专利摘要
本实用新型涉及一种微鼓泡加氢反应器，所述反应器通过在催化剂床层内设置膜管微气泡发生装置，可将气体以微气泡的形式输入催化剂床层中，解决了现有技术中微气泡在轴向方向分布不均的难题，有利于加强气液混合，减小液体返混，同时膜管微气泡发生装置结构简单，易于加工和装卸；反应器的膜管微气泡发生装置中可通入不同种类的气体来控制加氢反应速率，加强了对加氢反应的可控性，可避免催化剂过热、结焦或失活，提高了反应效率并延长了催化剂的使用寿命，具有较高的工业应用价值。
权利要求
1.一种微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述反应器包括催化剂床层和设置在催化剂床层内的膜管微气泡发生装置；
所述膜管微气泡发生装置包括管壁上设置有微米级孔道的微孔膜管。
2.根据权利要求1所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述微米级孔道的平均孔径为1～1000μm；
所述微孔膜管的管壁上的微米级孔道呈斜向上的方向布置；
所述微米级孔道与水平方向的夹角为1～89°。
3.根据权利要求2所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述微孔膜管的开孔率为0.1～0.8；
所述微孔膜管的管径为5～150mm；
所述微孔膜管为单通道式或多通道式。
4.根据权利要求2所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述膜管微气泡发生装置还包括与微孔膜管相通的气体缓冲环；
所述气体缓冲环的个数为1～10个；
所述气体缓冲环的当量内径为0.01D～0.15D，其中D为反应器的内径；
所述气体缓冲环的环宽为0.04D～0.35D，其中D为反应器的内径；
所述气体缓冲环之间通过至少两根连通管相通；
所述气体缓冲环的环截面呈圆形或正多边形；
所述气体缓冲环为圆形和/或正多边形环状结构；
所述气体缓冲环的分布形式为同心分布；
每个所述气体缓冲环上安装微孔膜管的数量为2～100根；
所述膜管微气泡发生装置还包括设置在微孔膜管上与气体缓冲环相对一端的膜管固定环；
所述膜管固定环与膜管相通。
5.根据权利要求4所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，
所述气体缓冲环的分布形式为至少一个同心分布。
6.根据权利要求4或5所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述催化剂床层包括加氢反应所需的催化剂颗粒；
所述催化剂床层至少为1个。
7.根据权利要求1所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述反应器为上流式微鼓泡加氢反应器。
8.根据权利要求6所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述反应器还包括反应器壳体、进料口、气液分布器、注气管、排气口和出料口；
所述反应器壳体位于反应器最外侧；
所述反应器壳体呈圆筒形；
所述进料口位于反应器的正下方；
所述气液分布器位于进料口的上方；
所述气液分布器位于每段催化剂床层的下方；
所述注气管至少为两个；
所述注气管位于气液分布器上方；
所述注气管位于催化剂床层下部分的两侧；
所述排气口位于反应器的正上方；
所述出料口位于反应器的上方一侧。
9.根据权利要求8所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述反应器中膜管微气泡发生装置通过至少两根连接轴与反应器壳体相连，被固定于所述催化剂床层之内；
所述膜管微气泡发生装置中的膜管固定环与至少两根连接轴连接；
所述膜管微气泡发生装置中的气体缓冲环在反应器壳体中水平设置；
所述膜管微气泡发生装置中的气体缓冲环与注气管直接相通；
所述膜管微气泡发生装置中微孔膜管的长度小于等于催化剂床层的填充高度；
所述膜管微气泡发生装置中微孔膜管沿所述气体缓冲环以反应器壳体轴向中心为轴对称分布。
10.根据权利要求6所述的微鼓泡加氢反应器，其特征在于，所述反应器的出料口下方设置有金属筛网；
所述金属筛网网孔的当量直径小于所述催化剂颗粒的平均粒径。
说明书
技术领域
本实用新型涉及石油化工设备技术领域，尤其涉及一种微鼓泡加氢反应器。
背景技术
加氢反应器常用于石油炼制产业中，将难以利用的重质渣油通过加氢裂化反应转化为轻质油。在实际的渣油加氢工业中，往往出现局部床层过热、催化剂结焦、返混严重等现象，主要原因是作为分散相的氢气分布不均匀。研究表明，微气泡比大气泡具有更大的比表面积和更慢的上升速度，在液体中具有更快的溶解速度和传质效率，因此通过在加氢反应器中均匀布置微气泡发生器生成微气泡，更有利于氢气的均匀分布、加强气液混合与传质。
CN106732308A公开了一种新型的微气泡气液反应器，通过分段配置液体分布器和装有微气泡发生器的气体分布器，使气体以微气泡的形式缓慢通过床层，可以强化气液混合与传质，减小液体返混并减少气体消耗量。CN107497372A公开了一种新式加氢反应器的设计方法，在多段催化剂床层之间设置带有微气泡发生器的注氢管实现氢气的分段补充注入，并通过约翰逊网将氢气气泡破碎地更小，可明显增大氢气与液相反应物的接触面积并提高氢气的扩散效率和反应效率。CN109550418A和CN109966939A公开了一种文丘里型微气泡发生器和包含该微气泡发生器的气液反应器，该微气泡发生器利用液体在文丘里管中形成的高速强湍动流的剪切作用使气泡多次破碎而产生大量微气泡，在气液反应器的进气口上方安装带有该微气泡发生器的气体分布盘可使气液传质效率得到大幅提升。
上述三种微鼓泡反应器的类似点是都在多段床层之间安装微气泡发生装置，这种措施在一定距离上可以维持气体的微气泡形态及其在反应器径向上的均匀分布，但气泡在压力和聚并的作用下，上升过程中会逐渐变大和分布不均匀，失去微气泡参与反应的优势，因此这类反应器往往每隔一段床层就需要安装一套微气泡发生装置，这不仅增加了反应器设计制造的复杂程度和造价，更增大了床层压降和能耗，而且由于气泡在反应器轴向上大小分布不一，也不可避免出现局部反应不均，局部床层过热和催化剂结焦等问题。
为了克服气泡轴向分布不均的问题，技术人员还开发出其他微气泡反应装置。
CN103143302A公开了一种连续微气泡反应器，在多个反应舱室中均布置多根横向排列的横微孔管和竖向分布的竖微孔管，这种设计方法虽然有利于实现气体的均匀分布和提高反应效率，但反应器设计太过复杂，制作成本较高。此外，该发明中的微气泡反应器多用于处理含金属废水，但大部分微孔管却安装于排渣口附近，这使得管上微孔易被含金属沉淀物堵塞。
CN208066329U公开了一种利用环形气腔在轴向上均匀进气的新型微泡式气液反应器，但该环形气腔占据较多的反应器内部空间，导致位于反应器中心处的气液混合腔体积偏小，使得气液反应空间不足，不利于扩大反应规模。
基于现有技术中存在的诸多问题，亟需要开发一种新型、简易、高效、占空间小的微气泡发生装置用于加氢反应器中，通过向反应物料中释放微气泡的形式调节氢气的轴径向分布、氢气与液相的混合以及加氢反应的效率，从而达到调控加氢反应速率的目的。
实用新型内容
鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种微鼓泡加氢反应器，通过在催化剂床层内设置膜管微气泡发生装置，更好地实现了微气泡在反应器床层内尤其是轴向方向上的均匀分布，有利于加强气液混合，减小液体返混；将所述反应器应用在加氢反应中时，可通过向注入管中通入氢气和/或惰性气体来控制加氢反应速率，既可提高加氢反应效率又可抑制过快的加氢反应并延长催化剂的使用寿命，加强了对加氢反应的可控性，具有较高的工业应用价值。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种微鼓泡加氢反应器，所述反应器包括催化剂床层和设置在催化剂床层内的膜管微气泡发生装置。
本实用新型通过在催化剂床层内设置膜管微气泡发生装置，该装置上的各根膜管贯通部分床层竖直安装，可以更好地实现微气泡在反应器床层内尤其是轴向方向上的均匀分布，缓解了现有技术中微气泡轴向分布不均的难题，同时加强了气液混合，减少了液体返混，更有利于促进反应在反应器空间上的均匀进行，避免了催化剂局部过热失活的现象，具有较高的实际应用价值。
优选地，所述膜管微气泡发生装置包括管壁上设置有微米级孔道的微孔膜管。
本实用新型对膜管微气泡发生装置上的微孔膜管的制作材料没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何具有一定的强度和耐腐蚀性的可用于制备膜管的材料，其制作材料包括但不限于烧结陶瓷或烧结金属等。
本实用新型的微孔膜管内通入气体时，气体能够在压力的作用下透过微孔膜管的管壁到膜管外侧，在剪切流动的液相中形成微气泡，并随液相一起流动，促进了气液传质，使气液反应更均匀，避免了催化剂局部过热和失活，具有较高的工业应用价值。
优选地，所述微孔膜管竖立设置。
本实用新型微孔膜管的管壁上的微米级孔道在微孔膜管的制备过程中随机生成，通过控制生成微米级孔道的大小、方向和分布可调控所述微孔膜管产生的微气泡的直径、流向和分布情况，从而得到可应用于加氢反应的微孔膜管。
所述微米级孔道的平均孔径为1～1000μm，例如可以是1μm、10μm、20μm、 50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、 550μm、600μm、650μm、700μm、750μm、800μm、850μm、900μm、950μm或 1000μm，优选为20～700μm。
本实用新型微孔膜管的管壁上微米级孔道的平均孔径应控制在20～700μm，以满足生成微气泡的平均直径在50～800μm之间，更好的满足加氢反应的需求。
所述微孔膜管的管壁上的微米级孔道呈斜向上的方向布置。
所述微米级孔道与水平方向的夹角为1～89°，例如可以是1°、5°、10°、 15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、 75°、80°、85°或89°，优选为30～60°。
优选地，所述微孔膜管的开孔率为0.1～0.8，例如可以是0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65、0.7、0.75或0.8，优选为0.3～0.6。
本实用新型微孔膜管的开孔率由膜管的长度和管径而定，本实用新型的开孔率选为0.1～0.8。
所述微孔膜管的管径为5～150mm，例如可以是5mm、10mm、20mm、30mm、 40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、 140mm或150mm，优选为20～100mm。
所述微孔膜管为圆柱或多边柱形管。
所述微孔膜管为单通道式或多通道式。
优选地，所述膜管微气泡发生装置还包括与微孔膜管相通的气体缓冲环。
本实用新型在膜管微气泡发生装置中与微孔膜管相通的气体缓冲环用于缓存从注气管通入的气体，利于实现对通入各微孔膜管中气体流量的均匀分配，易于控制各微孔膜管的同时进气和断气，同时降低气体对微孔膜管的冲击应力，延长微孔膜管的使用寿命。
优选地，所述气体缓冲环的个数为1～10个，例如可以是1个、2个、3个、 4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个，优选为2～8个。
所述气体缓冲环的当量内径为0.01D～0.15D，例如可以是0.01D、0.02D、 0.05D、0.06D、0.08D、0.10D、0.12D、0.13D或0.15D，优选为0.05D～0.10D，其中D为反应器的内径。
所述气体缓冲环的环宽为0.04D～0.35D，例如可以是0.04D、0.08D、0.10D、0.12D、0.15D、0.18D、0.20D、0.22D、0.25D、0.28D、0.30D、0.32D或0.35D，优选为0.10D～0.20D，其中D为反应器的内径。
本实用新型所述气体缓冲环的环宽是指气体缓冲环的环外围当量半径与环内围当量半径之差。
所述气体缓冲环之间通过至少两根连通管相通。
本实用新型通过设置连通管来连通内外环的多个气体缓冲环，保障气体的输入。
所述气体缓冲环的横截面呈圆形或正多边形。
本实用新型的气体缓冲环为环状的管道，所述气体缓冲环的横截面即通入气体的管截面呈圆形或正多边形。
所述气体缓冲环为圆形和/或正多边形环状结构，其中典型但非限制性的组合为：圆形与正三角形的组合，圆形与正方形的组合，正三角形与正六角形的组合，正三角形与正八角形的组合，优选为圆形。
本实用新型气体缓冲环内外环的数量大于一个时，内外缓冲环的形状可以不相同，任意相邻两个缓冲环的径向间距可以不相等，不同缓冲环上膜管的安装数量和分布规律也不需要保持一致。
所述气体缓冲环的分布形式为同心分布。
所述气体缓冲环上安装微孔膜管的数量为2～100根，例如可以是2根、5根、 10根、15根、20根、25根、30根、35根、40根、45根、50根、55根、60根、 65根、70根、75根、80根、85根、90根、95根或100根，优选为10～80根。
本实用新型每个气体缓冲环上安装微孔膜管的数量和分布规律可以相同或不同，本实用新型对此不做限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可实现微气泡均匀分布的安装方式。
所述膜管微气泡发生装置还包括设置在微孔膜管上与气体缓冲环相对一端的膜管固定环。
本实用新型通过在膜管微气泡发生装置中设置膜管固定环，使微孔膜管固定于气体缓冲环与膜管固定环之间，增加了膜管微气泡发生装置的机械强度。
本实用新型的膜管固定环的结构、数量及分布形式与气体缓冲环的结构、数量及分布形式相同，故在此不再赘述。
所述膜管固定环与膜管相通。
本实用新型中的膜管固定环与膜管相通，构成一个闭环通道，使得通入膜管中的大部分气体不会直接从膜管的中空通道中流出，而是在压差的作用下从管壁上的微米级孔道中逸出到床层。此外，膜管固定环还可少量缓存暂未从微米级孔道中逸出的气体。
优选地，所述催化剂床层包括加氢反应所需的催化剂颗粒。
本实用新型所述的催化剂床层由加氢反应所需的催化剂颗粒装填形成，其中，氢气和液相两种反应物料在催化剂床层的空隙中向上流动，并在催化剂颗粒的催化作用下进行反应。
所述催化剂床层至少为1个，例如可以是2个、3个、4个、5个或8个，优选为2～3个。
本实用新型优选催化剂床层为2～3个，可实现反应原料和氢气的多次分配，更好地促进气液相传质和加氢反应的进行，同时多个催化剂床层中分别设置膜管微气泡发生装置，分多段将气体以微气泡的形式输入床层，更加有利于促进气液混合和传质，避免催化剂局部过热和失活，可进一步分段加强对加氢反应的控制，能够更好地应用在加氢反应中，具有较高的工业应用价值。
优选地，所述反应器为上流式微鼓泡加氢反应器。
优选地，所述反应器还包括反应器壳体、进料口、气液分布器、注气管、排气口和出料口。
所述反应器壳体位于反应器最外侧。
本实用新型的反应器壳体位于微鼓泡加氢反应器的最外侧，用于固定或装载反应器内部构件、反应物料和催化剂颗粒，并为加氢反应提供空间。
本实用新型对反应器壳体的材质没有特殊限制，不同反应规模对反应器壳体材质有不同的要求，例如，对于工业规模的大内径反应器，壳体应使用钢板或合金材料焊接而成；而对于实验室规模的小反应器，有机玻璃壳体完全可以满足实验所需的强度要求。
优选地，所述反应器壳体由钢板或合金板材焊接而成。
优选地，所述反应器壳体由高强度钢板或合金板材焊接而成。
所述反应器壳体呈圆筒形。
所述进料口位于反应器的正下方。
所述气液分布器位于进料口的上方。
所述气液分布器位于每段催化剂床层的下方。
本实用新型通过在每段催化剂床层下方安装所述气液分布器，用于再次均匀分配气液两相流体，使气液接触更充分，提高了加氢反应效率并避免了催化剂局部过热和失活现象。
本实用新型对气液分布器没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何用于分布气液两相流体的气液分布器，其结构包括但不限于筛板型、泡罩型、槽盘型或烟囱型等。
优选地，所述气液分布器结构为筛板型、泡罩型、槽盘型或烟囱型中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合为：筛板型和泡罩型的组合，筛板型和槽盘型的组合，筛板型和烟囱型的组合，槽盘型和泡罩型的组合，泡罩型和烟囱型的组合，优选为泡罩型气液分布器。
所述注气管至少为两个。
所述注气管位于气液分布器上方。
所述注气管位于催化剂床层下部分的两侧。
本实用新型将注气管设置在催化剂床层靠下部分位置的两侧，使膜管微气泡发生装置能够更好地贯穿在催化剂床层中。
所述排气口位于反应器的正上方。
本实用新型在反应器的正上方设置排气口用于排出未参与反应的多余氢气或惰性气体。
所述出料口位于反应器的上方一侧。
本实用新型的出料口设置在所述微鼓泡加氢反应器的上方一侧，用于侧向排出已参与反应的液相物料。
优选地，所述反应器中膜管微气泡发生装置通过至少两根连接轴与反应器壳体相连，被固定于所述催化剂床层之内。
所述膜管微气泡发生装置中的膜管固定环与至少两根连接轴连接。
本实用新型通过使膜管固定环与至少两根连接轴连接，使膜管微气泡发生装置更牢固的固定于催化剂床层之内，能够更好地保障反应器的机械强度。
所述膜管微气泡发生装置中的气体缓冲环在反应器壳体中水平设置。
所述膜管微气泡发生装置中的气体缓冲环与注气管直接相通。
本实用新型通过件气体缓冲环与注气管相通，可通过注气管向膜管微气泡发生装置中通入气体，其中，注气管中可注入氢气或惰性气体作为补充气体，注入氢气可促进加氢反应的进行，而注入惰性气体则可抑制过快的加氢反应，以此达到调控反应速率的效果。
所述膜管微气泡发生装置中微孔膜管的长度小于等于催化剂床层的填充高度。
所述膜管微气泡发生装置中微孔膜管沿所述气体缓冲环以反应器壳体轴向中心为轴对称分布。
优选地，所述反应器的出料口下方设置有金属筛网。
本实用新型设置金属筛网用于阻挡床层中的催化剂颗粒，以防止其被气液两相流体带出反应器。
所述金属筛网网孔的当量直径小于所述催化剂颗粒的平均粒径。
本实用新型将金属筛网网孔的当量直径设置为小于催化剂颗粒的粒径，以保证颗粒不会从网孔中钻出。
本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法包括如下步骤：
(1)反应的液相原料和主体氢气经进料口通入反应器壳体中，并经气液分布器均匀分布后通入催化剂床层中，所述液相原料和主体氢气在催化剂颗粒的催化作用下进行加氢反应；
(2)在加氢反应过程中，向微鼓泡加氢反应器的注入管中通入氢气和/或惰性气体，控制加氢反应速率，其中，注气管中通入气体的体积流量Q2不超过从进料口通入的氢气体积流量Q1的一半，即Q2≤50％Q1；
(3)反应完的反应液相产物从出料口排出反应器，未反应完全的氢气和/ 或惰性气体从排气口排出反应器。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器中的膜管微气泡发生装置上的各根膜管贯通部分床层竖直设置，能够以微气泡的形式在加氢反应器中分流通入氢气，实现了微气泡在反应器床层内尤其是轴向方向上的均匀分布，更有利于加强气液混合，在压降少量增加的基础上，其Peclet数提升至≥4.85，最高可达 5.82，液相体积传质系数提升至≥0.0047s
(2)本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器通过产生微气泡的方式提高了氢气的利用率，减少了氢气总用量并延长了催化剂使用寿命；
(3)本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器通过设置膜管微气泡发生装置，可实现在反应器内通入适量惰性气体，抑制过快的加氢反应，加强了对加氢反应的可控性，避免了催化剂过热、结焦和失活现象的出现，延长了催化剂使用寿命；
(4)本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器中的膜管微气泡发生装置结构较简单、易于加工，方便在加氢反应器中安装拆卸，而且整套微鼓泡加氢反应器无需额外的动力设备，能耗较小，不存在动力机械的密封性问题，易于组装、维护和维修，可长期稳定运行。
附图说明
图1是本实用新型提供的气体缓冲环呈同心圆分布的膜管微气泡发生装置在催化剂床层中的横截面示意图。
图2是本实用新型提供的气体缓冲环呈同心正六边形分布的膜管微气泡发生装置在催化剂床层中的横截面示意图。
图3是本实用新型提供的气体缓冲环呈同心正四边形分布的膜管微气泡发生装置在催化剂床层中的横截面示意图。
图4是本实用新型实施例1提供的微鼓泡加氢反应器的结构示意图。
图5是本实用新型实施例1提供的微鼓泡加氢反应器中采用的单通道式微孔膜管的轴向剖视结构示意图。
图6是本实用新型实施例5提供的微鼓泡加氢反应器的结构示意图。
图中：1-进料口；2-反应器壳体；3-气液分布器；31-第一气液分布器；32- 第二气液分布器；4-注气管；41-第一注气管；42-第二注气管；5-膜管微气泡发生装置；51-第一膜管微气泡发生装置；52-第二膜管微气泡发生装置；6-催化剂床层；61-第一催化剂床层；62-第二催化剂床层；7-金属筛网；8-排气口；9-出料口；10-连接轴；11-膜管固定环；12-微孔膜管；13-气体缓冲环；14-连通管； 15-微孔膜；16-微米级孔道。
需要说明的是，上文叙述中的“上”、“下”、“内”、“外”等术语均用来指示附图中所示结构的方位或位置关系，其中“下”指的是所述微鼓泡加氢反应器正常工作时靠近水平地面的方向，“上”表示与“下”相反的方向，“内”指的是靠近所述微鼓泡加氢反应器中心轴的方向，“外”则表示与“内”相反的方向。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
本实用新型中膜管微气泡发生装置在催化剂床层中的横截面示意图如图1～3所示，其中，从图1～3可以看出，膜管微气泡发生装置通过至少两根连接轴 10与反应器壳体相连接，当气体缓冲环多于一个时，膜管微气泡发生装置5还附带至少两根连通管14作为附属构件，所述连通管14用于连通内外环的多个同心气体缓冲环13。
其中，如图1标注所示，气体缓冲环13上的每根膜管的编号为Tnθ，两个下标n、θ表征膜管的相对位置，n代表与膜管所连通的气体缓冲环的编号，n＝1 代表最外侧的气体缓冲环，n越大表示气体缓冲环越靠近反应器内侧，n的取值范围是1～10；
如图1～3中标注所示，θ代表由床层截面中心水平向右的方向逆时针旋转至该中心与膜管中心连线方向所形成的夹角，θ的取值范围为0～360°。
本实用新型的膜管微气泡发生装置中气体缓冲环的形状结构不限于圆形环，也可为其他正多边形环，如图2所示为同心正六边形，如图3所示为同心正四边形。
一、实施例
实施例1
本实施例提供一种上流式微鼓泡加氢反应器，如图4所示，所述反应器包括反应器主体和膜管微气泡发生装置5；
所述反应器主体包括设置于反应器最外侧的内径280mm的圆筒形反应器壳体2，所述反应器壳体2内部自下往上依次设置有气液分布器3，注气管4，催化剂床层6和金属筛网7，所述注气管4位于催化剂床层6下部分的两侧，反应器壳体2的正下方设置有进料口1，反应器壳体2的正上方设置有排气口8，上方一侧设置有出料口9；所述反应器壳体2由有机玻璃加工而成，催化剂床层6 中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器3为筛板型分布器，分布器上筛孔的孔径为5.0mm，筛孔呈正三角形方式排列，分布器的开孔率为0.125，所述催化剂床层6的填充高度为1030mm，催化剂颗粒的平均粒径为3.0mm，床层空隙率为0.353，所述注气管4的管径为20mm；
所述膜管微气泡发生装置5包括膜管固定环11、管壁上设置有微米级孔道 16的圆柱形单通道的微孔膜管12和气体缓冲环13，如图5所示，所述微孔膜管12由微孔膜15卷曲而成，共8根，每根微孔膜管12管径10mm，管高700mm，所述微孔膜管12上微米级孔道16的平均孔径为400μm，与水平方向夹角为 45°，开孔率为0.53；所述气体缓冲环13为单个圆环，环当量内径为25mm，环宽为50mm，所述微孔膜管12沿气体缓冲环13均匀分布，所述膜管固定环11的结构、数量及分布形式与气体缓冲环13相同；
所述膜管微气泡发生装置5中的膜管固定环11通过两根连接轴10与反应器壳体2相连，被固定于所述催化剂床层6之内，其中所述气体缓冲环13在反应器壳体2中水平设置并与注气管4直接相通，所述微孔膜管12沿所述气体缓冲环13以反应器壳体2轴向中心为轴对称分布。
本实施例提供的上流式微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法包括如下步骤：
(1)反应的液相原料和主体氢气经进料口1通入反应器壳体2中，并经气液分布器3均匀分布后通入催化剂床层6中，所述液相原料和主体氢气在催化剂颗粒的催化作用下进行加氢反应；
(2)在加氢反应过程中，向微鼓泡加氢反应器的注入管4中通入氢气和/ 或惰性气体，控制加氢反应速率，其中，注气管4中通入气体的体积流量Q2不超过从进料口1通入的氢气体积流量Q1的一半，即Q2≤50％Q1；
(3)反应完的反应液相产物从出料口9排出反应器，未反应完全的氢气和 /或惰性气体从排气口8排出反应器。
实施例2
本实施例提供一种上流式微鼓泡加氢反应器，所述反应器包括反应器主体和膜管微气泡发生装置5；
所述反应器主体包括设置于反应器最外侧的内径280mm的圆筒形反应器壳体2，所述反应器壳体2内部自下往上依次设置有气液分布器3，注气管4，催化剂床层6和金属筛网7，所述注气管4位于催化剂床层6下部分的两侧，反应器壳体2的正下方设置有进料口1，反应器壳体2的正上方设置有排气口8，上方一侧设置有出料口9；所述反应器壳体2由有机玻璃加工而成，催化剂床层6 中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器3为筛板型分布器，分布器上筛孔的孔径为2.0mm，筛孔呈同心圆方式排列，分布器的开孔率为0.125，所述催化剂床层6的填充高度为1030mm，催化剂颗粒的平均粒径为3.0mm，床层空隙率为0.353，所述注气管4的管径为20mm；
所述膜管微气泡发生装置5包括膜管固定环11、管壁上设置有微米级孔道 16的正六边柱形单通道的微孔膜管12和气体缓冲环13，所述微孔膜管12由微孔膜15卷曲而成，共12根，每根微孔膜管12的当量管径为20mm，管高为700mm，所述微孔膜管12上微米级孔道16的平均孔径为100μm，与水平方向夹角为60°，开孔率为0.58；所述气体缓冲环13为单个正六边环，环当量内径为28mm，环宽为45mm，所述微孔膜管12沿气体缓冲环13均匀分布，所述膜管固定环11的结构、数量及分布形式与气体缓冲环13相同；
所述膜管微气泡发生装置5中的膜管固定环11通过两根连接轴10与反应器壳体2相连，被固定于所述催化剂床层6之内，其中所述气体缓冲环13在反应器壳体2中水平设置并与注气管4直接相通，所述微孔膜管12沿所述气体缓冲环13以反应器壳体2轴向中心为轴对称分布。
本实施例提供的上流式微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种上流式微鼓泡加氢反应器，所述反应器包括反应器主体和膜管微气泡发生装置5；
所述反应器主体包括设置于反应器最外侧的内径400mm的圆筒形反应器壳体2，所述反应器壳体2内部自下往上依次设置有气液分布器3，注气管4，催化剂床层6和金属筛网7，所述注气管4位于催化剂床层6下部分的两侧，反应器壳体2的正下方设置有进料口1，反应器壳体2的正上方设置有排气口8，上方一侧设置有出料口9；所述反应器壳体2由有机玻璃加工而成，催化剂床层6 中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器3为筛板型分布器，分布器上筛孔的孔径为5.0mm，筛孔呈同心圆方式排列，分布器的开孔率为0.215，所述催化剂床层6的填充高度为1030mm，催化剂颗粒的平均粒径为6.0mm，床层空隙率为0.366，所述注气管4的管径为30mm；
所述膜管微气泡发生装置5包括膜管固定环11、管壁上设置有微米级孔道16的圆柱形单通道的微孔膜管12、气体缓冲环13和连通管14，所述气体缓冲环13为内外两个圆环，内环当量内径为25mm，内环环宽为45mm，外环当量内径为30mm，外环环宽为120mm；所述微孔膜管12由微孔膜15卷曲而成，内侧气体缓冲环连有8根，外侧气体缓冲环连有16根，每根微孔膜管12管径 20mm，管高700mm，所述微孔膜管12上微米级孔道16的平均孔径为700μm，与水平方向夹角为30°，开孔率为0.45，微孔膜管12沿气体缓冲环13均匀分布；所述连通管14设有两根，管内径为25mm，用于连通内外的两个气体缓冲环，所述膜管固定环11的结构、数量及分布形式与气体缓冲环13相同。
所述膜管微气泡发生装置5中的膜管固定环11通过两根连接轴10与反应器壳体2相连，被固定于所述催化剂床层6之内，其中所述气体缓冲环13在反应器壳体2中水平设置并与注气管4直接相通，所述微孔膜管12沿所述气体缓冲环13以反应器壳体2轴向中心为轴对称分布。
本实施例提供的上流式微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种上流式微鼓泡加氢反应器，所述反应器包括反应器主体和膜管微气泡发生装置5；
所述反应器主体包括设置于反应器最外侧的内径400mm的圆筒形反应器壳体2，所述反应器壳体2内部自下往上依次设置有气液分布器3，注气管4，催化剂床层6和金属筛网7，所述注气管4位于催化剂床层6下部分的两侧，反应器壳体2的正下方设置有进料口1，反应器壳体2的正上方设置有排气口8，上方一侧设置有出料口9；所述反应器壳体2由有机玻璃加工而成，催化剂床层6 中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器3为泡罩型分布器，分布器上泡罩孔的孔径为10.0mm，筛孔呈正三角形格式排列，分布器的开孔率为0.215，所述催化剂床层6的填充高度为1030mm，催化剂颗粒的平均粒径为 6.0mm，床层空隙率为0.366，所述泡罩型分布器上方设置一层金属筛网用于承载催化剂颗粒并防止颗粒堵塞泡罩孔，所述注气管4的管径为30mm；
所述膜管微气泡发生装置5包括膜管固定环11、管壁上设置有微米级孔道 16的圆柱形单通道的微孔膜管12、气体缓冲环13和连通管14，所述气体缓冲环13为内外两个圆环，内环当量内径为25mm，内环环宽为45mm，外环当量内径为30mm，外环环宽为120mm；所述微孔膜管12由微孔膜15卷曲而成，内侧气体缓冲环连有8根，外侧气体缓冲环连有16根，每根微孔膜管12管径 20mm，管高700mm，所述微孔膜管12上微米级孔道16的平均孔径为700μm，与水平方向夹角为30°，开孔率为0.45，微孔膜管12沿气体缓冲环13均匀分布；所述连通管14设有两根，管内径为25mm，用于连通内外的两个气体缓冲环，所述膜管固定环11的结构、数量及分布形式与气体缓冲环13相同；
所述膜管微气泡发生装置5中的膜管固定环11通过两根连接轴10与反应器壳体2相连，被固定于所述催化剂床层6之内，其中所述气体缓冲环13在反应器壳体2中水平设置并与注气管4直接相通，所述微孔膜管12沿所述气体缓冲环13以反应器壳体2轴向中心为轴对称分布。
本实施例提供的上流式微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种上流式微鼓泡加氢反应器，如图6所示，所述反应器与实施例1的区别为反应器主体中设置有两段催化剂床层6及与其相应的气液分布器3、注气管4和膜管微气泡发生装置5，其余均与实施例1相同，其具体结构包括：
所述反应器主体包括设置于反应器最外侧的内径280mm的圆筒形反应器壳体2，所述反应器壳体2内部自下往上依次设置有气液分布器31，注气管41，催化剂床层61，气液分布器32，注气管42，催化剂床层62和金属筛网7，所述注气管41和注气管42分别位于催化剂床层61和催化剂床层62下部分的两侧，反应器壳体2的正下方设置有进料口1，反应器壳体2的正上方设置有排气口8，上方一侧设置有出料口9；所述反应器壳体2由有机玻璃加工而成，催化剂床层61和催化剂床层62中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器31和气液分布器32均为筛板型分布器，分布器上筛孔的孔径为5.0mm，筛孔呈正三角形格式排列，分布器的开孔率为0.125，所述催化剂床层61和催化剂床层62的填充高度分别为465mm和565mm，两个床层中催化剂颗粒的平均粒径均为3.0mm，床层总空隙率为0.353，所述注气管41和注气管42的管径为 20mm；
所述膜管微气泡发生装置51和膜管微气泡发生装置52的结构相同，均包括膜管固定环11、管壁上设置有微米级孔道16的圆柱形单通道的微孔膜管12 和气体缓冲环13，所述微孔膜管12由微孔膜15卷曲而成，共8根，每根微孔膜管12管径10mm，管高350mm，所述微孔膜管12上微米级孔道16的平均孔径为400μm，与水平方向夹角为45°，开孔率为0.53；所述气体缓冲环13为单个圆环，环当量内径为25mm，环宽为50mm，所述微孔膜管12沿气体缓冲环13均匀分布，所述膜管固定环11的结构、数量及分布形式与气体缓冲环13相同；
所述膜管微气泡发生装置51和膜管微气泡发生装置52中的膜管固定环11 分别通过两根连接轴10与反应器壳体2相连，分别被固定于所述催化剂床层61 和催化剂床层62之内，其中所述气体缓冲环13在反应器壳体2中水平设置并与注气管41和注气管42直接相通，所述微孔膜管12沿所述气体缓冲环13以反应器壳体2轴向中心为轴对称分布。
本实施例提供的上流式微鼓泡加氢反应器在加氢反应中的应用方法包括如下步骤：
(1)反应的液相原料和主体氢气经进料口1通入反应器壳体2中，并经气液分布器31均匀分布后通入催化剂床层61中，所述液相原料和主体氢气通过催化剂床层61后经气液分布器32再次分布后通入催化剂床层62中，所述液相原料和主体氢气在催化剂颗粒的催化作用下进行加氢反应；
(2)在加氢反应过程中，向微鼓泡加氢反应器的注入管41和注气管42中通入氢气和/或惰性气体，控制加氢反应速率，其中，注气管41和注气管42中通入气体的体积流量总和Q2不超过从进料口1通入的氢气体积流量Q1的一半，即Q2≤50％Q1；
(3)反应完的反应液相产物从出料口9排出反应器，未反应完全的氢气和 /或惰性气体从排气口8排出反应器。
对比例1
本对比例提供一种上流式加氢反应器，所述反应器与实施例1相比，除不包括膜管微气泡发生装置及与其相连的注气管和相应的连接关系外，其余均与实施例1相同；
所述反应器具体包括：设置于反应器最外侧的内径280mm的圆筒形反应器壳体，所述反应器壳体内部自下往上依次设置有气液分布器，催化剂床层和金属筛网，在反应器壳体的正下方设置有进料口，反应器壳体的正上方设置有排气口，上方一侧设置有出料口；所述反应器壳体由有机玻璃加工而成，催化剂床层中包括加氢反应所需的催化剂颗粒，所述气液分布器为筛板型分布器，分布器上筛孔的孔径为5.0mm，筛孔呈正三角形格式排列，分布器的开孔率为 0.125，所述催化剂床层的填充高度为1030mm，催化剂颗粒的平均粒径为3.0mm，床层空隙率为0.353。
本对比例提供的上流式加氢反应器在加氢反应中的应用方法包括如下步骤：
(1)反应的液相原料和主体氢气经进料口通入反应器壳体中，并经气液分布器均匀分布后通入催化剂床层中，所述液相原料和主体氢气在催化剂颗粒的催化作用下进行加氢反应；
(2)反应完的反应液相产物从出料口排出反应器，未反应完全的氢气从排气口排出反应器。
二、测试例和测试对比例
本实用新型针对实施例1～5和对比例1提供的上流式加氢反应器进行流动、混合和传质参数测试实验。
由于工业上油品加氢反应常在高温高压的条件下进行，而高温高压下油品为牛顿型流体，其密度与运动粘度等物性参数与常温下水的物性参数相近，且本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器主要是更好地实现了微气泡在反应器床层内尤其是轴向方向上的均匀分布，有利于加强气液混合，减小液体返混，因此测试例和测试对比例中考察流体的流动和混合等流体动力学参数，同时考虑到实验实施时的安全、节能和成本问题，故测试例和测试对比例采用冷态模型实验方法，利用水代替液相物料，空气代替氢气在常温常压下进行实验。
测试例1～5
测试例1～5采用实施例1提供的上流式加氢反应器进行测试，其中进料口1 处空气通入的体积流量固定为Q1＝30m
测试例6～8
测试例6～8依次采用实施例2～4提供的上流式加氢反应器进行测试，其中进料口1处空气通入的体积流量固定为Q1＝30m
测试例9
测试例9采用实施例5提供的上流式加氢反应器进行测试，其中保持进料口处空气通入的体积流量和水通入的体积流量与测试例1～5相同，即进料口处空气通入的体积流量固定为Q1＝30m
测试对比例1
测试对比例1采用对比例1提供的上流式加氢反应器进行测试，其中保持进料口处空气通入的体积流量和水通入的体积流量与测试例1～5相同，即进料口处空气通入的体积流量固定为Q1＝30m
三、测量方法及结果
床层压降测量方法：在催化剂床层的上下侧以及不同高度处分别安装MPM4730型智能压力变送器，实验中实时测量催化剂床层各高度点处的压力，待各点压力基本稳定后求取床层上下两侧的压力差，即得床层压降。
Peclet数测量方法：Peclet数是指流体对流速率与扩散速率之比，常用来表征反应器内返混程度的大小，其值越大表示返混越小。本实用新型采用传统的响应技术来测定微鼓泡加氢反应器的停留时间分布，并由一维轴向扩散模型结合停留时间分布求出Peclet数。采用脉冲示踪的方法，待装置运行稳定后在反应器的进料口处迅速注入30mL4.0mol·L
液相体积传质系数测量方法：采用物理吸收法测定液相体积传质系数kLa。实验前配制质量分数为5.0％的Na2SO3无氧溶液于储槽中，实验时将Na2SO3溶液与空气同时从进料口通入反应器中，并在出料口处使用JPSJ-605型溶解氧分析仪实时测定并记录溶液的溶解氧浓度数值，待该数值基本稳定后，求取其平均值cout，并根据下式(2)求得液相体积传质系数kLa。
其中，上式中的QL代表进料口处Na2SO3溶液的体积流量，Vc是催化剂床层的总体积，c
测试例1～9和测试对比例1的实验结果如表1所示。
表1
从表1可以看出如下几点：
(1)综合测试例1～9可以看出，本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器在不同测试条件下，传质效果均较好，液相体积传质系数均≥0.0047s
(2)综合测试例1～5和测试对比例1可以看出，测试例1～5通过采用实施例1提供的微鼓泡加氢反应器，并在注气管中注入不同体积流量的空气，较测试对比例1采用对比例1提供的加氢反应器，未额外注入空气而言，测试例1～5 的Pelect数均≥4.85，最高可达5.33，液相体积传质系数均≥0.0047s
(3)综合测试例1～5可以看出，测试例1～5通过向注气管中依次注入体积流量为1.0％Q1、5.0％Q1、10.0％Q1、15.0％Q1和20.0％Q1的空气，其Peclet数由 4.85增加至5.33，液相体积传质系数由0.0047s
(4)综合测试例5和测试例9可以看出，测试例9通过采用实施例5提供的微鼓泡加氢反应器，并在两根注气管中分别注入10.0％Q1体积流量的空气，较测试例5采用实施例1提供的加氢反应器且一次性注入20.0％Q1体积流量的空气而言，测试例9的Pelect数为5.82，液相体积传质系数为0.0086s
综上所述，本实用新型提供的微鼓泡加氢反应器在不同测试条件下，液相体积传质系数均≥0.0047s
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
一种微鼓泡加氢反应器专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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