CN106975430B - 一种两相混合反应器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼油领域，公开了一种两相混合反应器及其应用，所述两相混合反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器罐体和反应模块，反应模块的外表面设置有凹槽结构，凹槽结构的突起侧壁与反应器罐体连接，由凹槽结构与反应器罐体围成的空腔形成混合流道，反应模块的内部设置空腔单元，空腔单元通过设置在反应模块的凹槽结构的底部的分布孔与混合流道连通，空腔单元的入口的设置使得流体在空腔单元中的流动方向与在混合流道中的流动方向相反。本发明的两相混合反应器在用于轻烃的深度脱硫时，使得轻烃与碱液高速流动并剧烈混合，传质阻力低，实现深度脱硫，酸性含硫物质脱除率大于90％，液化气中酸性含硫物质浓度可降至10ppm以下或更低。

Description

一种两相混合反应器及其应用

技术领域

本发明涉及炼油领域，具体地，涉及一种两相混合反应器以及该两相混合反应器在液/液两相或气/液两相混合及反应中的应用。

背景技术

炼油厂产生的粗液化气中含有大量酸性含硫物质(主要为硫化氢和硫醇)，工业上一般通过碱洗的方法脱除其中的酸性含硫物质。

液化气经过深度脱硫后(酸性含硫物质浓度在10ppm以下)可以用于生产清洁燃料。但是常规的液化气脱硫设备在操作条件基本不变的情况下，很难克服深度脱硫过程中的传质阻力，因此需要开发高效液化气深度脱硫反应器，实现在低传质推动力条件下的液化气深度脱硫要求。

由于通过碱洗的方法进行液化气脱硫的技术涉及液/液两相体系，因此所采用的设备一般包括萃取塔、静态混合器和纤维膜萃取器等几类。

萃取塔是一种连续逆流设备，可实现多个理论级的分离效率，但是其设备规模较大，操作比较复杂，且物料流速较慢，传质系数较低。

纤维膜萃取器是一种并流操作设备，其设备规模较萃取塔小，且采用亲水性纤维丝提供了较大的传质面积，因此传质效率较高，但是纤维丝长期使用之后会被污染而失去亲水性，传质效率降低，且难于清理再生。

静态混合器的设备规模最小，依靠两相高速流动混合进行传质过程，但是静态混合器的混合结构难于实现液/液体系的高度分散混合，因此其传质效率的提高还存在较大的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种满足在低传质推动力条件下的适用于液/液两相或气/液两相混合及反应的两相混合反应器。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种两相混合反应器，该两相混合反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器罐体和反应模块，所述反应模块的外表面设置有至少两个凹槽结构，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁连接，所述凹槽结构与所述反应器罐体的内壁之间形成混合流道，所述反应模块的内部设置有空腔单元，所述空腔单元通过设置在所述反应模块的凹槽结构的底部的分布孔与所述混合流道连通，其中，所述空腔单元的入口的设置使得流体在所述空腔单元中的流动方向与在所述混合流道中的流动方向相反；所述混合流道的入口和所述混合流道的出口分别与所述反应器入口和所述反应器出口保持连通。

第二方面，本发明提供前述两相混合反应器在液/液两相或气/液两相混合及反应中的应用。

本发明提供的两相混合反应器在用于轻烃，例如液化气的深度脱硫时，能够使得轻烃与碱液在本发明的两相混合反应器内高速流动并剧烈混合，传质阻力低，使得液化气中所含酸性含硫物质(例如硫醇)与碱液充分反应，实现液化气深度脱硫，酸性含硫物质脱除率大于90％，液化气中酸性含硫物质浓度可降至10ppm以下或更低。

本发明提供的两相混合反应器特别适合于轻烃，例如液化气或轻汽油中酸性含硫物质浓度较低(例如几十个ppm)，因而传质推动力较低的情况下进行深度脱硫。此时，反应器内两相高速混合接触，传质阻力很低，硫醇等酸性含硫物质能够在充分地与碱液接触反应后与轻烃分离。

本发明提供的两相混合反应器还具有反应器处理量大，结构简单，尺寸小，耐压能力强，且便于密封、安装和维护的优点。

本发明提供的两相混合反应器，在两相混合接触前，两相在各自流道内的流动方向优选为逆流形式，逆流方式可以使得各个分布孔两侧的压差均匀分布，一相能够均匀地从各个分布孔流出而与另一相接触混合，从而在两相混合反应器内实现多级错流混合接触的效果，强化传质性能，避免了由于压差分布不均导致的部分分布孔无法使流体流出，从而降低传质效率的现象。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一种优选实施方式的两相混合反应器的横截面结构示意图。

图2是根据本发明的一种优选实施方式的两相混合反应器的纵剖面结构示意图。

图3是根据本发明的一种优选实施方式的轻烃深度脱硫的方法的流程图。

附图标记说明

1、反应器入口 2、反应器出口

3、反应器罐体 4、反应模块

5、空腔单元 6、混合流道

7、分散相引入管 8、分布孔

9、突起侧壁 10、分布室

11、收集室 12、碱洗单元

13、沉降单元 14、氧化再生单元

15、反抽提单元 16、新鲜碱液

17、含硫轻烃 18、再生碱液

19、含硫碱液 20、含氧气体

21、轻质油品 22、含硫轻质油品

23、脱硫轻烃

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

第一方面，本发明提供了一种两相混合反应器，该两相混合反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器罐体和反应模块，所述反应模块的外表面设置有至少两个凹槽结构，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁连接，所述凹槽结构与所述反应器罐体的内壁之间形成混合流道，所述反应模块的内部设置有空腔单元，所述空腔单元通过设置在所述反应模块的凹槽结构的底部的分布孔与所述混合流道连通，其中，所述空腔单元的入口的设置使得流体在所述空腔单元中的流动方向与在所述混合流道中的流动方向相反；所述混合流道的入口和所述混合流道的出口分别与所述反应器入口和所述反应器出口保持连通。

在本发明中，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁连接，使得形成的各个混合流道保持相互独立，在流体的接触和反应过程中，各条混合流道之间的流体不会相互干扰。

对所述两相混合反应器的外部形状没有特别的要求，可以为圆柱体状、长方体状、椭圆柱体状、正方体状、棱柱状等，优选情况下，所述两相混合反应器为圆柱体状。

优选地，所述两相混合反应器进一步包括收集室和分布室，所述反应器入口经所述分布室连通所述混合流道的入口，所述混合流道的出口经所述收集室连通所述反应器出口。本发明的所述分布室中可以含有分布构件。

优选地，反应器罐体的内壁围成的空间为圆柱体状、椭圆柱体状、正方体状和长方体状中的至少一种；更优选所述反应器罐体的内壁围成的空间为圆柱体状。

优选地，所述空腔单元的底部设置有使得所述流体进入所述空腔单元的分散相引入管。

优选地，各个所述凹槽结构的底部的分布孔的个数相同或不同，且各个所述凹槽结构的底部的分布孔的个数各自独立地为1-100个。

优选地，各个所述分布孔的孔径为0.1-2mm。

优选地，按照所述空腔单元中的流体的流动方向，所述分布孔的孔径依次增大。

优选地，按照所述空腔单元中的流体的流动方向，上游的分布孔的孔径比下游相邻的分布孔的孔径小0.01-1mm。

优选地，在各个所述凹槽结构的底部，相邻两个分布孔的中心点的距离为0.5-40mm；更优选为1-30mm。

优选地，所述分布孔的深度为0.1-3mm；更优选为0.3-2.5mm。

优选地，所述分布孔的轴向与混合流道中的流体的流动方向的夹角为任意角度，优选所述夹角为45-90度，更优选为90度。

优选地，所述分布孔沿着所述混合流道中的流体流动方向在一条直线上依次设置。但是，所述分布孔的设置并不局限于此，当所述分布孔的个数为多于一个时，所述分布孔也可以不沿着与混合流道中的流体流动方向平行的直线进行设置。

所述分布孔可以设置于各个所述凹槽结构的整个底部，优选地，所述分布孔设置在近反应器入口端，从而有利于来自所述空腔单元的流体和来自所述反应器入口的流体能够在所述混合流道的近入口端接触并反应，并且混合后得到的混合流体能够在反应模块提供的较长的混合流道中使得混合流体的接触和反应更充分。优选地，设置有分布孔的近反应器入口端的空腔单元的内径相同且具有相同的中心线。

优选地，按照所述空腔单元中的流体的流动方向，所述空腔单元的入口设置在所述空腔单元的上游，并且，所述空腔单元的入口设置在各个所述分布孔的上游。

优选地，所述混合流道中可以设置至少一根纤维丝。所述纤维丝的材质可以是金属、玻璃等无机材料，也可以是有机材料，或者以上几种材料的复合材料。纤维丝的选择根据来自空腔单元中的流体的性质而定，如果来自空腔单元中的流体为水溶液，纤维丝可选用不锈钢或者玻璃等亲水性材质；如果来自空腔单元中的流体为油品，纤维丝可选用亲油性的有机材质。优选所述纤维丝的直径为1μm至5mm，更优选为2-50μm。混合流道中加入纤维丝，可以借助其与来自空腔单元中的流体所形成的液滴的亲和性，在纤维丝表面形成极薄的液膜，增加相间传质面积，缩短传质距离，提高混合效率。

对所述纤维丝的直径和长度没有特别的限定，本领域技术人员可以根据本领域内的常规参数进行选择。所述纤维丝的长度可以根据所述混合流道的长度而设置，所述纤维丝的可以贯穿整个混合流道，优选按照混合流道中的流体流动方向，所述纤维丝的长度为从最下游的分布孔的中心点到混合流道出口的距离。

优选情况下，所述纤维丝为直线状或螺旋状。

优选地，所述空腔单元的一端开口为流体入口，另一端为封闭端。也就是说，流体能够通过流体入口进入空腔单元，并且通过连接空腔单元和所述混合流道的分布孔进入到混合流道中与所述混合流道中的来自所述反应器入口的流体进行接触和/或反应，并且从所述混合流道的出口引出至所述反应器出口。

优选地，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁之间的连接方式包括可拆卸连接方式和非可拆卸连接方式。

优选地，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁之间的连接方式选自焊接连接、螺纹连接、胀接、咬缝连接、胶接和拉钉连接中的至少一种。

优选地，所述反应模块包括多个所述凹槽结构，从而形成多个混合流道，有利于使得本发明所述的两相混合反应器具有较大的处理能力，优选地，相邻混合流道之间的距离为0.5mm-10mm，该处的相邻混合流道之间的距离即为相邻混合流道之间的突起侧壁的厚度。

优选地，各个所述混合流道中垂直于流体流动方向的横截面积为0.5-20mm²，优选为1-10mm²。

根据一种优选的具体实施方式，本发明的所述两相混合反应器的横截面结构示意图如图1所示，具体地，所述两相混合反应器包括反应器入口(未示出)、反应器出口(未示出)、反应器罐体3和反应模块4，所述反应模块4的外表面设置有至少两个(例如图1中设置有11个)凹槽结构，所述凹槽结构的突起侧壁9与所述反应器罐体3的内壁连接，所述凹槽结构与所述反应器罐体3的内壁形成混合流道6，所述反应模块4的内部设置有空腔单元5以及使得流体进入所述空腔单元5的分散相引入管7，所述空腔单元5通过设置在所述反应模块4的凹槽结构的底部的分布孔8与所述混合流道6连通，所述空腔单元5的入口的设置使得流体在所述空腔单元5中的流动方向与在所述混合流道6中的流动方向相反；所述混合流道6的入口和所述混合流道6的出口分别与所述反应器入口和所述反应器出口保持连通。在本发明的该优选实施方式中，所述反应器罐体及反应模块均设置为圆柱体形，然而，本发明的所述两相混合反应器也可以设置为三棱柱、四棱柱等形状，本领域技术人员不应将上述优选的圆柱体状理解为对本发明的限制。

根据另一种优选的具体实施方式，本发明的所述两相混合反应器的纵剖面结构示意图如图2所示，具体地，所述两相混合反应器包括反应器入口1、反应器出口2、反应器罐体3和反应模块4，所述反应模块的外表面设置有至少两个凹槽结构，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁连接，所述凹槽结构与所述反应器罐体的内壁形成混合流道6，所述反应模块的内部设置有空腔单元5，所述空腔单元5通过设置在所述反应模块4的凹槽结构的底部的分布孔8与所述混合流道6连通，所述空腔单元5的入口的设置使得流体在所述空腔单元5中的流动方向与在所述混合流道6中的流动方向相反；所述混合流道6的入口和所述混合流道6的出口分别与所述反应器入口1和所述反应器出口2保持连通；第一流体通过所述反应器入口1进入所述两相混合反应器中，依次经过分布室10和混合流道6的入口进入所述混合流道6中，并且在该混合流道6中与依次经过所述分散相入口管7、空腔单元5和所述分布孔8的第二流体进行混合，所得混合物经所述混合流道6的出口进入收集室11中，以及经反应器出口2引出至所述两相混合反应器之外。

第二方面，本发明提供前述两相混合反应器在液/液两相或气/液两相混合及反应中的应用。包括水相与油相的混合反应过程，水相与油相的混合萃取过程，气相与液相的混合反应过程等等，具体地，例如可以用于溶剂脱沥青过程或者水溶液吸收H₂S等可溶性气体的过程。

优选情况下，本发明提供的两相混合反应器用于轻烃深度脱硫过程。所述的轻烃为含有酸性含硫物质的C4-C5的石油烃馏分，其中所述的酸性含硫物质为硫醇，以硫元素计所述的轻烃中的硫含量为50-2000ppm。

第三方面，本发明提供一种轻烃深度脱硫的方法，该方法在包括碱洗单元、沉降单元、氧化再生单元和反抽提单元的***中实施，轻烃通过碱洗单元和沉降单元去除所含酸性含硫物质，并且碱液通过氧化再生单元和反抽提单元实现再生。

在本发明中，所述碱洗单元包括本发明前述的两相混合反应器。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，在碱液和轻烃(所述轻烃在处理之前是含硫的，因此下文也称为含硫轻烃，在经过脱硫后得到的轻烃即为脱硫轻烃)形成的液/液两相流中，一相作为连续相，另一相作为分散相。

本发明的轻烃深度脱硫的方法中的碱洗单元的步骤包括：将碱液从空腔单元的入口引入空腔单元中，所述碱液通过所述分布孔进入混合流道中与所述混合流道中的轻烃混合反应，其中，所述碱液在空腔单元中的流动方向与所述轻烃在混合流道中的流动方向相反。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，所述碱液中可以含有NaOH，优选NaOH的浓度为10-20重量％。在所述碱洗单元中，含硫轻烃中的酸性含硫物质与NaOH反应生成含硫钠盐，并且含硫钠盐溶解于碱液中。经过脱硫反应的轻烃和碱液形成的混合物进入碱洗单元的沉降设备内进行初步分离后，然后将初分后的轻烃引入沉降单元，将其中夹带的碱液进行充分分离后，得到脱硫轻烃，所述脱硫轻烃可以进入后续的水洗精制等过程进行继续处理。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，由碱洗单元排出的含硫碱液和沉降单元排出的含硫碱液混合后进入氧化再生单元中，与含氧气体(通常可以为空气、富氧气体或者氧气)进行接触。氧化再生单元的反应器通常可以为鼓泡床反应器和/或填料鼓泡床反应器。在氧化再生单元的反应器内，含硫碱液中的含硫钠盐与含氧气体在催化剂(含有磺化酞菁钴的ARI 100EXL催化剂或其它具有催化作用的物质)的作用下反应，将含硫碱液中的含硫钠盐转化为不溶于水的二硫化物，得到脱硫后的碱液。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，二硫化物不溶于碱液，因此通过氧化再生单元中的沉降设备来分离二硫化物和脱硫后的碱液。由于碱液与二硫化物的密度非常接近，由氧化再生单元排出的脱硫后的碱液中仍然含有大量二硫化物，需要进入反抽提单元继续进行脱硫后的碱液与二硫化物的分离。优选情况下，所述反抽提单元中采用本发明所述的两相混合反应器。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，对于碱洗单元的两相混合反应器，优选含硫轻烃作为连续相，碱液作为分散相；而对于反抽提单元的两相混合反应器，优选碱液为连续相，轻质汽油为分散相。本发明的反抽提单元中，作为分散相的轻质汽油可以是本领域内常规使用的各种汽油。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，在所述反抽提单元中，将脱硫后的碱液与二硫化物易溶于其中的轻质油品如汽油等在所述两相混合反应器内接触，实现脱硫后的碱液与其中夹带的二硫化物的分离，得到再生碱液。经反抽提单元的沉降设备，再生碱液与含二硫化物的轻质油品分离，将所述再生碱液循环回所述碱洗单元进行轻烃脱硫。在所述反抽提单元中使用本发明所述的两相混合反应器的操作方法与碱洗单元的操作方法相似，本发明在此不再赘述。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，优选所述碱洗单元的反应条件包括：反应温度为25-80℃，反应压力为0.2-2MPa。

根据本发明所述的轻烃深度脱硫的方法，优选分散相在分散相引入管的入口处的表观流速为0.2-5m/s，更优选为0.3-3m/s。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，优选所述反抽提单元的反应条件包括：反应温度为25-80℃，反应压力为0.2-2MPa。

根据本发明所述的轻烃深度脱硫的方法，优选连续相在混合流道入口处的表观流速为0.5-20m/s，更优选为4-10m/s。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，两相混合反应器内高速流动的液/液两相剧烈混合，分散相形成的液滴与连续相混合剧烈，传质阻力低，能够使得两相之间的传质过程充分进行，脱硫效率能够达到90％以上，也就是说，在碱洗单元可以使得轻烃中所含酸性含硫物质(例如硫醇)与碱液充分反应，实现轻烃的深度脱硫，酸性含硫物质脱除率大于90重量％，轻烃中酸性含硫物质的质量浓度可降至10ppm以下；而在反抽提单元可以实现碱液与轻质油品的充分混合，将脱硫后的碱液中所夹带的二硫化物萃取至油相(轻质油品)中，二硫化物的萃取率大于90重量％。

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，优选两相混合反应器内的压降为10-800kPa；更加优选为100-600kPa。分散相经分布孔后形成液滴与连续相混合接触。由于分布孔的直径较小，因此液滴的尺寸也较小，可以获得较大的相间传质面积。

本发明提供的两相混合反应器，由于分散相和连续相的运动速度很高，可以对两相混合反应器的流道进行充分的冲刷，避免了长周期运转过程中流道堵塞的问题。考虑到液/液体系的界面张力较高这一特点，本发明的方法通过两相的剧烈混合实现轻烃深度脱硫的目的，在液/液两相接触过程中并不使用任何具有降低体系张力的物质(如表面活性剂、醇类等等)来促进两相混合接触，因此避免了体系的乳化现象，两相混合接触后分相效果好，没有额外的废料产生。

由反抽提单元排出的再生碱液中的硫含量较低，几乎不能再经过其它萃取步骤进一步降低硫含量，因此返回碱洗单元的再生碱液中所含的硫在碱洗过程中基本不会被轻烃萃取而对轻烃中的脱硫率造成影响。

根据轻烃中的酸性含硫物质的浓度和轻烃的处理量，可以将本发明提供的两相混合反应器进行单台或者多台联合使用。

根据本发明的优选的具体实施方式，本发明提供的两相混合反应器采用多台串联形式使用，并且各台两相混合反应器中的反应条件可以相同或不同，各自独立地包括：反应温度为25-80℃，反应压力为0.2-2MPa。

根据本发明的一种优选的具体实施方式，本发明所述的轻烃深度脱硫的方法采用图3所示的流程图中的工艺进行，具体地：

在本发明所述的轻烃深度脱硫的方法中，将新鲜碱液16和/或再生碱液18和含硫轻烃17引入碱洗单元12中，在所述碱洗单元12内，含硫轻烃中的酸性含硫物质与碱液中的NaOH反应生成含硫钠盐，并且含硫钠盐溶解于碱液中。经过碱洗单元的轻烃与碱液经初分后进入沉降单元13中，经过初分后的轻烃在所述沉降单元中进行充分分离后得到脱硫轻烃23，脱硫轻烃23进入后续的水洗精制等过程进行继续处理。由沉降单元排出的碱液与来自碱洗单元的碱液一起形成含硫碱液19进入氧化再生单元14中，与含氧气体20进行接触。在氧化再生单元的反应器内，含硫碱液中的含硫钠盐与含氧气体20反应，将含硫碱液中的含硫钠盐转化为二硫化物，得到脱硫后的碱液。由氧化再生单元排出的脱硫后的碱液进入反抽提单元15继续进行脱硫后的碱液与二硫化物的分离。在所述反抽提单元15中，脱硫后的碱液与轻质油品21接触，实现脱硫后的碱液与其中夹带的二硫化物的分离，得到再生碱液18和含硫轻质油品22。将所述再生碱液18循环回所述碱洗单元12中进行轻烃脱硫。

本发明提供的两相混合反应器及其应用还具有如下具体的优点：

在轻烃脱硫工艺中耦合了两相混合反应器，两相混合反应器的特殊结构设计既可以强化上述反应过程，又可以强化分离过程。两相混合反应器采用特殊的混合流道设计，液/液两相在两相混合反应器内高速混合，强化了传质过程，实现了轻烃深度脱硫，可将轻烃中的酸性含硫物质浓度降至10ppm甚至更低水平，脱硫率可达90重量％以上。两相混合反应器内两相表观流速高，不易发生流道堵塞的问题。利用体系界面张力高的特点，不必使用表面活性物质，两相混合反应器内避免了乳化问题，两相混合接触后，便于分相和进行后续处理。两相混合反应器的处理量大，结构简单，尺寸小，耐压能力强，且便于密封、安装和维护。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下在没有特别说明的情况下，所使用的各种材料均来自商购。

实施例1

本实施例采用本发明所述的两相混合反应器进行轻烃脱硫，具体地如下：

含有硫醇的液化气和碱液在碱洗单元内接触，硫醇与碱液中的NaOH反应生成硫醇钠并溶于碱液中。由碱洗单元排出的液化气进入沉降单元与其夹带的部分碱液分离后完成脱硫醇的目的。由沉降单元排出的碱液进入氧化再生单元，在填料鼓泡床反应器内，碱液与空气接触反应，将硫醇钠转化为二硫化物。由氧化再生单元排出的脱硫后的碱液进入反抽提单元，与汽油接触，脱除所夹带的二硫化物，得到再生碱液。由反抽提单元排出的再生碱液循环回碱洗单元参与液化气脱硫过程。

所选液化气取自武汉石化，其体积百分组成如表1所示。

表1：液化气烃类体积百分组成

	正构烷烃/％	异构烷烃/％	烯烃/％
				C2	2.35	0	1.05
C3	44.66	0	15.96
				C4	15.73	5.89	12.87
C5	0	1.49	0

上述液化气中的酸性硫醇总量采用SH/T 0222-92提供的方法分析，酸性硫醇的组成采用GC-SCD色谱(PONA柱)测定。所测硫醇总量的质量组成为甲硫醇占70.3％，乙硫醇占24.4％，丙硫醇占5.3％。

碱洗单元与反抽提单元所采用的两相混合反应器如图1和图2所示。两相混合反应器中包括11个凹槽结构，对于碱洗单元，含有硫醇的液化气经由反应器入口进入两相混合反应器的分布室内，并且由混合流道的入口进入混合流道。浓度为15重量％的NaOH水溶液由空腔单元经分布孔形成液滴进入混合流道，且垂直于碱液流动方向的空腔单元的横截面积为280mm²，垂直于含硫轻烃流动方向的混合流道的横截面积为3mm²，混合流道的长度为1000mm。各个凹槽结构的底部的分布孔的数量为4个，分布孔深度为1.0mm，按照碱液在空腔单元中的流动方向，各个分布孔的孔径分别为0.9mm、1.0mm、1.1mm和1.2mm，相邻两个分布孔的中心距离均为23mm。在进入混合流道之前，液化气与碱液的流动方向为逆流，空腔单元的一端为封闭端。碱洗单元采用两台两相混合反应器串联使用的方式，按照物流方向，第一级两相混合反应器中的温度为50℃，压力为1.2MPa；第二级两相混合反应器中的温度为50℃，压力为0.8MPa。

液化气在混合流道的入口处的表观流速为6m/s，碱液在分散相引入管的入口处的表观流速为0.8m/s，液化气中硫醇硫的含量为1000ppm。液化气与碱液两相在混合流道中充分混合传质后进入收集室，并且从反应器出口引出反应器，进入后续的分离设备进行分离。

由第一级两相混合反应器流出的流体进行分离后，液化气进入第二级两相混合反应器(所述第二级两相混合反应器与所述第一级两相混合反应器的尺寸相同)继续进行脱硫，由第二级两相混合反应器排出的流体经过初分和沉降单元的分离后得到的脱硫后的液化气流出反应体系。所得的脱硫后的液化气中，硫醇硫的含量为3ppm，脱硫率为99.7重量％。

反抽提单元中也采用两台两相混合反应器串联使用，且两相混合反应器的结构与碱洗单元的两相混合反应器的结构和尺寸均相同。第一级两相混合反应器的温度为50℃，压力为1.0MPa，第二级两相混合反应器的温度为50℃，压力为0.6MPa。碱液在混合流道入口处的表观流速为6m/s，汽油在分散相引入管的入口处的表观流速为0.6m/s。脱硫后的碱液中夹带有二硫化物，硫含量为325ppm。经过反抽提单元后获得的再生碱液中的硫含量为12ppm。

由于反应体系中没有添加任何可以降界面张力的表面活性物质，利用体系本身高界面张力的特点，液化气与碱液在沉降设备内可迅速分相澄清，且无乳化层出现。

实施例2

本实施例采用本发明所述的两相混合反应器进行轻烃脱硫，具体地如下：

本实施例中的轻烃脱硫的方法与实施例1中相似，两相混合反应器中也包括11个凹槽结构，所不同的是：

本实施例中的轻烃为轻汽油，且碱洗单元和反抽提单元中均仅有一个两相混合反应器。

所选轻汽油取自九江石化，其烃类体积百分组成如表2所示。

表2：轻汽油烃类体积百分组成

	正构烷烃/％	异构烷烃/％	烯烃/％	双烯/％
					C4	2.141	0.978	5.237	0
C5	13.368	41.388	29.821	0.039
					C6	0	5.889	1.140	0

轻汽油中的酸性硫醇总量采用GB/T 1792-1988提供的方法测定，酸性硫醇的组成采用GC-SCD色谱(PONA柱)测定。所测硫醇总量的质量组成为甲硫醇占8.89％，乙硫醇占66.7％，丙硫醇占24.4％。

在碱洗单元中：各个凹槽结构的底部中设置有3个分布孔，分布孔深度为1.1mm，且按照碱液在空腔单元中的流动方向，各个分布孔的孔径分别为1.05mm、0.8mm和0.6mm，相邻两个分布孔的中心距离均为25mm。垂直于碱液流动方向的空腔单元的横截面积为280mm²，垂直于含硫轻烃流动方向的混合流道的横截面积为3mm²，混合流道的长度为500mm。两相混合反应器中的温度为45℃，压力为1.2MPa。轻汽油在混合流道入口处的表观流速为8m/s，碱液在分散相引入管的入口处的表观流速为0.48m/s，轻汽油中硫醇硫的含量为78ppm。

经过碱洗单元的轻汽油中，硫醇硫的含量为3.5ppm，脱硫率为95.5重量％。

在反抽提单元中：两相混合反应器的结构与本实施例中的碱洗单元的两相混合反应器结构和尺寸均相同。两相混合反应器的温度为52℃，压力为1.0MPa。碱液在混合流道的入口处的表观流速为7m/s，汽油在分散相引入管的入口处的表观流速为2m/s。脱硫后的碱液中夹带有二硫化物，硫含量为48ppm。经过反抽提单元后获得的再生碱液中的硫含量为3ppm。

其余均与实施例1中相同。

实施例3

本实施例采用本发明所述的两相混合反应器进行轻烃脱硫，具体地如下：

本实施例中的轻烃脱硫的方法与实施例2中相似，所不同的是：

在碱洗单元中：按照碱液在空腔单元中的流动方向，各个分布孔的孔径分别为1mm、0.7mm和0.4mm，分布孔深度为1mm，相邻两个分布孔的中心距离均为27mm。垂直于碱液流动方向的空腔单元的横截面积为280mm²，垂直于含硫轻烃流动方向的混合流道的横截面积为6mm²，混合流道的长度为1000mm。两相混合反应器中的温度为50℃，压力为1.2MPa。轻汽油在混合流道入口处的表观流速为8m/s，碱液在分散相引入管的入口处的表观流速为1.25m/s。本实施例使用与实施例2相同的轻汽油作为含硫轻烃，并且向其中加入乙硫醇使得本实施例的轻汽油中硫醇硫的含量为1000ppm。

经过碱洗单元的轻汽油中，硫醇硫的含量为14ppm，脱硫率为98.6重量％。

在反抽提单元中：反抽提单元中的两相混合反应器的结构与本实施例中的碱洗单元的两相混合反应器结构和尺寸均相同。两相混合反应器的温度为52℃，压力为1.1MPa。碱液在混合流道的入口处的表观流速为6m/s，汽油在分散相引入管的入口处的表观流速为3m/s。脱硫后的碱液中夹带有二硫化物，硫含量为560ppm。经过反抽提单元后获得的再生碱液中的硫含量为45ppm。

其余均与实施例2中相同。

对比例1

本对比例采用与实施例2相似的方法进行，所不同的是，本对比例的两相混合反应器为填料萃取塔，塔径为250mm，塔高为2m，填料层高度为1.5m，填料为散堆拉西环，拉西环直径为16mm。填料塔的处理能力与实施例1中使用的所述的两相混合反应器的能力相同。

其余均与实施例2中相同。

结果：碱洗单元的萃取塔的脱和反抽提单元的萃取塔的分离性能数据与实施2相似，但是本发明提供的两相混合反应器在单位横截面积上的连续相负荷相当于萃取塔的1500倍以上，相比之下充分体现了本发明提供的两相混合反应器体积小、处理能力大、传质效率高的特点。

对比例2

本对比例采用与实施例2相似的方法进行，所不同的是，本对比例的两相混合反应器为串联的两个相同的T型微混和器(即碱液所在的流道与混合流道直接垂直相交而没有逆流方式的结构)，每个混合器的混合流道横截面积为4mm²，分散相流道直径为2mm。每个T型微混和器的处理能力与实施例2中使用本发明所述的两相混合反应器的一个混合流道的处理能力相同。

其余均与实施例2中相同。

结果：轻汽油的脱硫率为72重量％，相比之下充分体现了本发明提供的两相混合反应器传质效率高的特点。

从本发明的实施例1-3和对比例1-2的结果可以看出，采用本发明的两相混合反应器进行轻烃脱硫时，取得的脱硫效果明显比现有技术的脱硫效果好。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (17)

1.一种两相混合反应器，其特征在于，该两相混合反应器包括反应器入口、反应器出口、反应器罐体(3)和反应模块(4)，所述反应模块的外表面设置有至少两个凹槽结构，所述凹槽结构的突起侧壁(9)与所述反应器罐体的内壁连接，所述凹槽结构与所述反应器罐体的内壁之间形成混合流道(6)，所述反应模块的内部设置有空腔单元(5)，所述空腔单元通过设置在所述反应模块的凹槽结构的底部的分布孔(8)与所述混合流道连通，其中，所述空腔单元的入口的设置使得流体在所述空腔单元中的流动方向与在所述混合流道中的流动方向相反；所述混合流道的入口和所述混合流道的出口分别与所述反应器入口和所述反应器出口保持连通。

2.根据权利要求1所述的两相混合反应器，其特征在于，所述两相混合反应器进一步包括收集室和分布室，所述反应器入口经所述分布室连通所述混合流道的入口，所述混合流道的出口经所述收集室连通所述反应器出口。

3.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，所述反应器罐体的内壁围成的空间为圆柱体状、椭圆柱体状、正方体状和长方体状中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的两相混合反应器，其特征在于，所述反应器罐体的内壁围成的空间为圆柱体状。

5.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，各个所述凹槽结构的底部的分布孔的个数相同或不同，且各个所述凹槽结构的底部的分布孔的个数各自独立地为1-100个。

6.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，各个所述分布孔的孔径为0.1-2mm。

7.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，按照所述空腔单元中的流体的流动方向，所述分布孔的孔径依次增大。

8.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，按照所述空腔单元中的流体的流动方向，上游的分布孔的孔径比下游相邻的分布孔的孔径小0.01-1mm。

9.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，在各个所述凹槽结构的底部，相邻两个分布孔的中心点的距离为0.5-40mm。

10.根据权利要求9所述的两相混合反应器，其特征在于，在各个所述凹槽结构的底部，相邻两个分布孔的中心点的距离为1-30mm。

11.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，所述分布孔的深度为0.1-3mm。

12.根据权利要求11所述的两相混合反应器，其特征在于，所述分布孔的深度为0.3-2.5mm。

13.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，所述混合流道中设置有纤维丝。

14.根据权利要求13所述的两相混合反应器，其特征在于，所述纤维丝为直线状或螺旋状。

15.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，所述空腔单元的一端开口为流体入口，另一端为封闭端。

16.根据权利要求1或2所述的两相混合反应器，其特征在于，所述凹槽结构的突起侧壁与所述反应器罐体的内壁之间的连接方式选自焊接连接、螺纹连接、胀接、咬缝连接、胶接和拉钉连接中的至少一种。

17.权利要求1-16中任意一项所述的两相混合反应器在液/液两相或气/液两相混合及反应中的应用。