CN102451648B - 气液分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液分配器，包括顶帽(1)、中心管(2)和连接板(3)，中心管(2)包括入口部(21)、出口部(22)和位于该入口部和出口部之间的降液部(23)，顶帽通过连接板固定在中心管的入口部的上方，顶帽的内壁与入口部的外壁之间形成有环隙(4)，其中，在中心管的降液部上形成有沿中心管的轴线方向分布的多个通孔(24)。在上述气液分配器中，气相与液相的流动方向基本垂直，从而能够达到更好的混合效果。而且，当分配盘上安装有多个不同安装高度的分配器时，或者当分配盘出现倾斜或液位波动时，沿中心管轴线方向分布在不同高度截面的多个通孔能够使得多个分配器之间流量分配得以平衡，从而提高了多个分配器的整体分配均匀性。

Description

气液分配器

技术领域

本发明涉及一种气液分配器，具体地，涉及一种用于在气液两相并流向下流动式容器中进行混合和分配的装置，以实现气液两相混合物流混合并促使气液两相间浓度及温度均一，同时将气液混合物流均布在大截面积流道上。

背景技术

在石油加工领域，固定床滴流加氢反应器大量应用在馏份油、石蜡、润滑油的加氢精制、蜡油的加氢裂化和大部分的渣油加氢处理上。在加氢反应器内，气液混合物流并流向下通过催化剂床层进行反应。如果催化剂床层入口处的物流分布分配不均，催化剂床层物流就会形成沟流或短路，床层截面上各点反应快慢不一致，导致床层出现局部过热，影响产品的质量，甚至会在床层上形成热点，缩短催化剂的使用寿命，迫使反应器过早停工。因此，加氢反应器内催化剂能否充分发挥作用、产品质量是否能够达到优质，很大程度上取决于反应器内催化剂床层入口处的物流分布效果。为了满足这一要求，通常在催化剂床层入口处设置气液分配器，将气液混合物流进行混合后同时均匀分配至催化剂床层顶部，使整个床层截面上的反应充分、均一地进行，以提高催化剂利用率。该气液分配器通常设置在加氢反应器内的分配盘上。并且，通常在分配盘上设置多个气液分配器，而且为了实现更好的混合和分配效果，多个气液分配器的安装高度可以不同。

现有的气液分配器通常包括泡帽、中心管和连接板，所述中心管包括入口部、出口部和位于该入口部和出口部之间的降液部，所述泡帽通过所述连接板固定在所述中心管的入口部的上方，所述泡帽的内壁与所述入口部的外壁之间形有环隙。所述中心管(例如中心管的出口部)固定在加氢反应器内的分配盘上。使用时，液相在高速流动的气相的携带下，液相和气相都通过泡帽与中心管的入口部之间的环隙中进入，在自上而下流动过程中进行混合，气液两相混合物从中心管的出口部流出并分配到气液分配器下方的催化剂床层顶部。因此，在上述现有的气液分配器中，气相和液相的流动方向基本相同，因此气液两相之间的混合效果不太理想。而且如果在分配盘上安装多个不同安装高度的气液分配器时，由于累积在分配盘上的液相的液面高度可能不同，从而导致多个气液分配器之间相互不平衡，从而导致多个气液分配器分配不均匀。或者当分配盘出现倾斜或液位波动时，也会导致多个气液分配器分配不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种气液分配器，该气液分配器能够使得气液两相能够均匀地混合，并且当分配盘上安装有多个不同安装高度的气液分配器时，多个气液分配器之间相互平衡。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气液分配器，该气液分配器包括顶帽、中心管和连接板，所述中心管包括入口部、出口部和位于该入口部和出口部之间的降液部，所述顶帽通过所述连接板固定在所述中心管的入口部的上方，所述顶帽的内壁与所述入口部的外壁之间形成有环隙，其中，在所述中心管的降液部上形成有沿所述中心管的轴线方向分布的多个通孔。

在本发明提供的上述气液分配器中，气相从顶帽与中心管的入口部之间的环隙通过入口部进入中心管，而液相累积在分配盘上，通过中心管的降液部上形成的沿所述中心管的轴线方向在不同高度截面上分布的多个通孔进入中心管内，因此气相与液相的流动方向基本垂直，高速的气相对液相产生剪切力，从而能够达到更好的混合效果。而且，当在加氢反应器的分配盘上安装有多个不同安装高度的分配器时，由于多个通孔沿中心管轴线方向分布，即分布在中心管的不同高度截面上，因此累积在分配盘上的不同液面高度的液相都能够进入不同安装高度的分配器的中心管内，从而该分配器对安装高度和累积在分配盘上的液相液面高度不敏感，即使当分配盘出现倾斜或液位波动时，也能够使得多个分配器之间得以平衡，从而多个分配器分配均匀，即提高了多个分配器的整体分配均匀性。

本发明的其他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实施方式的气液分配器的剖视示意图；

图2是如图1所示的气液分配器的中心管的入口部的一种实施方式的剖视示意图；

图3是如图1所示的气液分配器的中心管的降液部的一种实施方式的剖视示意图；

图4和图5分别是如图1所示的气液分配器的中心管的出口部的两种实施方式的剖视示意图；

图6和图7分别是如图1所示的气液分配器的顶帽的两种实施方式的剖视示意图；

图8至图12分别是如图1所示的气液分配器的破碎板的多种实施方式的剖视示意图；

图13是如图1所示的气液分配器的连接板的一种实施方式的剖视示意图。

附图标记说明

1   顶帽    2   中心管

3   连接板  21  入口部

22  出口部  23  降液部

24  通孔    4   环隙

211 缺口    11  条缝

5   破碎板  51  中心板

52  支板    53  孔

54  缝隙    55  折流板

56  筋板    32  垂直部

6   分配盘  31  水平部

具体实施方式

以下结合附图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。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式提供的气液分配器包括顶帽1、中心管2和连接板3，所述中心管2包括入口部21、出口部22和位于该入口部21和出口部22之间的降液部23，所述顶帽1通过所述连接板3固定在所述中心管2的入口部21的上方，所述顶帽1的内壁与所述入口部21的外壁之间形成有环隙4，其中，在所述中心管2的降液部23上形成有沿所述中心管2的轴线方向分布的多个通孔24。

在本发明提供的上述气液分配器中，气相从顶帽1与中心管2的入口部21之间的环隙4通过入口部21进入中心管2，而液相累积在分配盘6上，通过中心管2的降液部23上形成的沿所述中心管2的轴线方向在不同高度截面上分布的多个通孔24进入中心管2内，因此气相与液相的流动方向基本垂直，高速的气相对液相产生剪切力，从而能够达到更好的混合效果。而且，当在加氢反应器的分配盘6上安装有多个不同安装高度的分配器时，由于多个通孔24沿中心管2的轴线方向分布，即分布在中心管的不同高度截面上，因此累积在分配盘6上的不同液面高度的液相都能够进入不同安装高度的分配器的中心管2内，从而该分配器对安装高度和累积在分配盘6上的液相液面高度不敏感，即使当分配盘6出现倾斜或液位波动时，也能够使得多个分配器之间得以平衡，从而多个分配器分配均匀，即提高了多个分配器的整体分配均匀性。

优选地，在所述中心管2的降液部23上围绕所述中心管2的轴线方向分布有多个所述通孔24。即，如图2和图3所示，中心管2的降液部23上可以形成有多列沿中心管2的轴线方向分布的通孔24。该多列通孔24可以相互对齐，也可以相互错开。从而累积在分配盘6上的液相可以从上述多列通孔24进入中心管，能够更好地实现上述混合效果和平衡效果。

所述多个通孔24的截面形状可以根据具体情况进行设置，例如可以选自圆形、三角形、梯形和两端为半圆形且中间为矩形的异形中的一种或多种。如图3所示，优选地，至少一部分所述通孔24的截面面积沿从所述中心管1的内侧到外侧的方向逐渐变大，从而使液相进入中心管2时产生射流，有利于强化气相对液相的剪切混合效果。所述通孔24的当量直径例如可以为2～20mm。沿中心管2中心轴线的不同高度上的通孔24的形状和当量直径可以相同，也可以不同。

优选地，如图2所示，所述中心管2的入口部21的边缘可以形成有一个或多个缺口211。从而便于气相从中心管2的入口部21进入中心管2内与液相混合。该缺口211的具体形状可以根据需要而进行设计，例如可以选自三角形、梯形、矩形、半圆形和它们的结合中的一种或多种。例如如图2所示的缺口形状从左到右分别为U形(即矩形和半圆形的结合)、梯形和三角形。该缺口211的个数也可以根据需要而进行设置，例如可以为2至8个。

所述中心管2的出口部22的形状可以为直管形(如图5所示)，也可以为喉管形(如图4所示)。优选地，该出口部22的形状为喉管形，从而使气液混合物流在出口部22的喉管部位产生收缩混合效应，同时液相物流集中喷射在破碎板5(将在下文中进行说明)上有利于液相物流的侧向分散效果。

所述中心管2可以是整体形成的单个部件，但是优选地，如图1所示，所述中心管2的降液部23与所述入口部21和出口部22可拆卸地连接。即，入口部21、降液部23和出口部22分别为单独的部件，相互装配形成所述中心管2。从而，当中心管2的某一部件发生损坏时，只要更换该损坏的部件即可，而无需更换整个中心管2，因此方便了中心管2乃至整个气液分配器的维护。

如图6所示，所述顶帽1大致为上部封闭而下部敞开的筒形，用于防止从上而下流动的气相和液相直接从中心管2的入口部21进入中心管内。优选地，如图7所示，所述顶帽1的边缘形成有一个或多个条缝11。从而可以提高流经的气相的流速。所述条缝11的形状可以选自矩形、三角形、梯形和螺旋形中的一种或多种。例如如图7所示，多个条缝11从左向右的形状分别为梯形、三角形、矩形和螺旋形。优选地，所述条缝11的形状为螺旋形，从而该条缝11的设置不仅能够提高气相的流速，还可以改变气相的流动方向，使得气相发生旋转，从而提高气相对液相的剪切力，得到更好的分散和混合效果。

优选地，如图1所示，所述气液分配器还包括破碎板5，该破碎板5固定在所述中心管2的出口部22的下方。该破碎板5可以将从中心管2的出口部22流出的液相向四周大范围高度分散以扩大液相的分布面积，从而达到改善局部分配均匀性的目的，也消除了物流垂直向下对催化剂床层的冲击和扰动；此外，破碎板5还可以将液相破碎为高度雾化的小液滴，提高了气液相物流混合效果，使进入催化剂床层的物流达到热力学平衡状态，更有利于加氢反应的进行。

该破碎板5可以包括中心板51和从该中心板51径向延伸的支板52。所述支板52可以设置一个或者多个。中心板51上可以形成有孔53，该孔53可以为形成在中心板51的中心的小孔(如图8至图10所示)或者大孔(如图11所示)。也可以在中心板51上形成多个所述孔53(如图12所示)。优选地，如图8和图9所示，所述中心板51的周缘可以形成有缝隙54。优选地，如图9所示，所述中心板51的周缘可以具有一个或多个折流板55，该折流板55相对于所述中心板51的板面倾斜。所述折流板55的形状可以为流线形或V形。上述孔53、缝隙54和折流板55的设置可以提高破碎板5的上述混合效果和分散均匀性。优选地，折流板55为流线形，例如采用类似螺旋桨叶的形状，从而能够进一步提高破碎板5的上述混合效果和分散均匀性。

破碎板5可以采用各种适当的方式固定到中心管2的出口部22的下方。例如作为一种具体的实施方式，如图8至图12所示，所述破碎板5的支板52的末端可以具有与破碎板5的板面垂直地延伸的筋板56。如图1所示，将该筋板56固定(例如焊接)到中心管2的出口部22上，从而使得破碎板5位于出口部22的下方。

该连接板3用于将顶帽1固定到中心管2的入口部21的上方。图13示出了该连接板3的一种实施方式。该连接板3包括水平部31和从该水平部31的两端垂直向下延伸的两个垂直部32。安装时，水平部31与顶帽1的顶部固定连接(例如在水平部31上形成有安装孔33，从而通过使螺栓穿过该安装孔33和泡沫1上的安装孔(未示出)而实现固定连接)，两个垂直部32分别于中心管2的入口部21固定连接(例如焊接)，从而使得顶帽1固定到中心管2的入口部21的上方，并且在顶帽1的内壁与入口部21的外壁之间形成环隙4。当然，连接板3并不限于该结构，还可以采用本领域技术人员容易想到的其他结构来实现。

使用时，将上述气液分配器的中心管2的出口部22固定(优选地采用螺纹连接)到加氢反应器的分配盘6上。气相从顶帽1与中心管2的入口部21之间的环隙4通过入口部21进入中心管2，而液相累积在分配盘6上，通过中心管2的降液部23上形成的通孔24进入中心管2内。液相与气相相互垂直地流动，在中心管2的降液部23内初步混合并从出口部22流出，初步混合的流体在破碎板5上进一步混合后分配到气液分配器下方的催化剂床层顶部，以进行催化加氢反应。

以上结合附图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 (15)

1.一种气液分配器，该气液分配器包括顶帽(1)、中心管(2)和连接板(3)，所述中心管(2)包括入口部(21)、出口部(22)和位于该入口部(21)和出口部(22)之间的降液部(23)，所述顶帽(1)通过所述连接板(3)固定在所述中心管(2)的入口部(21)的上方，所述顶帽(1)的内壁与所述入口部(21)的外壁之间形成有环隙(4)，其特征在于，在所述中心管(2)的降液部(23)上形成有沿所述中心管(2)的轴线方向在不同高度截面上分布的多个通孔(24)，并且所述中心管(2)的降液部(23)与所述入口部(21)和出口部(22)可拆卸地连接。

2.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于，在所述中心管(2)的降液部(23)上围绕所述中心管(2)的轴线方向在同一高度截面上分布有多个所述通孔(24)。

3.根据权利要求1或2所述的气液分配器，其特征在于，所述多个通孔(24)的截面形状选自圆形、三角形、梯形和两端为半圆形且中间为矩形的异形中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的气液分配器，其特征在于，至少一部分所述通孔(24)的截面面积沿从所述中心管(1)的内侧到外侧的方向逐渐变大。

5.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于，所述中心管(2)的入口部(21)的边缘形成有一个或多个缺(211)。

6.根据权利要求5所述的气液分配器，其特征在于，所述缺口(211)的形状选自三角形、梯形、矩形、半圆形和它们的结合中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于，所述中心管(2)的出口部(22)为喉管形。

8.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于，所述顶帽(1)的边缘形成有一个或多个条缝(11)。

9.根据权利要求8所述的气液分配器，其特征在于，所述条缝(11)的形状选自矩形、三角形、梯形和螺旋形中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于，所述气液分配器还包括破碎板(5)，该破碎板(5)固定在所述中心管(2)的出口部(22)的下方。

11.根据权利要10所述的气液分配器，其特征在于，所述破碎板(5)包括中心板(51)和从该中心板(52)径向延伸的支板(52)。

12.根据权利要11所述的气液分配器，其特征在于，所述中心板(51)上形成有孔(53)。

13.根据权利要11所述的气液分配器，其特征在于，所述中心板(51)的周缘形成有缝隙(54)。

14.根据权利要11所述的气液分配器，其特征在于，所述中心板(51)的周缘具有一个或多个折流板(55)，该折流板(55)相对于所述中心板(51)的板面倾斜。

15.根据权利要14所述的气液分配器，其特征在于，所述折流板(55)的形状为流线形或V形。