CN100360220C

CN100360220C - 一种冷氢箱

Info

Publication number: CN100360220C
Application number: CNB2005100686549A
Authority: CN
Inventors: 彭德强; 方向晨; 杨福利; 朴勇; 刘杰; 辛若凯; 赵威
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: CN1765485A

Abstract

本发明公开了一种冷氢箱。包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫环及筛板分配器；冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，布氢箱下面设置筛板分配器，液封迷宫环连接在冷却盘上并与布氢箱侧壁形成液封排液结构。与现有技术相比，本发明冷氢箱将冷、热介质直接混合，并均匀分布，从而提高换热效率，具有结构简单、体积小、安装方便、气液相分布均匀等特点，通过提高换热效率，缩短了混合、换热时间，达到减小该部件所占空间的目的。本发明冷氢箱可以用于各种以冷气体冷却热液体的过程，特别适用于加氢反应器中以氢气冷却反应物料。

Description

一种冷氢箱

技术领域

本发明涉及一种冷氢箱，属于气液混合、换热设备领域，适用于温度不同的气液两相间的换热，尤其是一种用于加氢反应器内热的液相和气相与冷氢进行混合、换热的设备。

背景技术

加氢反应属放热反应，特别加氢裂化反应过程放热更多。因此，对于多床层加氢反应器来说，油和氢气在上一床层反应后温度升高，为了下一床层继续加氢反应的需要，就必须采用中间加入冷氢的方式来控制温度，即用冷氢降低反应物料温度。由于加氢反应多为高温、高压工况，靠增加冷氢输入量或增加空间，都会大大增加设备投资和运作成本。因此，冷氢与热的反应物料必须进行充分的混合，获得较好的换热效率，以便减少内件空间，提高反应器使用效率，使下一床层可得到更均匀的温度和物料分布。随着加氢技术的进步，反应器越来越庞大，在催化剂床层径向截面上换热不均匀会导致物料温度分布不均匀，径向截面上的温度分布出现差异，即出现局部过热，甚至会导致催化剂结焦，不但损害催化剂的性能，反应器还出现偏流现象，从而大大降低催化剂的使用周期，同时还引起反应器的操作波动。因此，冷氢和高温反应物料高效均匀换热，使下一床层得到更均匀的床层径向截面上的温度和物料分布是充分发挥催化剂性能以及装置平稳运行的前提。

加氢反应器中冷氢箱的主要结构型式有：蜂窝管式、歧管式、带齿盒式、绕流式、旋叶式、带折流式以及抽吸式，其中最常用的是抽吸式冷氢箱。上述结构型式都存在或多或少的缺点或不足，主要体现在混合效果不佳、换热效率低、压降大、再分布差等。专利CN2448440Y公开了一种旋流式冷氢箱，该冷氢箱由冷气管、档板、半圆形混合通道、切向导流管、混合箱构成。专利CN2294771Y公开了一种急冷混合器，该急冷混合器由冷气管、物流导向盘、环形节流板、物流分散盘、弧形混合槽、隔板、物流导向板构成。专利CN2167776Y披露了一种并流向下的气液混合急冷箱，该混合急冷箱由上塔盘、中间混合箱和下筛孔板构成。专利US3723072披露了一种急冷箱，该结构为高温物流通过一环形截面流入急冷箱，冷氢导入中心区域的四周开设若干小孔的圆形箱体内，急冷箱与中心区域的四圆形箱间有圆环形混合箱，高温物流与冷氢相向而入，在此完成混合、换热，底面设筛板，用于分布物流。专利US3880961披露了一种急冷箱，该结构为设置锥形受液盘及冷氢管，冷热相从受液盘的小孔进入混合箱，然后从混合箱的侧壁条缝进入筛板分配盘。专利US3787189披露了一种急冷箱，该结构为在一隔板(盘)上凸、下吊的带叶片的急冷箱，上下两层叶片弯曲方向相反。专利US3502445披露了一种急冷箱，该结构设置两个对称的梯形冲击箱，利用折流、喷溅实现冷热物流换热。

上述冷氢箱设置各种结构目的是：延长冷热物流流动路程，便于延长接触时间，或扰动物流，增加接触面积，从而实现冷热物流的换热。但这些冷氢箱主要采用冷物流与热物流并流动方式，因为冷物流是气相，热物流主要需被冷却的部分是液相，并流方式不易使气、液两相充分换热，特别是液相可能产生温度不均匀的现象，换热效率和均匀性需进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明将冷、热物流进行直接混合，并均匀分布，从而提高换热效率，缩短混合、换热时间，达到减小冷氢箱所占空间的目的。

本发明冷氢箱结构包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫环及筛板分配器；冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，布氢箱下面设置筛板分配器，液封迷宫环连接在冷却盘上并与布氢箱侧壁形成液封排液结构。

本发明冷氢箱具体部件结构如下：冷氢分布器为直管、环管或耙状结构，与冷氢进口管相通，其下表面或侧面均匀开设若干个小孔。鳞片式冷却盘设置在冷氢分布器上方，鳞片式冷却盘外沿开设完整的圆环形导流槽，或为若干段弧形导流槽，导流槽是流体流通的通道。在鳞片式冷却盘表面上设置若干个鳞片式折流板，其形状为U型、倒置V型、矩形、半圆形或其它几何形状，边缘均匀分布若干个小齿，开设的缝隙正对相近的导流槽，折流板下面有通气孔。冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱设置在鳞片式冷却盘的下面，由内、外筒体和底板构成，内、外筒体的上沿与鳞片式冷却盘存在环隙。液封迷宫环设置在鳞片式冷却盘的下面，液封迷宫环与鳞片式冷却盘间为密封结构连接，置于布氢箱内、外筒体之间，液封迷宫环底沿与布氢箱底板存在间隙。筛板分配器设置在布氢箱下面，该分配器呈倒置锥形板结构，在分配器上开设若干个孔，开孔周围最好呈凹坑和突台形状，凹坑和突台相间，筛板分配器上表面设置若干个高度相同、直径不同的筒体，其高度不低于相邻外圈的根部，不高于相邻外圈的顶部，若干个的筒体与筛板分配器的外沿构成同心圆。

本发明通过设置冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱及液封迷宫环，构造了冷氢输入和分布所需的空间和场所；鳞片式冷却盘上设置若干个鳞片式折流板，其缝隙构成冷氢分布通道，盘面为液相的聚集及流动场；设置液封迷宫环，该液封迷宫环底沿存在间隙，构成冷氢箱集液排泄通道；设筛板分配器，实现液相的初分布。通过上述可以看出，本发明冷氢箱结构简单、体积小、安装方便、气液相分布均匀。因为产生了多次的冷物流与热物流的直接混合错流式接触，大大提高了换热效率。本发明冷氢箱适用于温度不同的气液两相间的换热，尤其适用于加氢反应器内热的液相和气相与冷氢进行混合、换热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。如图1、图2所示，本发明的结构由冷氢分布器1、鳞片式冷却盘2、布氢箱5、液封迷宫环3及筛板分配器4组合而成。

冷氢分布器1设置在布氢箱5的内部，呈直管、环状或耙状结构，其下表面或侧面均匀开设若干个小孔。布氢箱5由内、外筒体和底板构成，吊置于鳞片式冷却盘2下面；内、外筒体的上沿与鳞片式冷却盘存在环隙，该环隙不大于筒体高度的1/5，优选不大于1/10，但最好大于1mm，内筒高度最好不高于外筒，一般内筒高度可以是外筒高度的1/10～9/10，以利于排液。布氢箱也可以只有一个外筒，在侧壁适当位置设置一个或几个液封排液结构。布氢箱底板边缘处或其它适宜位置开设若干放净孔，孔径一般为0.5～5mm，用于排净冷氢箱内可能存在的液体。设置鳞片式冷却盘2，其外沿开设的环隙流体通道为完整的圆环、或为若干段弧形流体通道(流体通道即为流体的导流槽)，该通道为若干段弧形时，开设弧长不小于鳞片式冷却盘周长的50％，优选值为95％；在适当的区域里设置若干个鳞片式折流板；鳞片式折流板呈U型、倒置V型、矩形、半圆形或其它几何形状，其边缘均匀分布若干个齿，齿形呈V型、半圆形或其它几何形状，鳞片式折流板与鳞片式冷却盘面的夹角为0.5～10°，优选为2°；开设的缝隙均正对相近的导流槽，即鳞片式折流板呈扇形排布。液封迷宫环3连接在鳞片式冷却盘2的下面、置于布氢箱5内、外筒体之间，并与鳞片式冷却盘间为密封连接；液封迷宫环的底沿与布氢箱的底板存在间隙，其结构为环形或其它任何几何形状；其结构为其它任何几何形状时，数量若干，呈规则或不规则排列，其高度不大于布氢箱高度的1/3。设置筛板分配器，呈倒置锥形板结构；在适当的范围内开设若干个孔，孔的直径为∮1mm～∮30mm，优选直径为∮12～∮20mm，开孔周围呈凹坑和突台形状，凹坑和突台相间，其直径为孔径的1～5倍，优选为∮30～∮60mm，其深度或高度为1～80mm，优选值为40～60mm；筛板分配器上表面设置若干个高度相同、直径不同的筒体，其高度不低于外圈的根部，其位置与筛板分配器的外沿构成同心圆。其它结构和具体参数可以根据使用需要按本领域一般知识设计确定。

工作时，液相自上一催化剂床层滴落至鳞片式冷却盘上，并形成较均匀分布、向鳞片式冷却盘外沿流动的液层，冷氢自反应器外通过冷氢分布器输入到布氢箱内，在气体压力的作用下充满布氢箱，冷氢通过鳞片式冷却盘与鳞片式折流板间的缝隙吹入到鳞片式冷却盘上流动的液层里，由于鳞片式折流板的边缘开设均匀分布若干个齿，冷氢通过齿间时形成一串串的气泡，如同曝气一般，气泡穿过液层，与液相混合，进行换热过程。鳞片式折流板的翘起，扬起流经此处的液相，利于冷氢完成碎流动作，便于气液充分混合。由于在整个反应器截面上分布了若干个鳞片式折流板，而且鳞片式折流板的布置与液相流动的方向一致，这种曝气式的气液混合会在流体流出鳞片式冷却盘之前会进行若干次，所以，气液两相有了充分混合的机会，换热效率高。气液两相混合后经鳞片式冷却盘外沿的环隙流落至筛板分配器，液相在冷却盘外沿形成液膜，冷氢流至筛板分配器时穿过该液膜，使液相碎流，完成再混合过程。冷氢和液相坠落筛板分配器，并逐级溢流至整个反应器截面，气相从突台的孔流出冷氢箱，液相从凹坑里的孔流出冷氢箱，此时，不但完成气液混合，还实现初分配功能。

经过鳞片式冷却盘的若干次曝气式混合、换热，鳞片式冷却盘外沿环隙处的碎流、混合，筛板分配器引起的混合、换热等多个过程，大大提高了换热效率。

Claims

1、一种冷氢箱，其特征在于包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫环及筛板分配器；冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，布氢箱下面设置筛板分配器，液封迷宫环连接在冷却盘上并与布氢箱侧壁形成液封排液结构；所述的布氢箱由内、外筒体和底板构成，内、外筒体的上沿与鳞片式冷却盘存在环隙，内筒高度不高于外筒；所述的液封迷宫环连接在鳞片式冷却盘的下面，与鳞片式冷却盘间为密封连接，置于布氢箱内外筒体之间，液封迷宫环底沿与布氢箱底板存在间隙；所述的筛板分配器呈倒置锥形板结构，在分配器上开设若干个孔，开孔周围呈凹坑和突台形状，凹坑和突台相间，筛板分配器上表面设置若干个高度相同、直径不同的筒体，筒体高度不低于相邻外圈的根部，不高于相邻外圈的顶部，若干个的筒体与筛板分配器的外沿构成同心圆。

2、按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的冷氢分布器为直管、环管或耙状结构，与冷氢进口管相通，冷氢分布器下表面或侧面均匀开设若干个小孔。

3、按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的鳞片式冷却盘外沿开设完整的圆环形导流槽，或为若干段弧形导流槽。

4、按照权利要求3所述的冷氢箱，其特征在于所述的鳞片式冷却盘表面上设置若干个鳞片式折流板，鳞片式折流板形状为U型、倒置V型、矩形、半圆形，鳞片式折流板边缘均匀分布若干个小齿，开设的缝隙正对相近的导流槽，折流板下面有通气孔。

5、按照权利要求4所述的冷氢箱，其特征在于所述的鳞片式折流板与鳞片式冷却盘面的夹角为0.5～10°。