專利名稱：噴射霧膜磺化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油磺酸鹽生產(chǎn)過程中的磺化反應(yīng)技術(shù)，即SO3混合氣體中的SO3與油品進行反應(yīng)，是一種氣-汽均相反應(yīng)技術(shù)，具體地說，是噴射霧膜磺化反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前所使用的鼓泡式磺化反應(yīng)技術(shù)，將SO3混合氣體通入反應(yīng)器內(nèi)液相反應(yīng)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(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)冷卻盤管，取走反應(yīng)熱，反應(yīng)產(chǎn)生的非理想組分(酸渣)，通過重力沉降從反應(yīng)器底部排除，反應(yīng)生產(chǎn)的目的產(chǎn)品石油磺酸通過反應(yīng)器上部溢流出反應(yīng)器，反應(yīng)完的尾氣從反應(yīng)器頂排出。由于參與反應(yīng)的氣、液兩相物質(zhì)不易混合均勻、接觸不夠充分，因此反應(yīng)時間較長、返混嚴重、副反應(yīng)多、損失高、反應(yīng)效率差，嚴重制約著伴生酸渣的磺化反應(yīng)技術(shù)發(fā)展，屬逐漸淘汰技術(shù)。
所使用的膜式磺化反應(yīng)技術(shù)，將液相油品均勻分散于管狀物的表面，從上向下流動，由于表面張力的作用，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(yīng)，管內(nèi)設(shè)有流動的冷卻介質(zhì)取走反應(yīng)熱。由于反應(yīng)物接觸充分、均勻，反應(yīng)產(chǎn)率高、效率好。但操作條件苛刻，由于反應(yīng)列管容易堵結(jié)，不適于應(yīng)用在容易產(chǎn)生酸渣的磺化反應(yīng)中，即不適合我廠伴生酸渣的生產(chǎn)情況。同時，反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣中有效組分(SO3氣體)含量高，對環(huán)保造成威脅，并且造成浪費。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)檢索，未發(fā)現(xiàn)有將膜式磺化技術(shù)應(yīng)用在石油基原料的磺化反應(yīng)中的工業(yè)應(yīng)用實例，僅有在以合成油為原料的磺化反應(yīng)采用此技術(shù)(錦州添加劑廠)。
鼓泡式反應(yīng)技術(shù)，其返混嚴重、副反應(yīng)多、停留時間長、損失高、產(chǎn)品收率低、尾氣中SO3含量較高、生產(chǎn)周期長，嚴重制約產(chǎn)品質(zhì)量的改善和產(chǎn)量的提高，對環(huán)境壓力也較大。
膜式反應(yīng)技術(shù)，操作條件苛刻，反應(yīng)列管容易堵結(jié)，不適合我廠伴生酸渣的情況，更由于環(huán)保和浪費的壓力，難于在石油基原料磺化中推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種噴射霧膜磺化反應(yīng)器，是一種高效的以石油基油品為原料的磺化反應(yīng)技術(shù)，該技術(shù)需要較好地解決反應(yīng)中物料返混的現(xiàn)象、縮短反應(yīng)停留時間、盡最大可能減少副反應(yīng)、降低反應(yīng)損失、提高目前產(chǎn)品收率，且尾氣中SO3含量能夠得到切實降低。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)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(zhì)出口5、噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7、升溫、降溫介質(zhì)入口8、排渣口9、噴嘴10，反應(yīng)罐體11的頂部設(shè)有三氧化硫氣體入口1，在反應(yīng)罐體11的底側(cè)部設(shè)有尾氣出口3，噴嘴油進口7內(nèi)有噴嘴霧化風(fēng)6，在反應(yīng)罐體11的底部設(shè)有排渣口9，反應(yīng)罐體11內(nèi)裝有取熱和加熱盤管12，在取熱和加熱盤管12兩端對應(yīng)的位置上分別裝有升溫、降溫介質(zhì)出口5和升溫、降溫介質(zhì)入口8，壓力表4設(shè)置在反應(yīng)罐體11的頂部，在反應(yīng)罐體11內(nèi)裝有溫度計2。
帶有原料油進口和霧化風(fēng)進口的霧化噴嘴10位于反應(yīng)罐體11下部，并置于反應(yīng)罐體11內(nèi)中心位置。
尾氣出口3位于噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7正對的另一側(cè)，比噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7的位置偏下。
反應(yīng)罐體11尾氣出口3管線采用與反應(yīng)罐體11呈向上45°傾斜后垂直向上。
反應(yīng)罐體11為圓柱體尖底罐。
反應(yīng)罐體11至少一個以上，其間并聯(lián)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于(1).反應(yīng)效率方面反應(yīng)停留時間由現(xiàn)行鼓泡式磺化的5小時縮短至噴射磺化的不高于5秒；6％的SO3經(jīng)過磺化吸收后排放的尾氣濃度在0.03％左右；反應(yīng)產(chǎn)物-磺酸鈉分子量可達640，現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)為540～590。
(2).反應(yīng)產(chǎn)率方面磺酸鈉收率高達20％，高于現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)6個百分點；損失率可以控制在6％以內(nèi)，低于現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)6個百分點。
(3).產(chǎn)品質(zhì)量方面磺酸鈉產(chǎn)品呈紅棕色，優(yōu)于現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的棕色偏黑；抽余油比色為2.0～2.5，優(yōu)于現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)的3.0～3.5，提高1個單位級。通過借鑒噴霧干燥行業(yè)的噴霧技術(shù)，模擬膜式磺化的均相接觸技術(shù)，結(jié)合石油基原料磺化反應(yīng)過程中的實際情況，拋棄了氣-液相反應(yīng)模式，采用了新的氣-汽反應(yīng)思路，開發(fā)了以強化傳質(zhì)、均相接觸為特點，反應(yīng)時間可控，反應(yīng)深度及廣度適中可調(diào)，時間短、工效高、殘渣少、節(jié)能環(huán)保的噴射霧膜式磺化技術(shù)。


附圖1為噴射磺化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為噴射磺化反應(yīng)器建立的工業(yè)化逆流反應(yīng)流程示意圖。
具體實施例方式
噴射霧膜反應(yīng)器原理是原料油在一定壓力下被向上噴嘴10霧化后形成油汽，在反應(yīng)罐體11內(nèi)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(yīng)。通過控制反應(yīng)罐體11的長度和噴嘴10的安裝高度來控制反應(yīng)的停留時間；通過反應(yīng)罐體11內(nèi)布盤管來實現(xiàn)系統(tǒng)的取熱和升溫，確保反應(yīng)體系熱量平衡；通過反應(yīng)罐體11的串級和控制物料的通入配比來控制目的產(chǎn)品——石油磺酸的酸值，達到控制反應(yīng)深度的目的，以減少副反應(yīng)的發(fā)生，目的產(chǎn)品收率得到了提高，副反應(yīng)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(yīng)罐體11，即石油基原料油首先進入一級反應(yīng)罐體11，SO3氣體首先進入反應(yīng)罐體11，在一級反應(yīng)罐體11中的新鮮原料油與在二級反應(yīng)罐體11中反應(yīng)后的SO3氣體接觸進行磺化反應(yīng)，生成的酸性油進入二級反應(yīng)罐體11與新鮮的SO3氣體反應(yīng)達到石油磺酸的反應(yīng)終點，這樣形成了氣液相的逆流反應(yīng)過程，由于每個反應(yīng)罐體11中均是一種新鮮原料和另一個反應(yīng)罐體11出來的反應(yīng)后介質(zhì)接觸反應(yīng)，形成了一定的濃度差，提高了氣液相傳質(zhì)效率，并使參與反應(yīng)的氣液相原料均達到了最佳的反應(yīng)吸收效果，從而降低了尾氣中SO3氣體的含量。
本發(fā)明的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其反應(yīng)罐體11為圓柱體尖底罐，可以暫時儲存反應(yīng)產(chǎn)物，使副產(chǎn)物有充分的沉降時間，并容易排出系統(tǒng)；SO3氣體進口位于反應(yīng)罐體11頂部中心位置，帶有原料油進口和霧化風(fēng)進口的霧化噴嘴10位于反應(yīng)罐體11下部，并置于反應(yīng)罐體11內(nèi)中心位置，達到充分彌漫均勻接觸的目的；為減少原料油進口和霧化風(fēng)進口管線占據(jù)反應(yīng)器內(nèi)較多體積，采用將二者緊靠在一起通過反應(yīng)罐體11開口進入罐內(nèi)與噴嘴10連接；尾氣出口位于噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7正對的另一側(cè)，比噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7稍偏下位置，為了避免尾氣夾帶反應(yīng)產(chǎn)物逸出反應(yīng)體系，一級反應(yīng)罐體11尾氣出口3管線采用與反應(yīng)罐體11呈向上45°傾斜后垂直向上，使一級尾氣中夾帶的反應(yīng)產(chǎn)物凝結(jié)后自動回流入一級反應(yīng)罐體11，二級反應(yīng)罐體11尾氣由于直接排入大氣，尾氣出口3管線仍采用與反應(yīng)器向上45°傾斜連接，但在垂直段采用擴徑措施，降低氣體流速，并采用尾氣側(cè)向進入擴徑段，尾氣中的夾帶物凝結(jié)后從擴徑段的頂部排出系統(tǒng)，達到降低尾氣濃度的目的；溢流線位于罐體側(cè)方與尾氣出口和原料進料線呈90°布置，并略低于尾氣出口管線，出口進入中間儲存罐罐底，以實現(xiàn)自動溢流和油封的目的，節(jié)省了主動抽油的動力，避免了反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)氣體從溢流管線進入大氣；取熱和加熱盤管12設(shè)在反應(yīng)罐體11內(nèi)，盤管12與外部冷卻水管線和蒸汽管線連通，實現(xiàn)系統(tǒng)的降溫和升溫過程，確保了反應(yīng)體系的熱量平衡。測壓和測溫設(shè)備分別從罐體側(cè)方伸入罐內(nèi)中心部位，測溫設(shè)施采用三段設(shè)置，較好地檢測和控制了系統(tǒng)內(nèi)各部分溫度，更好地保證了反應(yīng)效果。
如圖1所示，石油基原料油經(jīng)過噴嘴油進口7和從噴嘴霧化風(fēng)6進入的風(fēng)一道到達反應(yīng)罐體11的噴嘴10，被霧化后的油品向上噴射，與從三氧化硫氣體入口1進入的SO3氣體接觸，發(fā)生磺化反應(yīng)，反應(yīng)生成的副產(chǎn)物酸渣從排渣口9排出系統(tǒng)，目的產(chǎn)物石油磺酸從溢流口排出系統(tǒng)，未反應(yīng)完的SO3氣體從尾氣出口3排出系統(tǒng)。
如圖2所示，①為原料油，②為霧化風(fēng)，③為三氧化硫，④為一級反應(yīng)器，⑤為二級反應(yīng)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(yīng)過程中均采用了逆流接觸的反應(yīng)模式，即在宏觀流程中，原料油進入④一級反應(yīng)器中，與⑤二級反應(yīng)器反應(yīng)后的SO3氣體反應(yīng)，而新鮮的SO3氣體進入⑤二級反應(yīng)器中與④一級反應(yīng)器生成的酸性油反應(yīng)，實現(xiàn)濃度差以強化傳質(zhì)過程，提高反應(yīng)效率；在一級和二級反應(yīng)器中的微觀方面，液態(tài)物料在向上噴射霧化后與向下的氣態(tài)SO3接觸反應(yīng)，質(zhì)點的逆向接觸，碰撞機率得到提高，同樣提高了反應(yīng)效率。為保證所得酸性油中的酸渣自然沉降時間，各反應(yīng)器后均設(shè)計了連續(xù)溢流；為保證霧化噴嘴的高效霧化，氣液相在進入反應(yīng)系統(tǒng)前均經(jīng)過了過濾器的過濾。
連續(xù)生產(chǎn)運行表明，本設(shè)計的噴射霧膜磺化反應(yīng)器能夠?qū)⒎磻?yīng)停留時間由現(xiàn)行鼓泡式磺化的5小時縮短至噴射磺化的不高于5秒，目的產(chǎn)品收率提高6個百分點，損失降低6個百分點，副產(chǎn)抽余油比色同比提高1個單位級，尾氣濃度可以控制在0.03％(V)以內(nèi)。表明本設(shè)計的噴射霧膜反應(yīng)器和建立的中試流程，能夠?qū)崿F(xiàn)石油磺酸鹽的高效磺化過程，解決了現(xiàn)行反應(yīng)器所存在的問題。
權(quán)利要求
1.噴射霧膜磺化反應(yīng)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(zhì)出口(5)、噴嘴霧化風(fēng)(6)、噴嘴油進口(7)、升溫、降溫介質(zhì)入口(8)、排渣口(9)、噴嘴(10)，其特征在于反應(yīng)罐體(11)的頂部設(shè)有三氧化硫氣體入口(1)，在反應(yīng)罐體(11)的底側(cè)部設(shè)有尾氣出口(3)，噴嘴油進口(7)內(nèi)有噴嘴霧化風(fēng)(6)，在反應(yīng)罐體(11)的底部設(shè)有排渣口(9)，反應(yīng)罐體(11)內(nèi)裝有取熱和加熱盤管(12)，在取熱和加熱盤管(12)兩端對應(yīng)的位置上分別裝有升溫、降溫介質(zhì)出口(5)和升溫、降溫介質(zhì)入口(8)，壓力表(4)設(shè)置在反應(yīng)罐體(11)的頂部，在反應(yīng)罐體(11)內(nèi)裝有溫度計(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其特征在于帶有原料油進口和霧化風(fēng)進口的霧化噴嘴(10)位于反應(yīng)罐體(11)下部，并置于反應(yīng)罐體(11)內(nèi)中心位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其特征在于尾氣出口(3)位于噴嘴霧化風(fēng)(6)、噴嘴油進口(7)正對的另一側(cè)，比噴嘴霧化風(fēng)(6)、噴嘴油進口(7)的位置偏下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)罐體(11)的尾氣出口(3)管線采用與反應(yīng)罐體(11)呈向上45°傾斜后垂直向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)罐體(11)為圓柱體尖底罐。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)罐體(11)至少一個以上，其間并聯(lián)。
全文摘要
一種用于石油磺酸鹽生產(chǎn)過程中的噴射霧膜磺化反應(yīng)器，包括噴嘴霧化風(fēng)6、噴嘴油進口7、噴嘴10等，在反應(yīng)罐體11的底側(cè)部設(shè)有尾氣出口3，噴嘴油進口7內(nèi)有噴嘴霧化風(fēng)6，在反應(yīng)罐體11的底部設(shè)有排渣口9，反應(yīng)罐體11內(nèi)裝有取熱和加熱盤管12，在取熱和加熱盤管12兩端對應(yīng)的位置上分別裝有升溫、降溫介質(zhì)出口5和升溫、降溫介質(zhì)入口8，解決了反應(yīng)中物料返混的現(xiàn)象、縮短反應(yīng)停留時間、盡最大可能減少副反應(yīng)、降低反應(yīng)損失、提高目前產(chǎn)品收率，且尾氣中SO
文檔編號B01J10/00GK1923352SQ200510093638
公開日2007年3月7日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月1日
發(fā)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