中的硫含量是生产清洁燃料和控制排放污染最有效的方法之一，而加氢技术的进步发展是解决该问题的关键技术。此外，加氢过程还可以有效地降低油品中的氮含量、金属含量等，同时还可以将不饱和烃类饱和，从而实现油品精制和重油轻质化等目的。
2、加氢过程属于典型的气液固三相反应，内外扩散和传质过程对加氢反应具有较大的影响。而反应的传质速率又影响装置的生产效率，进而直接决定着生产过程的能耗及产品市场竞争力等因素。因此，强化反应的传质过程可以达到提高多相反应的反应速率，缓和反应条件等效果。其中，通过微气泡(直径50微米以下的气泡)强化将反应物中气相组分破碎成微米级与液相反应物进行反应的方法可以大大优化传质效果，在当今炼油行业中受到广泛推崇。
3、通过使用微气泡强化方式强化油品加氢，进而实现降低投资和操作费用等目的，目前已公开了多项专利技术专利，如：cn111482141a和cn111686644a。
4、经过研究发现，微气泡虽然能够加强界面传质，但是微气泡产生后很难在重油中分散均匀，分散不均匀的流体在流经催化剂床层时易发生沟流、气泡团聚、催化剂结焦等问题，另外还有在收集产品时，微气泡很难消除，尤其是重油这样粘稠的流体内微气泡更加难以消除，产品中含有大量氢气和硫化氢气体，需要额外的储存设备进行储存与消泡，虽然在传质方面具有一定的优势，却容易出现沟流和反混等反
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种催化反应器，目的是提供一种用于重油加氢的催化反应器，减少沟流和催化剂结焦等问题，消除微气泡不易破灭的问题，本专利技术的另一个目的是使催化反应器分段管理，使反应器内部的气氛在相邻两个催化剂床层之间更新，提高反应效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种催化反应器，包括反应器本体，所述反应器本体至少具有两个催化剂床层，每个催化剂床层上方均设有加氢器，所述加氢器分隔反应器本体内部空间，加氢器具有加氢腔，所述加氢腔下方均布有泡沫发生器，所述泡沫发生器具有用于使液相通过的导液管和具有用于使氢气通过的导气管，泡沫发生器使氢气与加氢原料均匀混合并形成泡沫，使泡沫均匀的落向催化剂床层，泡沫在催化剂床层的孔隙内穿过时与催化剂表面的液膜进行换液。
4、本专利技术通过泡沫发生器使氢气与加氢原料均匀混合并形成泡沫，与现有技术中在加氢原料中形成直径几微米到几十微米的微气泡，最终加氢原料依然是液体状态不同，本专利技术的气泡体积大，不是微气泡，而仅仅是小型气泡，加氢原料与氢气混合后呈泡沫状而不再是液体状态，本专利技术小型气泡具有起泡快速、提高加氢原料流动性、稍影响压降和消泡快速的特点，本专利技术的氢气与加氢原料形成的泡沫在经过催化剂床层时会因为气泡直径较大(大于催化剂颗粒间的缝隙)而形成阻滞状态，使有泡沫的部分的流动阻力稍大于其它没有泡沫位置的流动阻力，该流动阻力不大，但是足以影响泡沫的流动状态，使泡沫向流动阻力小的位置流动，从而使整体催化剂床层都均匀的与泡沫接触，消除沟流和反混，并且因为整体催化剂床层都均匀的与泡沫接触催化效果均匀一致，催化剂不易结焦。
5、因为泡沫中气泡的直径大于催化剂颗粒间的缝隙，流动中的泡沫内气泡会沿孔隙壁和孔喉处滑动，泡沫中的气泡需要变形后“挤过”催化剂间的孔隙，流体粘度和毛细管力不断重新排列泡沫内气泡的气液界面区域，这就使得泡沫中的液体与催化剂外的液体进行充分接触换液，使催化剂外的液体实时更新，提高催化效果，避免催化剂结焦，同时，泡沫中的氢气能够因为液膜的传质作用而向催化剂中转移，催化加氢脱硫形成的硫化氢气体也能够快速的被气泡带走。
6、而现有技术中微气泡通常为微米级，气泡体积小，很容易随着加氢原料流过催化剂之间的缝隙，而减少与催化剂接触过程，虽然传质效果好，但是因为与催化剂接触机会少而影响催化性能。
7、为了使氢气与加氢原料均匀混合形成的泡沫内气泡的体积足够大，以实现上述效果，需要对泡沫中气泡的直径进行限定，自然界中多孔介质的孔隙结构复杂，在理论研究中，一般以理想的孔隙几何模型为基础，现有技术中，通常采用球形或长棒状的催化剂，在正常堆积的情况下，将催化剂颗粒形成的多孔床层内孔隙简化为平行的毛细管束是常见的模型简化方法，将气泡的流动通道简化为变截面毛细管，毛细管半径取孔隙内切球半径，孔喉半径为3个球形颗粒相切所围成的多边形内切球的半径r1
8、
9、孔隙最大半径为4个球形颗粒相切所围成空间的内切球半径r2
10、
11、其中，r为构成催化剂床层的催化剂的半径(或相当半径)。
12、简化后r1＝0.155r r2＝0.225r，考虑到泡沫中气泡过大容易出现破泡现象，不利于泡沫整体进入催化剂床层，还需要限制其泡沫中气泡的最大直径，生产小试中发现泡沫在催化剂床层内移动过程中，泡沫中的气泡体积并不是一直不变的，而是经过不断的破裂与再生，小气泡聚并形成大气泡，大气泡再(以液膜滞后机理、缩颈机理和薄膜分断机理)分裂形成小气泡，最终以相对稳定的趋势经过催化剂床层，即：所述泡沫直径是催化剂床层内的催化剂颗粒半径的31％～60％，优选为45％～50％。
13、进一步地，所述导液管上端穿过加氢腔连通加氢腔上方的空间，所述导气管上端连通加氢腔内部，一个所述导液管和一个导气管构成一组输送管，每组输送管外侧转动连接一个起泡罩构成泡沫发生器，多个泡沫发生器的起泡罩共同经反应器本体外侧的电机驱动呈旋转状态。
14、进一步地，所述导液管和导气管下部侧壁上均设有开口，所述开口被起泡罩封闭，起泡罩是开孔泡沫材料制成的开口向上的罩体。
15、所述泡沫发生器的起泡原理为起泡罩封闭导液管和导气管下部的开口，起泡罩呈旋转状态时，起泡罩的某一处位置先是与导液管内的加氢原料接触，形成一层液膜，然后旋转到导气管的一侧与氢气接触，氢气挤压液膜向起泡罩内部移动，当该处位置再次移动到与导液管内的加氢原料接触时，再次形成一层液膜，如此往复，在起泡罩内部孔隙中形成多个液膜与氢气相间隔的区域，这些相间隔的区域在移动到起泡罩外侧时形成气泡，气泡的大小范围主要与起泡罩的内部孔隙直径、氢气流量、起泡罩转速以及导气管和导液管下端开口的比值成正比。
16、进一步地，所述导液管和导气管下部的开口均为n个，1≤n≤10，所述导气管的开口面积大于导液管的开口面积，当n≥2时，导液管和导气管的上开口间隔设置。
17、当导液管和导气管下部开口数量一致时，气泡直径的分布状态受导气管下部的开口面积与导液管下部开口面积的比值影响，即：当导气管的开口面积大于导液管的开口面积时，泡沫内气泡倾向于直径偏大占比数量多、分布均匀、气液比(氢气体积与加氢原料的体积比值)较大，当导液管的开口面积大于导气管的开口面积时，泡沫内气泡直径偏小占比数量多、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种催化反应器，包括反应器本体(1)，其特征在于，所述反应器本体(1)至少具有两个催化剂床层(5)，每个催化剂床层(5)上方均设有加氢器，所述加氢器分隔反应器本体(1)内部空间，加氢器具有加氢腔(7)，所述加氢腔(7)下方均布有泡沫发生器(8)，所述泡沫发生器(8)具有用于使液相通过的导液管(9)和具有用于使氢气通过的导气管(10)，泡沫发生器(8)使氢气与加氢原料均匀混合并形成泡沫，使泡沫均匀的落向催化剂床层(5)，泡沫在催化剂床层(5)的孔隙内穿过时与催化剂表面的液膜进行换液。
2.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，所述泡沫直径是催化剂床层(5)内的催化剂颗粒半径的31％～60％。
3.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，所述导液管(9)上端穿过加氢腔(7)连通加氢腔(7)上方的空间，所述导气管(10)上端连通加氢腔(7)内部，一个所述导液管(9)和一个导气管(10)构成一组输送管，每组输送管外侧转动连接一个起泡罩(11)构成泡沫发生器(8)，多个泡沫发生器(8)的起泡罩(11)共同经反应器本体(1)外侧的电机(12)驱动
4.根据权利要求3所述的一种催化反应器，其特征在于，所述导液管(9)和导气管(10)下部侧壁上均设有开口，所述开口被起泡罩(11)封闭，起泡罩(11)是开孔泡沫材料制成的开口向上的罩体。
5.根据权利要求4所述的一种催化反应器，其特征在于，所述导液管(9)和导气管(10)下部的开口均为n个，1≤n≤10，所述导气管(10)的开口面积大于导液管(9)的开口面积，当n≥2时，导液管(9)和导气管(10)的上开口间隔设置。
6.根据权利要求4所述的一种催化反应器，其特征在于，所述开孔泡沫材料为微孔泡沫铝陶瓷、微孔碳化硅陶瓷、微孔泡沫铝中的一种，微孔孔径为0.1mm～0.3mm。
7.根据权利要求6所述的一种催化反应器，其特征在于，所述起泡罩(11)上端开口连接有链轮(13)，所述链轮(13)转动连接在输送管外，所述输送管下部的开口与起泡罩(11)的内壁滑动接触。
8.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，每个所述催化剂床层(5)下方均设有破泡网(14)，所述破泡网(14)为尖端朝下的锥筒形的网状体。
9.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，除最下方的催化剂床层(5)外，其余的催化剂床层(5)下方均设有排气管(15)，所述排气管(15)排放一部分气体到反应器本体(1)外。
10.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，每个所述导液管(9)上端均设有导流帽(16)，所述导流帽(16)用于防止加氢原料直接冲击导液管(9)。
...【技术特征摘要】
1.一种催化反应器，包括反应器本体(1)，其特征在于，所述反应器本体(1)至少具有两个催化剂床层(5)，每个催化剂床层(5)上方均设有加氢器，所述加氢器分隔反应器本体(1)内部空间，加氢器具有加氢腔(7)，所述加氢腔(7)下方均布有泡沫发生器(8)，所述泡沫发生器(8)具有用于使液相通过的导液管(9)和具有用于使氢气通过的导气管(10)，泡沫发生器(8)使氢气与加氢原料均匀混合并形成泡沫，使泡沫均匀的落向催化剂床层(5)，泡沫在催化剂床层(5)的孔隙内穿过时与催化剂表面的液膜进行换液。
2.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，所述泡沫直径是催化剂床层(5)内的催化剂颗粒半径的31％～60％。
3.根据权利要求1所述的一种催化反应器，其特征在于，所述导液管(9)上端穿过加氢腔(7)连通加氢腔(7)上方的空间，所述导气管(10)上端连通加氢腔(7)内部，一个所述导液管(9)和一个导气管(10)构成一组输送管，每组输送管外侧转动连接一个起泡罩(11)构成泡沫发生器(8)，多个泡沫发生器(8)的起泡罩(11)共同经反应器本体(1)外侧的电机(12)驱动呈旋转状态。
4.根据权利要求3所述的一种催化反应器，其特征在于，所述导液管(9)和导气管(10)下部侧壁上均设有开口，所述开口被起泡罩(11)封闭，起泡罩(11)是开孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁少飞，武建庆，张怀敏，王美竹，田洪斌，张启，曹晨阳，
申请(专利权)人：濮阳市联众兴业化工有限公司，
类型：发明
国别省市：
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