液泛溶气方法与装置 【技术领域】
本发明属于化工环保领域，涉及一种液泛溶气方法与装置。具体而言，涉及采用微旋流分离器消除加氢反应器工艺过程中液泛现象，去除原料油中的氮、硫化物以及固体颗粒等物质的方法，该方法适用于处理包括加氢反应器工艺过程中液泛、含硫杂质、固体颗粒在内的气-液非均相分离过程。
背景技术
经过100多年的开采，地球上低硫轻质原油的产量已经越来越少。目前，世界上含硫原油(含硫量在0.5-2.0％之间)和高硫原油(含硫量2.0％以上)的产量已占原油总产量的75％以上，其中含硫量在1％以上的原油产量已占到原油总产量的55％以上，含硫量在2％以上的高硫原油的产量也占到30％以上。
随着我国炼制含硫原油的日益增多，作为进一步加工处理的原料油中，硫含量越来越高，加重了对设备的腐蚀，产品中硫化物含量也随之提高。这些都促进了原料油加氢装置的快速发展。
原料油加氢反应过程中，液体沿塔板通过溢流斗逐块下流，与温度较高的蒸气在塔板上接触，发生传热和部分蒸发、部分冷凝。这时，如果塔板上的液体难于沿溢流斗流下，会造成溢流斗内液面越涨越高，直至与塔板上的液面相平，液体无法下流，就会引起液泛或液悬，亦称淹塔。当溢流斗内液面超过溢流斗高度的50％时，就认为开始发生轻微的液泛。
促成液泛的因素主要有以下两个：
a.降液管内液体倒流回上层板
由于塔板对上升的气流有阻力，下层板上方的压力比上层板上方的压力大，只有当降液管内泡沫高度所相对的静压头能够克服这一压差时，液体才能往下流。
当液体流量不变而气体流量加大，下层板与上层板之间的压力差亦随着增加，降液管内的液面随之升高。若气体流量加大到使得降液管内的液体升高到堰顶，管内的液体便不仅不能往下流，反而开始倒流回上层板，板上便开始积液；加以操作时不断有液体从塔外送入，最后会使全塔充满液体，就形成了液泛。
若气体流量一定而液体流量加大，液体通过降液管的阻力增加，并且板上液层加厚，使得板上下的压力差加大，都会使降液管内液面升高，从而导致液泛。
b.过量液沫夹带到上层板
气流夹带到上一层板的液沫，可以使得板上液层加厚，正常情况下，增加得并不明显。在一定液体流量之下，若气体流量增加到一定程度，液层的加厚便显著起来(板上液体量增多，气泡加多、加大)。气流通过加厚的液层所带出的液沫又进一步加多。这种过量液沫夹带使得泡沫层顶与上一层板底的距离缩小，液沫夹带持续地有增无减，大液滴易直接喷射到上一层板，泡沫也可冒到上一层板，终至全塔被液体充满。
以上两种促成液泛的原因中，比较常见的是过量液沫夹带。反应器内发生液泛并没有及时处理时，塔器内的阻力、液面将发生很大的波动，破坏塔器内反应过程，使得产品纯度达不到要求，并且塔器内波动很大，无法维持设备的正常生产，更严重的是会造成设备停车事故。
加氢反应器液泛现象可能是设计时造成的：过量的雾末夹带，干板压降过大，汽速过快；降液管设计过小，塔盘上液体来不及流到下层塔盘；降液管尺寸没有问题，但是塔盘上进入降液管的流速过快，形成与降液管侧塔壁直接桥联，液体无法顺畅流下到下层塔盘。如果设计不存在问题，且塔已经投入生产出现这种情况，可能是操作造成的，即，回流量过大，但同时塔底蒸汽热源却没有相应增加；液相超负荷进料；塔盘发生堵塞。
要想克服上述现象的发生，就必须严格控制好回流比，减少进料、平稳调节热源，如果发生严重的塔盘堵塞，则有可能需要停车置换物料后，加水进行煮塔。这些增加了设备的操作难度，提升了维护费用，投资成本高。
为了克服上述缺点，本领域技术人员已投入了大量的时间、精力进行探索研究，先后开发出了许多高比表面积、高空隙率的高效新型填料，改善了塔内气液两相的接触状态，有效地提高了填料塔的传质分离效率和生产能力。但是到目前为止，通过这些途径对填料塔进行优化出现了如下两个问题：
1、许多新型高效填料制作工艺复杂，成本较高；
2、进一步优化的空间已经相当有限。
因此，针对液泛溶气过程中的液泛现象，本领域迫切需要开发出一种能在正常工况下消除液泛现象的方法。
【发明内容】
本发明充分利用塔器内的液泛现象，提供了一种液泛溶气方法与装置，解决了加氢反应过程中存在的液泛问题，提高了产品纯度，维持了设备的正常生产，减少了维护成本，降低了能耗。
一方面，本发明提供了一种液泛溶气方法，该方法包括：
使反应器内的液泛部分进入所述反应器内置的分离器进行分离，以除去所述液泛部分所夹带的气相、细微固体颗粒组分，消除液泛现象，同时脱除液体中所夹带的气体、固体颗粒组分；
使所述分离器下端出口出来的原料油直接与从反应器筛板出来的氢气接触反应，使原料油循环利用；以及
将所述分离器上端出口出来的气体组分从所述反应器上部出口直接排出，进行后续利用。
在一个优选地实施方式中，利用反应器内的压力差使其中的液泛部分进入分离器进行分离。
在另一个优选的实施方式中，当所述反应器的进口气体夹带的液体量不大于4000mg/m3时，出口气体夹带的液体量不大于300mg/m3。
在另一个优选的实施方式中，使用微旋流分离器进行分离，所述微旋流分离器的进口与气相出口之间的压力降不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高，溢流口气体含液量不大于100mg/m3。
在另一个优选的实施方式中，经所述微旋流分离器分离后，原料油中的固体颗粒除去率不低于80％。
在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器由旋流芯管组成。
另一方面，本发明提供了一种专用于上述液泛溶气方法的液泛溶气装置，该装置包括：
内置于反应器的筛板之上、气相出口之下的分离器，用于对所述反应器内的液泛部分进行分离，以除去所述液泛部分所夹带的气相、细微固体颗粒组分，消除液泛现象，同时脱除液体中所夹带的气体、固体颗粒组分。
在一个优选的实施方式中，所述反应器包括：
置于其中的筛板，使所述分离器下端出口出来的原料油直接与氢气在筛板处接触反应，使原料油循环利用；
置于其顶部的气相出口，用于排出所述分离器上端出口出来的气体组分；以及
置于其底部的液相出口，用于排出液相。
在另一个优选的实施方式中，所述分离器是微旋流分离器，所述微旋流分离器的进口与气相出口之间的压力降不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高，溢流口气体含液量不大于100mg/m3。
在另一个优选的实施方式中，所述微旋流分离器由旋流芯管组成。
【附图说明】
图1是根据本发明一个实施方式的反应器液泛溶气工艺内置分离的示意图。
图2是根据本发明一个实施方式的反应器液泛溶气装置内置的微旋流分离器的工作原理的示意图。
【具体实施方式】
本发明的发明人在经过了广泛而深入的研究之后发现，在常规加氢液泛工艺过程中，原料油通过溢流斗逐块下流，与温度较高的氢蒸气在筛板处接触，除去其中的硫化物、氮等物质，而塔板阻力增加时，则会导致液泛现象，当塔板上的液体上涨到上升蒸气无法脱持时，就会从筛孔一泻而下，破坏塔内生产过程，导致产品纯度不达要求，无法维持正常生产；在反应器内置分离器后，液泛部分液体依靠压力差，切相进入分离器内，在强大的离心力作用下开始离心分离，形成向下的外旋流和向上的内旋流，其中，密度大的液滴、微粒进入外旋流，汇聚从分离器的底流口排出，循环再利用；而密度小的气体组分则进入到内旋流内，由分离器的溢流口直接排出反应器，进入到后续设备，从而消除了液泛，保证了产品纯度，维持了整个装置的连续运转，减少了维护成本，并降低了能耗。基于上述发现，本发明得以完成。
本发明的技术构思如下：
利用塔器内的压力差，使得塔器内的液泛部分进入内置于塔器内的分离器内分离，以除去其所夹带的气相、细微固体颗粒组分；分离器下端出口出来的原料油直接与筛板出来的氢气接触反应，循环利用；分离器上部出口出来的气体组分则由塔器上端出口直接排出，进入后续设备。
在本发明的第一方面，提供了一种气体溶气方法，该方法包括：
利用塔器内的压力差，使得塔器内的液泛部分进入内置于塔器内的分离器内分离，以除去其所夹带的气相、细微固体颗粒组分；
分离器下端出口出来的原料油直接与筛板出来的氢气接触反应，循环利用；以及
分离器上部出口出来的气体组分则由塔器上端出口直接排出，进入后续设备。
较佳地，当液体流量不变加大气体流量、气体流量不变加大液体流量时，筛板上下的压力差加大，使得降液管内液面升高，导致装置发生不可避免的液泛现象；在装置内置分离器后，该液泛部分则直接进入分离器进行分离，避免了液相组分直接从塔顶溢出，分离后的液体、气体进入后续设备。
较佳地，当气体过量液沫夹带时，泡沫层顶与上一层板底的距离缩小，终至全塔被液体充满，该部分液体直接进入分离器进行气、液两相分离。
较佳地，在额定液体流量下，气速大于液泛气速时，液体即充满全塔，进入分离器分离。
另一方面，本发明提供了一种液泛溶气装置，该装置包括：
用于对原料油、氢气进行脱硫化物、氮等物质的反应器1，原料油、氢气两相在反应器1内的筛板3处充分接触；内置在反应器内的分离器2，用于对液泛部分进行部分或全部分离。
较佳地，所述分离器优选为微旋流分离器，该微旋流分离器内置于反应器的筛板之上，溢流斗内无法下流的液泛部分依靠压力差，切相进入微旋流分离器内，依靠离心力进行气-液两相分离，消除液泛现象，保证设备稳定运行。
所述微旋流分离器由若干旋流芯管组成，其分离效率远远高于常规旋流器，同时微旋流分离器的操作压力降小，能耗低。加氢反应器高效、安全、环境协调和长周期运转是今后发展方向。本发明充分利用反应器液泛现象，给出一种反应器内置分离器的方法，解决反应过程中所产生的液泛问题。其中，旋流分离器以占地面积小、结构简单、能耗低、便于运行和维护等突出优点，首选为塔器内置分离器。同时，微旋流分离器还是一种高效、安全、可长周期运转的设备。
在本发明中，经微旋流分离器分离后，原料油中的固体颗粒除去率不低于80％。
在本发明中，所述微旋流分离器由若干套旋流芯管组成，其材质需耐酸碱腐蚀和抗磨损，具体可为聚氨酯、复合材料等。
在本发明中，对所述液泛部分的组分进行了分离，当反应器进口气体夹带的液体量不大于4000mg/m3时，出口气体夹带的液体量不大于300mg/m3。
在本发明中，在液泛分离过程中，微旋流分离器的压力损失不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高，溢流口气体含液量不大于100mg/m3，旋流芯管的使用寿命不小于5年。
在本发明中，在额定流量下，微旋流分离器的进口与气相出口之间的压力降为不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高。整个运行过程中，微旋流分离器几乎不需要维修，无任何废弃物处理费用，运行费用极低。
以下参看附图。
图1是根据本发明一个实施方式的反应器液泛溶气工艺内置分离的示意图。如图1所示，原料油由反应器1上端进入反应器后，与温度较高的氢蒸气在筛板3处接触，以除去其中的硫化物、氮等物质；当溢流斗内的液面达不到液柱所产生的压力，不能克服塔板上、下压差和溢流斗的阻力时，当塔板阻力或溢流斗阻力增加时，则液体不能下流，导致液泛；液泛组分在反应器内的压差作用下从分离器进口切相进入分离器2内部进行分离；所述分离器下端出口出来的原料油直接与从反应器筛板出来的氢气接触反应(并向反应器补充新氢气)，使原料油循环利用(循环油)；所述分离器上端出口出来的气体组分从置于反应器顶部的气相出口4排出；液相组分从置于反应器底部的液相出口5排出。
图2是根据本发明一个实施方式的反应器液泛溶气装置内置的微旋流分离器的工作原理的示意图。如图2所示，气液两相进入微旋流分离器，经旋流芯管分离锥后因流道截面的改变，使液流增速并形成螺旋流态，其中气相组分在锥管的中心区聚结成气芯，从溢流口排出，而液相组分则在锥管壁处形成外旋流，从芯管底流口排出，使得气液两相得到分离，减小了溢流斗的阻力，避免了液泛现象。
本发明的主要优点在于：
本发明对液泛溶气过程中的液泛部分进行了分离处理，避免了反应工艺过程中的液泛，分离效率高，提高了产品的纯度，维持了设备的正常生产，并延长了后续设备的使用寿命，减少了投资成本，降低了能耗。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。