超临界二氧化碳催化裂化油浆混合装置

技术领域

本发明属于混合器技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳催化裂化油浆混合装置。

背景技术

催化裂化油浆包含大量的芳烃、烷烃，用来生产针状焦、炭黑、碳纤维、橡胶填充剂、塑料增塑剂及导热油等高附加值的产品可大大提升油浆的附加值，但油浆中同时存在大量的催化剂固体颗粒，严重限制了油浆的高附加值利用。比如，用来生产炭黑或橡胶填充剂的油浆，要求固含率不超过500ppm；生产针状焦的油浆，要求固含率不超过100ppm，生产碳纤维的要求更为苛刻，要求固含率小于20ppm。而催化油浆中固体催化剂粉末含量一般在2000～9000ppm，因此，油浆中固体颗粒的脱除是高附加值利用油浆的先决条件。

由于油浆粘度大、流动性差、分散困难、常温易凝固等问题严重限制了油浆难以实现固相连续分离。超临界二氧化碳粘度很低，接近气体的粘度且具有很大的扩散系数，将超临界二氧化碳和油浆混合后，油浆的粘度将大大降低，使油浆的液固分离变得容易。油浆和超临界二氧化碳混合时需要用到混合器，中国专利CN 211514352 U公开了一种高粘度介质动态混合器，将上腔内的介质呈螺旋状挤出至内筒内与其他介质混合，可将介质充分混合均匀，能解决搅拌装置的死角问题，但由于二氧化碳在压力高于7.38MPa后才能达到超临界状态，动态混合器在高压下的动密封磨损严重，较难实现长周期连续运行。中国专利CN211216214U公开了一种用于高粘度液相物料的静态混料器，通过在混料器内增设的混料节和导流节，有效增加液相物料的混合次数，但由于油浆流动性差，混合时流动较为困难、压降较大。

发明内容

为了解决现有混合器在混合油浆和超临界二氧化碳时存在的流动困难、压降较大、难以长周期连续运行等问题，本发明提供一种超临界二氧化碳催化裂化油浆混合装置。

本发明提供的超临界二氧化碳催化裂化油浆混合装置包括立式罐体和沿立式罐体从上至下设置的超临界二氧化碳入口、油浆入口、导流筒、螺旋导叶、超临界二氧化碳出口和混合物出口；立式罐体整体呈圆柱形筒体；导流筒设于立式罐体内部，整体呈圆形空心筒状，由上下两部分组成，上部为上端小、下端大的正锥筒，下部为圆柱形筒或为上端大、下端小的倒锥筒，正锥筒的下端同时也是下部腔体的上端；油浆入口设于立式罐体顶封头上，与立式罐体和导流筒同轴设置，超临界二氧化碳入口设于立式罐体中上部；导流筒外壁与立式罐体内壁之间形成环形空间，环形空间内设有环绕导流筒的螺旋导叶；超临界二氧化碳出口设于立式罐体下部、混合物出口上方，混合物出口设于立式罐体底部。

超临界二氧化碳经设于立式罐体中上部的超临界二氧化碳入口直接进入立式罐体，与经油浆入口进入立式罐体的油浆在环形空间内沿螺旋导叶旋转而下进行混合，混合物经立式罐体底部的混合物出口排出，未溶解的超临界二氧化碳经超临界二氧化碳出口排出。

作为改进之一，所述螺旋导叶外侧、立式罐体内壁之间设有分散腔，分散腔为一环形腔体，其上下两侧封闭，其外侧壁为立式罐体筒壁，超临界二氧化碳入口设于分散腔外侧壁上并与分散腔连通，分散腔内侧壁上设有分散孔，超临界二氧化碳经分散孔进入环形空间。

作为进改进之二，所述超临界二氧化碳入口伸入导流筒内与导流筒连通，导流筒下部筒壁上沿周向设有喷射孔，超临界二氧化碳通过喷射孔进入环形空间。

作为改进之三，将上述两种改进结合起来，此时所述超临界二氧化碳入口为两个。一个与分散腔连通，超临界二氧化碳经分散孔进入环形空间；另一个与导流筒连通，超临界二氧化碳通过喷射孔进入环形空间。

所述导流筒下部腔体为圆柱形筒时，圆柱形筒直径宜为立式罐体直径的0.5～0.9倍；若导流筒下部为倒锥筒时，倒锥筒的大端直径宜为立式罐体直径的0.5～0.9倍，倒锥筒的小端直径宜为其大端直径的0.2～0.8倍。油浆入口、导流筒、立式罐体三者同轴设置，从油浆入口进入的油浆通过正锥筒的作用分散到立式罐体与导流筒之间的环形空间内；作为一种优选方案，导流筒下部宜为倒锥筒，下部倒锥筒主要目的是要为油浆吸收超临界二氧化碳后体积膨胀留出逐渐增大的体积。

作为一种改进方案，所述正锥筒顶部可以设置一接收盘，接收盘正对油浆入口，从油浆入口进入的油浆先进入接收盘中，接收盘盛满油浆后油浆外溢至导流筒上，这样可以使油浆更均匀的进入导流筒和立式罐体内壁之间的环形空间。接收盘可以通过支撑件固定于正锥筒顶部上方，也可以将正锥筒顶部直接加工成平台状的接收盘。

所述分散腔轴向高度宜为导流筒下部筒体高度的0.5～0.9倍，分散腔腔体径向宽度宜为立式罐体直径的0.05～0.3倍。

所述分散孔和/或喷射孔可为圆孔或条缝或方孔，供从超临界二氧化碳入口进入分散腔和/或导流筒内的超临界二氧化碳进入导流筒与立式罐体内壁之间的环形空间。从便于制造的角度，开孔宜为圆孔，圆孔直径为5～50mm；条缝宽度为3～40mm，长度为5～50mm。

所述螺旋导叶呈螺旋状，螺旋导叶的螺距宜为0.05～0.2倍立式罐体直径，螺旋导叶使立式罐体内壁与导流筒之间的环形空间形成螺旋状通道。油浆从油浆入口进入立式罐体后，在重力的作用下，在导流筒上部正锥筒的分散作用下，均匀的进入螺旋状通道。同时，超临界二氧化碳从超临界二氧化碳入口进入分散腔和/或导流筒，通过分散腔上的分散孔和/或导流筒下部筒壁上的喷射孔，分散的进入螺旋状通道。在螺旋导叶上，油浆不断绕导流筒从上至下做旋流运动，与分散的超临界二氧化碳不断接触，螺旋运动中油浆和超临界二氧化碳不断碰撞，不断转向，油浆在立式罐体内的混合时间和混合强度大大增强，混合效果得到保障、混合物的粘度有效降低。

作为进一步的改进，考虑到油浆和超临界二氧化碳的混合需要一定时间，而超临界二氧化碳集中进入会造成局部过量使得大多数二氧化碳无法溶入油浆中，使实际的混合效果变差，为进一步提升混合效果，可通过超临界二氧化碳分散腔内侧壁上的分散孔和/或导流筒下部筒壁上的喷射孔的开设位置和数量来控制超临界二氧化碳释放量。具体方案为：分散腔内侧壁上的分散孔和/或导流筒下部筒壁上的喷射孔沿着螺旋导叶的螺旋方向呈螺旋状分布，且位于螺旋导叶上方，一般在螺旋导叶上方10～100mm位置处；分散孔和/或喷射孔的开孔方向朝向顺着螺旋导叶的螺旋方向，使得超临界二氧化碳进入时顺着油浆流动的方向，超临界二氧化碳进入后将促进油浆的流动。

作为进一步的改进，为进一步提升立式罐体内的空间利用率，提高混合强度，螺旋导叶的螺距由上至下宜呈逐渐减小的趋势。这样的设置是考虑到前半段油浆溶解的二氧化碳少，流动性差，较大的螺距可以增大油浆的流动性；后半段在逐渐溶解超临界二氧化碳后，油浆流动性变好，可以将螺距缩小，这样可以更好的利用立式罐体的内部空间，增大油浆和超临界二氧化碳的接触时间，达到更好的混合效果。

作为进一步的改进，在导流筒下方、超临界二氧化碳出口前设置强化混合元件，设置强化混合元件的目的是进一步促进油浆和超临界二氧化碳的混合，强化混合元件可以是多层丝网，也可以是多层的交错排布的格栅，也可以是带支撑的扩大比表面积的填料，目的是通过大的比表面积使油浆分散和超临界二氧化碳进行混合，强化混合效果。

所述超临界二氧化碳出口设于立式罐体下部、混合物出口上方，供未完全溶解于油浆的超临界二氧化碳溢出，溢出后可以直接排空，也可以增压后、通过管路循环返回超临界二氧化碳入口继续溶解到油浆中。

所述混合物出口位于立式罐体底部，可以位于侧壁最底端，或位于底封头上，将完成混合、粘度降低的油浆进一步利用。

作进改进，立式罐体底部可以设置为锥形，液相混合物在重力的作用下储存于锥斗内，便于混合物从混合物出口离开。

本发明具有以下有益效果：

1)将油浆和超临界二氧化碳分散的进行接触混合，在环形空间内螺旋导叶的导流作用下，充分利用油浆的重力和超临界二氧化碳的冲力来增加油浆的流动性、提升混合效果，克服了油浆粘度大、流动性差的缺点，达到混合降粘的效果；

2)利用螺旋导叶增加了油浆和超临界二氧化碳的接触时间和接触强度；当导流筒下部采用到锥筒时，径向宽度由上而下逐渐增大的环形空间可以为油浆和超临界二氧化碳的混合物实现膨胀提供空间，整个流动顺畅、流动压降小；

3)立式罐体内无搅拌元件等运动部件，降低了系统的能耗，可以适用于高压混合条件，实现了混合装置的长周期运行。

附图说明

图1是本发明混合装置的一种结构示意图；

图2是本发明混合装置的另一种结构示意图；

图3是分散孔和/或喷射孔的布置图。

图中：1-超临界二氧化碳入口，2-油浆入口，3-立式罐体，4-导流筒，5-螺旋导叶，6-强化混合元件，7-混合物出口，8-超临界二氧化碳出口，9-超临界二氧化碳入口，10-分散腔，11-超临界二氧化碳入口，12-接收盘，13-分散孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1给出了本发明混合装置的一种结构示意图。如图1所示，本发明的超临界二氧化碳催化裂化油浆混合装置包括立式罐体3和沿立式罐体3从上至下设置的超临界二氧化碳入口1、油浆入口2、导流筒4、螺旋导叶5、强化混合元件6、超临界二氧化碳出口8和混合物出口7。

立式罐体3整体呈圆柱形筒体，导流筒4设于立式罐体3内部，导流筒4由上下两部分组成，上部为上端小、下端大的正锥筒，下部为上端大、下端小的倒锥筒，正锥筒的下端同时也是倒锥筒的上端；油浆入口2设于立式罐体3顶封头上，与立式罐体3和导流筒4同轴设置；导流筒4外壁与立式罐体3内壁之间形成环形空间，环形空间径向宽度由上而下逐渐增大，环形空间内设有环绕导流筒4的螺旋导叶5，螺旋导叶5的螺距自上而下逐渐减小；超临界二氧化碳入口1设于立式罐体3上部，直接与立式罐体3连通；强化混合元件6设于混合筒4下方，超临界二氧化碳出口8设于强化混合元件6下方、混合物出口7上方，混合物出口7设于立式罐体3底部，立式罐体3底部为锥形。

螺旋导叶5呈螺旋状，螺旋导叶5的螺距为0.05～0.2倍立式罐体3的直径，螺旋导叶使立式罐体3内壁与导流筒4之间的环形空间形成螺旋状通道。

导流筒4下部倒锥筒的大端直径为立式罐体3直径的0.5～0.9倍，下部倒锥筒的小端直径为大端直径的0.2～0.8倍。

图1所示的混合装置的工作过程为：超临界二氧化碳经设于立式罐体上部的超临界二氧化碳入口1直接进入立式罐体3，与经油浆入口2进入立式罐体3的油浆在环形空间内沿螺旋导叶5旋转而下进行混合，混合物经强化混合元件6的进一步混合后由立式罐体底部的混合物出口7排出，未溶解的超临界二氧化碳经超临界二氧化碳出口8排出。

图2是本发明混合装置的另一种结构示意图。如图所示，该装置设置了两个超临界二氧化碳入口，分别为超临界二氧化碳入口9和超临界二氧化碳入口11，导流筒4下部为圆柱形筒，导流筒4正锥筒顶部直接加工成了平台状的接收盘12。

螺旋导叶5外侧、立式罐体3内壁之间设有分散腔10，超临界二氧化碳入口9设于分散腔10外侧壁上并与分散腔10连通，分散腔10内侧壁上设有分散孔13(见图3)，超临界二氧化碳经分散孔13进入环形空间；同时，超临界二氧化碳入口11伸入导流筒4内与导流筒连通，导流筒4下部筒壁上沿周向设有喷射孔(图中为示出，可参考图3)，超临界二氧化碳通过喷射孔进入环形空间。

分散腔10轴向高度为导流筒4下部筒体高度的0.5～0.9倍，分散腔10腔体径向宽度为立式罐体3直径的0.05～0.3倍；

如图3所示，分散孔13为圆孔，分散孔13沿着螺旋导叶的螺旋方向呈螺旋状分布，开孔朝向顺着螺旋导叶的螺旋方向。导流筒下部筒壁上喷射孔的开孔可参考图3。

图2所示的混合装置的工作过程为：其工作过程和图1所示装置基本相同，所不同之处在于：超临界二氧化碳分两路进入混合装置。一路经超临界二氧化碳入口9进入分散腔10，在经分散孔13进入环形空间与油浆混合；另一路经超临界二氧化碳入口11进入混合筒4，再经喷射孔(图中未示出)进入环形空间与油浆混合。