CN103002981A - 用于加氢处理的多相接触和分配装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种系统和装置，用于混合、冷却和分配反应器内的多相流体混合物，其中本发明的反应器内部装置不仅改善了流体的混合和至各下方催化剂层表面的分配，而且还具有其他优点，包括：降低了混合盘高度；易维护、组装和拆卸；并减少了制造材料用量。在一实施例中，可从流体分配单元将流体均匀地分配到催化剂层，该流体分配单元包括喷嘴盘，喷嘴盘包括多个喷嘴，其中喷嘴包括至少一个液体入口，液体入口被设置为与喷嘴内表面相切。

Description

用于加氢处理的多相接触和分配装置
技术领域
本发明涉及一种用于多相流体接触和分配的系统和装置。
背景技术
许多催化过程在反应器中进行，反应器包括一系列单独的催化剂床。在化学、炼油和其他工业中所使用的、用于使液体或混合相液/气混合物穿过颗粒状固体填充层的反应器被应用于许多不同的过程中。这类过程的示例包括：催化脱蜡、加氢处理、加氢脱硫、氢化精制以及加氢裂化。在这些过程中，液相通常与气相或汽相混合，然后混合物在下流式反应器内穿过填充层中的颗粒催化剂。
在下流式反应器内，需要在气体和液体接触各催化剂床之前，使气体和液体适当地混合并均匀地分布在反应器水平截面范围内。气液的这种均匀分布有许多优点，包括：充分利用催化剂、降低催化剂顶层磨损、提高产量、提高产品质量以及增加运行长度。通常在下流式催化反应器中，多个催化剂床设置在反应器内，用于有效混合气体和液体的分配系统设置在每个催化剂床上方。催化剂床之间的区域通常设置有喷气管线，以提供额外的气体来弥补前一催化剂床中消耗掉的气体。喷射气体也起到急冷气的作用，所述急冷气用于使离开某催化剂床的物料在物料进入下一催化剂床之前得到冷却。通常，喷射气体是氢气或包括氢气。从上层催化剂床落下的液态物料可聚集在收集盘上。急冷气体和液体然后流入混合腔中，液体在混合腔中进行涡漩运动。这样能充分混合液体，从而使液体温度更均匀。混合腔内还进行了气-液混合。
来自混合腔的流体向下流到偏转器或冲击板上，从而流体被重新引导到分配盘上，分配盘具有大量用于使液体流过的下流式开口。对于截面液体流量分配而言，传统装置的下流式开口可包括一个或更多个管路或管道。管道是圆筒形结构，所述圆筒形结构具有敞口的顶部以及在其高度的上部部分中的一个或更多个开口，气相能穿过该开口。气相向下运动经过管道的长度。管道下部部分可具有用于液流的一个或更多个横向开口，液相通过横向开口可进入管道并接触气相。当液体继续在分配盘上聚集时，液体将上升到遮盖住管道中的横向开口的高度，从而阻止气体通过，并且从而使液体能通过横向开口流入管道中。气体和液体通过管道底部上的开口流出，经过分配盘并到达下方的催化剂床上。这种传统管路或管道的缺点是：由于液流周围的紊流度较低，两相流体之间仅进行了有限的混合。
用于催化反应器的效果好的流体分配装置应该满足下面四个基本要求：在气液物料供送速度范围内使物料均匀分布到催化剂床上；能容许分配盘偏离水平度至一定程度；气液充分混合并充分进行热交换，充分润湿下方催化剂床所需要的催化床高度最小。因为传统管道依靠盘上的静液高度作为用于使液流流入管道中的驱动力，那么传统管道对于分配盘偏离水平度的耐受性就差、也不能最佳地将流体喷射排放到下方的催化剂床上，并且还具有其他缺陷，因而传统管道不能满足这些要求。
流体分配器设计中主要考虑的一个方面是从装置排放出液体和气体的排放方式。传统管道分配器使液体物料与催化剂床的接触位置数量有限。因而，需要让管道到床之间的距离更大以润湿催化剂表面。
美国专利文献No.7,473,405号（发明人为Kemoun等）公开了一种用于与流体分配管道连接的喷嘴装置。
对于加氢处理反应器装置而言，仍然需要提高混合盘处的氢气/油混合效果，更均匀持续地将液体分配在催化剂床上，降低混合盘高度，减小制造材料用量，同时易维护、组装和拆卸。对于系统和装置还需要提高分配盘偏离水平度的容许度。仍然进一步需要流体分配装置在仅液态条件下能将液体更均匀地分配到催化剂床上。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种反应器系统，该反应器系统包括反应器壳体、初级物料分配单元以及至少一个次级物料分配单元，初级物料分配单元设置在反应器壳体内，次级物料分配单元设置在反应器壳体内并位于初级物料分配单元之下。初级物料分配单元包括第一偏转板和第一喷嘴盘，第一喷嘴盘设置在该第一偏转板之下。所述至少一个次级物料分配单元包括收集盘和第二喷嘴盘，第二喷嘴盘设置在该收集盘之下。第一喷嘴盘和第二喷嘴盘均包括多个喷嘴，每个喷嘴均包括喷嘴本体，喷嘴本体包括远端本体部分，远端本体部分具有至少一个液体入口，液体入口被构造为用于让液体流过该液体入口。远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间。每个液体入口均被设置为与远端本体部分的内表面相切。
在一实施例中，本发明还提供了一种反应器系统，该系统包括反应器壳体、初级物料分配单元和至少一个次级物料分配单元，反应器壳体具有内壁，初级物料分配单元设置在反应器壳体内，次级物料分配单元设置在反应器壳体内并且位于初级物料分配单元之下。每个次级物料分配单元均包括收集盘、喷嘴盘、至少一个支撑环和多个桁架，喷嘴盘设置在收集盘之下，支撑环固定到反应器壳体内壁。每个桁架均跨越该至少一个支撑环。每个桁架均具有上部凸缘和下部凸缘，上部凸缘支撑收集盘，下部凸缘支撑喷嘴盘。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于催化反应器的物料分配单元，该物料分配单元包括偏转板和设置在偏转板之下的喷嘴盘。喷嘴盘包括多个喷嘴。每个喷嘴均包括喷嘴本体，喷嘴本体包括远端本体部分，远端本体部分具有至少一个液体入口，液体入口被构造为用于让液体流过该液体入口。远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间。每个液体入口均被设置为与远端本体部分的内表面相切。
在一实施例中，本发明还提供了一种用于均匀分配多相流体混合物的喷嘴，该喷嘴包括喷嘴本体，喷嘴本体具有近端本体部分、中间本体部分和远端本体部分。近端本体部分限定了基本上为圆筒形的近端空间，近端本体部分具有至少一个气体入口，气体入口被构造为用于让气体通过该气体入口流入近端本体部分中。中间本体部分限定了基本上为圆筒形的中间空间，该中间空间与近端空间流体连通。远端本体部分具有本体壁和至少一个液体入口，液体入口被构造为用于让液体通过该液体入口流入远端本体部分中。远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间，至少一个液体入口被设置为与远端本体部分的内表面相切。
在本发明的另一实施例中，提供了一种用于反应器的流体分配装置，该装置包括喷嘴盘、多个管道和流体分配喷嘴；所述多个管道固定到喷嘴盘并延伸穿过喷嘴盘，流体分配喷嘴设置在每个管道内。每个管道均具有管壁，管壁限定了基本上为圆筒形的空间，所述圆筒形的空间从喷嘴盘的下端面基本上垂直地延伸到喷嘴盘上端面上方的位置。管道具有开口的近端和开口的远端，管壁上具有至少一个横向开口。喷嘴包括喷嘴本体，喷嘴本体包括近端本体部分、中间本体部分和远端本体部分，远端本体部分具有远端本体壁。近端本体部分限定了基本上为圆筒形的近端空间，开口的近端被构造为用于让气体流过该开口的近端。中间本体部分限定了基本上为圆筒形的中间空间，中间空间与近端空间流体连通。远端本体部分具有液体入口，液体入口被构造为用于让流体通过该液体入口流入远端本体部分中。远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间。液体入口包括位于远端本体壁内的弯曲通道，弯曲通道具有内部末端，该内末端被设置为与远端本体部分的内表面相切。
在另一实施例中，本发明还提供了一种流体分配装置，该装置包括基本上为圆筒形的中空喷嘴本体，该中空喷嘴本体具有多个外狭槽、盖、底部和基本上为圆筒形的内管件；外狭槽周向地布置在喷嘴本体的周围，盖固定到喷嘴本体的近端部分，该盖上具有轴向近端开口，所述底部固定到喷嘴本体的远端部分，该底部上具有轴向的远端开口，所述内管件轴向地设置在喷嘴本体的近端部分中。内管件设置在盖的近端开口内，内管件从盖朝近端延伸以限定内管件的近端。内管件具有围绕内管件的近端周向地布置的多个内狭槽。内管件远端朝远端向远端延伸至各外狭槽远端附近的位置处。
附图说明
图1是方框图，示意性示出了根据本发明一实施例的反应器系统；
图2是方框图，示意性示出了根据本发明一实施例的用于反应器系统的催化单元；
图3是方框图，示意性示出了根据本发明另一实施例的反应器系统；
图4A是方框图，示意性示出了根据本发明一实施例的初级物料分配单元；
图4B是方框图，示意性示出了根据本发明一实施例的次级物料分配单元；
图5A是剖视图，示意性示出了根据本发明一实施例的反应器壳体的一部分，该壳体具有与之关联的反应器内部装置；
图5B是沿图5A的线5B-5B所视的物料分配单元的平面图，示出了多个收集盘部；
图5C是图5B的物料分配单元的一部分的平面图，图中移走了收集盘部并示出了多个喷嘴盘部；
图5D是沿图5B的线5D-5D所视的图5B的物料分配单元的一部分的截面图；
图5E是沿图5C的线5E-5E所视的桁架的侧视图，该桁架支撑多个喷嘴盘部；
图6A是根据本发明一实施例的初级物料分配单元的透视图，示出了与喷嘴盘相关联的第一偏转板；
图6B是根据本发明一实施例的混合箱的透视图，该混合箱与次级物料分配单元的第二偏转板相关联；
图6C是根据本发明一实施例的次级物料分配单元的示意性侧视图，该次级物料分配单元包括第二偏转板；
图6D是根据本发明一实施例的第二偏转板的示意性侧视图，该第二偏转板与收集盘上的立式管相关联；
图7A是根据本发明另一实施例的混合箱的示意性平面图，图7B是示意性平面图，示出了图7A中的混合箱的分开的两个等分部；
图7C是根据本发明另一实施例的混合箱的其中一半的透视图，该混合箱设置在次级物料分配单元的收集盘部上；
图8是根据本发明一实施例的喷嘴盘的一部分的示意性平面图，示出了一系列流体分配喷嘴；
图9A示出了从侧部看的根据本发明一实施例的流体分配喷嘴；图9B是沿图9A的线9B-9B所视的喷嘴的纵向截面图；图9C沿图9A的线9C-9C示出了喷嘴中的液体入口；
图10是根据本发明一实施例的喷嘴盘的一部分的示意性平面图，示出了一系列流体分配管道；
图11A示出了从侧面看的根据本发明一实施例的流体分配喷嘴；图11B是沿线11B-11B所视的图11A中的喷嘴的纵向截面图；图11C是沿线11C-11C所视的图11A中的喷嘴的平面图；图11D沿图11A中的线11D-11D示出了喷嘴本体中弯曲的液体入口；
图12A是根据本发明另一实施例的流体分配管道的前视图；图12B是图12A中的管道的侧视图；图12C是图12Ａ中的管道的纵向截面图，示出了图11A中的喷嘴被插入到管道中的情形；
图13是根据本发明另一实施例的流体分配喷嘴的示意性纵向截面图；
图14A是根据本发明的反应器壳体的一部分的示意性侧剖视图，示出了与物料分配单元相关联的催化剂支撑单元；图14B是沿图14A的线14B-14B所视的催化剂支撑单元的平面图，示出了多个筛板；图14C是图14B的催化剂支撑单元的平面图，图中移走了筛板并示出了多个栅板；图14D是图14B的催化剂支撑单元的一部分的平面图，图中移走了筛板和栅板并示出了多个催化剂支撑梁；图14E是沿图14B的线14E-14E所视的的截面图，示出了催化剂支撑梁、栅板和筛板；以及图14F是沿图14D的线14F-14F所视的截面图，示出了与反应器壳体和壳体壁架相关联的催化剂支撑梁。
具体实施方式
本发明提供了反应器内部装置，用于均匀分配下流式多床式催化反应器中的流体。这类反应器可用于化学和炼油工业来影响各种反应，如催化脱蜡、氢化处理、氢化精制和加氢裂化。本发明在影响液体（如液态烃物料）和气体（如氢气）之间的混相反应方面特别有效。具体而言，本发明涉及用于改善固体催化剂床上方的气液相物料的混合和分配的系统和装置，同时该系统和装置可使反应器内部装置的高度减小到最小。本发明对于催化反应器尤其有用，在该催化反应器中，气液混合物在各种过程中穿过多层固体催化剂颗粒床，该催化反应器特别是用于炼油操作中的氢化处理和加氢裂化的下流式催化反应器。
如果文中没有另外说明，对部件、材料或其他元件（单个元件或结构或者元件或结构的组合体可从它们当中选取）的种类的描述意为包括所列举元件及其混合物的所有可能附属种类的组合形式。另外，术语“包括”及其不同表述是非限制性的，对所列举术语的描述并未排除其他类似术语，这些其他类似术语对本发明的材料、元件、结构、组成部件及方法也是有益的。
参照附图，图1是方框图，示意性表示根据本发明一实施例的反应器系统10。反应器系统10可包括反应器壳体30，反应器壳体30具有可至少大体上竖直的反应器壳壁。反应器壳体30可容装至少一个催化单元100（例如参照图2）。在一实施例中，反应器系统10包括多个催化单元，在图1中表示为第一催化单元100a和第n催化单元100n。反应器壳体30内的催化单元100的数量典型地在1至大约8范围内，例如n可大致在2至8范围内。
图2是方框图，示意性表示根据本发明的用于反应器系统10的催化单元100。在一实施例中，催化单元100可包括物料分配单元200/200′、催化剂支撑单元400和催化剂床402。物料分配单元可以是初级物料分配单元200′（例如参照图4A）或次级物料分配单元200（例如参照图4B）。在一实施例中，物料分配单元200/200′可设置在关联的催化剂床402上方，催化剂床402可被支撑在催化剂支撑单元400上或通过催化剂支撑单元400而被支撑。在一实施例中，催化剂床402可包括固体催化剂层。
图3是方框图，示意性表示根据本发明另一实施例的反应器系统10。反应器系统10可包括初级物料分配单元200′和至少一个次级物料分配单元200。在图3所示的实施例中，反应器系统10可包括第一次级物料分配单元200a和第n次级物料分配单元200n。反应器壳体30内的次级物料分配单元200的数量典型地可在1至大约8的范围内。反应器壳体30内的初级和次级物料分配单元200′/200的总数量可对应于反应器壳体30内的催化单元100的数量。
图4A是方框图，示意性表示根据本发明一实施例的初级物料分配单元200′，初级物料分配单元200′可包括第一偏转板210和喷嘴盘260。第一偏转板210可设置在喷嘴盘260上方。第一偏转板210上可具有多个穿孔（例如参照图6A）。第一偏转板210可被构造为让流体通过第一偏转板210流到喷嘴盘260。喷嘴盘260可包括多个流体分配喷嘴600（例如参照图8）。在一实施例中，第一偏转板210可被支撑在流体分配喷嘴600上。
图4B是方框图，示意性表示根据本发明一实施例的次级物料分配单元200。次级物料分配单元200可包括混合箱220、收集盘240、第二偏转板250和喷嘴盘260。混合箱220可设置在收集盘240上。第二偏转板250可设置在收集盘240之下、喷嘴盘260之上。第二偏转板250可包括第一外围部分和第二外围部分，每个外围部分均具有穿过其中的多个穿孔（如参照图6B）。第二偏转板250还可包括位于中央的整体部分，整体部分上无穿孔（如参照图6B和6D）。喷嘴盘260可包括多个流体分配喷嘴（例如参照图8）。在一实施例中，第二偏转板250可被支撑在流体分配喷嘴600上。
图5A示意性示出了根据本发明一实施例的反应器20的一部分的剖视图，该反应器包括反应器壳体30，所述壳体具有壳壁32。反应器壳体30可容装初级物料分配单元200′和至少一个次级物料分配单元200。催化剂床402可设置在初级物料分配单元200′和次级物料分配单元200中的每个单元的下方。每个催化剂床402可设置在催化剂支撑单元400上（例如参照图14A-F）。初级物料分配单元200′、次级物料分配单元200和催化剂支撑单元400可均被反应器壳体30的壳壁32支撑。壳壁32在初级物料分配单元200′、次级物料分配单元200和催化剂支撑单元400所在位置处可至少是基本竖直的。初级物料分配单元200′、次级物料分配单元200和催化剂支撑单元400可均被设置为至少基本垂直于壳壁32。
图5B是沿图5A的线5B-5B所视的次级物料分配单元200的平面图。次级物料分配单元200可包括多个收集盘部242。各收集盘部242共同界定了收集盘240（例如参照图6C）。收集盘部242可拆卸地相互固定以方便组装或拆卸收集盘240。在一实施例中，收集盘部242可通过多个销（如未示出的楔形销）相互固定。图5B中示出：移开一个收集盘部242以露出喷嘴盘部262（例如参照图5C）。应该理解为，次级物料分配单元200并不局限于图5B所示的收集盘部242的结构，收集盘部242的其他数量及结构也在本发明范围内。
图5C是图5B中的次级物料分配单元200的一部分的平面图，图中移走了一些收集盘部242。次级物料分配单元200还包括多个喷嘴盘部262。各喷嘴盘部262共同界定了喷嘴盘260（例如参照图8和图10）。图5C中示出：移开了一个喷嘴盘部262。收集盘部242和喷嘴盘部262可均被多个桁架302支撑（例如参照图5D）。桁架302进而又可被支撑环34支撑。支撑环34可固定到壳壁32的内表面32a上。在一实施例中，支撑环34可包括多个托架（未示出），托架被构造为用于连接桁架302。每个桁架可均跨越反应器壳体30。尽管图5C中示出两个桁架302，但是其他数量的桁架302也在本发明范围内。跨越反应器壳体32的桁架32的数量典型地在1至大约6的范围内。
进一步参照图5C，支撑环34可固定到（例如焊接到）反应器壳壁32的内表面32a，支撑环34可周向地布置在该内表面32a上。在一实施例中，支撑环34可包括金属裙边（未示出），金属裙边具有上部支架和下部支架，上部支架和下部支架被构造为分别支撑收集盘240和喷嘴盘260。在另一实施例中，支撑环34可包括上部环和下部环，下部环与上部环同轴并在竖向上间隔开（上部环和下部环均未示出）；其中上部环和下部环均可被固定（如焊接）到反应器壳壁32的内表面32a。
仍然进一步参照图5C，喷嘴盘部262可以可拆卸地相互固定，以方便组装和拆卸喷嘴盘260。在一实施例中，喷嘴盘部262可通过多个销（如未示出的楔形销）相互固定。应该理解为，次级物料分配单元200并不局限于图5C所示的喷嘴盘部262的结构，其他数量的喷嘴盘部262和结构也在本发明范围内。
图5D是沿图5B中的线5D-5D所视的图5B中的次级物料分配单元200的一部分的截面图，示出了一对彼此隔开间隔设置的桁架302。每个桁架302均可包括上部凸缘304和下部凸缘306。多个收集盘部242可设置在上部凸缘304上并被上部凸缘304支撑。多个喷嘴盘部262可设置在下部凸缘306上并被下部凸缘306支撑。
图5E是沿图5C中的线5E-5E所视的桁架302的侧视图，桁架302的下部凸缘306上支撑有多个喷嘴盘部262。在一实施例中，桁架302的每端均可由连接到支撑环34的托架（未示出）支撑。在图5E中示出了桁架302，其中已从桁架移除了收集盘部242。
图6A是根据本发明一实施例的第一偏转板210的透视图，该第一偏转板与初级物料分配单元200′的喷嘴盘260相关联。在一实施例中，第一偏转板210可至少基本呈圆形。第一偏转板210典型地可具有反应器壳体30截面积的大致70%至100%范围内的面积，通常具有反应器壳体30截面积的大致90%至100%范围内的面积。典型地，喷嘴盘260可具有反应器壳体30截面积的大致95%至100%范围内的面积。为清楚显示起见，图6A中省去了喷嘴600（如参照图9A-9C）。喷嘴盘260和第一偏转板210可都被设置为至少基本垂直于反应器壳壁32。
图6B是根据本发明一实施例的混合箱220的透视图，该混合箱与次级物料分配单元200的第二偏转板250相关联。为了清楚显示起见，图6B中省去了收集盘240。第二偏转板250可设置在混合箱220之下。第二偏转板250可包括第一外围部分254a、第二外围部分254b和位于中央的整体部分252。第一外围部分254a和第二外围部分254b上可均具有穿透其中的多个穿孔256。相反，位于中央的整体部分252可至少基本上无穿孔、孔或空隙。第二偏转板250可被构造为让流体经过穿孔256。
图6C是根据本发明一实施例的次级物料分配单元200的示意性侧视图。次级物料分配单元200可包括收集盘240、混合箱220、第二偏转板250和喷嘴盘260，收集盘具有上端面240a，混合箱设置在上端面240a上，第二偏转板设置在收集盘240之下，喷嘴盘260设置在第二偏转板250之下。次级物料分配单元200还可包括立式管244。立式管244可至少基本上为圆筒形并固定到收集盘240的上端面240a。立式管244可至少基本上垂直于收集盘240延伸。
图6D是根据本发明一实施例的第二偏转板250的示意性侧视图，该第二偏转板与收集盘240上的立式管244相关联。第二偏转板250包括位于中央的整体部分252，该整体部分具有完整表面，其上无任何穿孔、孔或空隙。位于中央的整体部分252可设置在第二偏转板250的第一外围部分254a和第二外围部分254b之间。在一实施例中，位于中央的整体部分252占据的面积可比立式管244的截面面积大。在附属实施例中，从收集盘240的位于立式管244的内壁的位置处以角度θ向第二偏转板250延伸的直线限定出截头圆锥形空间，该截头圆锥形空间的底面界定了位于中央的整体部分252的区域。典型地，θ的范围可大致为20°至70°，通常大致为30°至60°，经常大致为40°至50°。第二偏转板250和收集盘240之间的垂直间距CH典型地大致为立式管244的直径的25%至50%。在另一附属实施例中，位于中央的整体部分252占据的面积可大致为立式管244截面面积的2至5倍。
图7A是根据本发明一实施例的混合箱220的示意性平面图，图7B是图7A的混合箱220的分开的均分的两个部分。混合箱220可包括第一半部分220a和第二半部分220b。混合箱的第一半部分220a和第二半部分220b可均包括连接凸缘222，所述连接凸缘用于将第一半部分220a和第二半部分220b结合或连接在一起。在一实施例中，第一半部分220a和第二半部分220b可通过多个销（如未示出的楔形销）而在它们的连接凸缘222处可拆卸地相互固定。
图7C是根据本发明另一实施例的混合箱220的其中一半的透视图，所述混合箱的其中一半设置在收集盘部242上。立式管244可设置在收集盘部242上并位于混合箱220之下。立式管244可设置在第二偏转板250上方。立式管244可包括至少一个挡板（未示出），该挡板设置在立式管244的内表面上。图7C中仅示出了一个收集盘部242。实际上，多个收集盘部242共同形成了收集盘240。
图8是根据本发明一实施例的喷嘴盘260的一部分的示意性平面图，该喷嘴盘包括一系列流体分配喷嘴600。每个流体分配喷嘴600可均被构造为用于混合流体并将流体均匀分配到设置在喷嘴盘260之下的催化剂床402上。喷嘴盘260上的所述一系列喷嘴600可具有三角形排列，喷嘴之间的间距范围典型地大致为5至10英寸，通常大致为6至8英寸。图8仅表示喷嘴盘260的一部分，实际上，喷嘴盘260可包括更多喷嘴600。
参照图9A-9C，图9A出了根据本发明一实施例的从侧面看的流体分配喷嘴600。图9B是沿图9A中的线9B-9B所视的喷嘴600的纵向截面图。图9C示出了沿图9A中的线9C-9C所视的喷嘴600中的液体入口614。喷嘴600可包括喷嘴本体602、喷嘴近端600a、喷嘴远端600b、多个气体入口612和至少一个液体入口614。喷嘴近端600a可用喷嘴盖604密封。在一实施例中，喷嘴盖604可与喷嘴本体602成一体，例如铸成一体。
参照图9B，喷嘴本体602包括近端本体部分602a、中间本体部分602b和远端本体部分602c。
近端本体部分602a限定了基本上为圆筒形的近端空间。中间本体部分602b限定了基本上为圆筒形的中间空间，所述中间空间与近端空间流体连通。远端本体部分602c限定了基本为圆筒形的远端空间，所述远端空间与中间空间流体连通。近端空间可具有第一直径，中间空间可具有第二直径，远端空间可具有第三直径，第一直径可明显大于第三直径，第三直径可明显大于第二直径。
每个气体入口612可均横向地布置在近端本体部分602a。每个气体入口612可均被构造为让气体通过其中进入近端本体部分602a中。喷嘴600还可包括气体喷嘴606。气体喷嘴606可被设置为基本垂直于喷嘴本体602的壁并位于近端本体部分602a和远端本体部分602c之间以限定中间本体部分602b。在一实施例中，气体喷嘴606可与喷嘴本体602一体形成。在另一实施例中，气体喷嘴606可包括金属环，金属环设置在喷嘴本体602内并固定到该喷嘴本体。
每个液体入口614可均横向地布置在远端本体部分602c。
每个液体入口614可均被构造为用于使液体通过该液体入口而流过。例如如图9C所示，每个液体入口614可均被设置为与远端本体部分602c的内表面616相切。在一实施例中，每个液体入口614可均是线性的。
进一步参照图9C，每个液体入口614的液体入口长度可为IL，液体入口宽度为IW。在一实施例中，液体入口长度IL与液体入口宽度IW之比（IL:IW）的范围可大致为2:1至5:1。图9C中所示的液体入口长度IL表示每个液体入口614的最小长度，例如，这是由于液体入口614与喷嘴本体602相切的朝向所致。
每个液体入口614可均被构造为用于在远端本体部分602c的内表面616上形成液膜，每个液体入口614可均被构造为用于在远端本体部分602c的内表面616上形成螺旋液流，其中液体在远离液体入口614的方向上流动。
喷嘴600还可包括会聚的第一截头圆锥部分608，所述第一截头圆锥部分与远端本体部分602c流体连通。喷嘴600还可包括扩展的第二截头圆锥部分610，所述扩展的第二截头圆锥部分位于第一截头圆锥部分608的远端并与第一截头圆锥部分流体连通。喷嘴600还可包括位于喷嘴600的远端600b的多个凹槽620。凹槽620可被构造为促进从喷嘴远端600b流出的流体以均匀分散的喷雾（如锥形喷雾）的方式发散开。
图10是根据本发明一实施例的喷嘴盘260的示意性平面图，该喷嘴盘包括一系列流体分配管道700。每个管道700可均与流体分配喷嘴600′（例如参照图11A-11D，以及12A-12C）装配（如改装）在一起，以用于使流体有效地混合并均匀地分配到设置在喷嘴盘260之下的催化剂床402上。所述一系列管道700以及与这些管道相关联的喷嘴600′（其设置在喷嘴盘260上）可具有三角形排列，管道700/喷嘴600′间距范围典型地为大致5至10英寸，通常大致为6至8英寸。图10仅表示喷嘴盘260的一部分，实际上喷嘴盘260可包括更多管道700。
图11A示出了根据本发明一实施例的从侧面看的流体分配喷嘴600′。图11B是沿线11B-11B所视的图11A中的喷嘴600′的纵向截面图，图11C是沿线11B-11B所视的图11A的喷嘴600′的平面图。图11D示出了沿图11A的线11D-11D的喷嘴本体中的的液体入口614′。喷嘴600′可包括喷嘴本体602、喷嘴近端600′a、喷嘴远端600′b、气体入口612′和至少一个液体入口614′。根据本发明的一实施例（例如参照图12A-12C），喷嘴600′的尺寸和结构可被设置为：用于在改装现有传统的流体分配盘过程中，可将上述喷嘴插入流体分配管道（如管道700）中，这从而为加氢处理反应器提供高效喷嘴盘。
参照图11B，喷嘴本体602可包括近端本体部分602a、中间本体部分602b和远端本体部分602c。
近端本体部分602a限定了基本上为圆筒形的近端空间。中间本体部分602b限定了基本上为圆筒形的中间空间，所述中间空间与近端空间流体连通。远端本体部分602c限定了基本上为圆筒形的远端空间，所述远端空间与中间空间流体连通。近端空间可具有第一直径，中间空间可具有第二直径，远端空间可具有第三直径。第一直径可明显比第三直径大，第三直径可明显比第二直径大。
在一实施例中，气体入口612′可包括位于喷嘴本体602中的近端轴向孔。气体入口612′可被构造为让气体通过该气体入口流入近端本体部分602a中。喷嘴600′还可包括气体喷嘴606。气体喷嘴606可被设置为基本上垂直于喷嘴本体602的壁并位于近端本体部分602a和远端本体部分602c之间以限定中间本体部分602b。喷嘴600′还可包括会聚的第一截头圆锥部分608，所述第一截头圆锥部分与远端本体部分602c流体连通。喷嘴600还可包括扩展的第二截头圆锥部分610，所述扩展的第二截头圆锥部分位于第一截头圆锥部分608的远端并与第一截头圆锥部分流体连通。
图11C是沿线11C-11C所视的图11A中的喷嘴600′的平面图，示出了喷嘴本体602内的气体喷嘴606。在一实施例中，气体喷嘴606可与喷嘴本体成一体。在另一实施例中，气体喷嘴606可包括金属环，金属环设置在喷嘴本体602内并固定到该喷嘴本体。气体喷嘴606可与喷嘴本体602同心布置。
图11D示出了喷嘴本体602中的液体入口614′。液体入口614′可横向地设置在远端本体部分602c。液体入口614′可被构造为用于让液体通过该液体入口流入远端本体部分602c中。在一实施例中，液体入口614′可包括设置在喷嘴本体602的壁内的弯曲通道615。例如如图11D所示，弯曲通道615的内部末端可被设置为与远端本体部分602c的内表面616相切。在一实施例中，弯曲通道615所对的角α的范围可大致为60°至180°，典型地大致为70°至170°，通常大致为80°至160°。在一实施例中，弯曲通道615的横截面形状可基本上为矩形。
液体入口614′可被构造为在远端本体部分602c的内表面616上形成液膜，液体入口614′可被构造为用于促进远端本体部分602c的内表面616上液体的螺旋流动，其中液体在远离液体入口614′的方向上流动。
喷嘴600′还可包括位于喷嘴600′的远端600b处的多个凹槽620。凹槽620可被构造为促进从喷嘴远端600b流出的流体以均匀分散的喷雾（如以锥形喷雾）的方式发散。
图12A是根据本发明另一实施例的流体分配管道700的前视图，图12B是图12A的管道的侧视图，图12C是图12A的管道的纵向截面图，图11A中的喷嘴插入该管道中。管道700可包括管道壁702、管道近端700a和管道远端700b。管道壁702中可限定基本为圆筒形的空间。管道700的管道远端700b可固定到喷嘴盘260。管道壁702上可包括多个横向孔704/704′。在一实施例中，喷嘴600′可插入管道700内，从而使喷嘴远端600′b向远端突出到喷嘴盘260的下表面260b之外。喷嘴600′可被构造为用于使液体入口614′与至少一个横向孔704对准。当喷嘴600′插入管道700中时，喷嘴可关闭并至少部分地密封住横向孔704′。
图12C是管道700的纵向截面图，喷嘴600′（图11A）插入管道中。管道壁702可固定（如焊接）到喷嘴盘260，喷嘴600′可固定（如焊接）到管道壁702。上面例如参照图11A-D已经描述了喷嘴600′的特征和部件。喷嘴600′被插入管道壁702中时可用于使流体均匀混合并分配（如液态物料和氢气的混合物）到用于炼油加氢反应的反应器的催化剂床上。
图13是根据本发明另一实施例的流体分配喷嘴800的示意性纵向截面图。喷嘴800可包括基本上为圆筒形的中空喷嘴本体802、盖804、底部808和基本上为圆筒形的内管件806。中空喷嘴本体具有近端部分802a和远端部分802b，盖固定到近端部分802a，所述底部固定到远端部分802b，内管件806轴向地设置在近端部分802a内。
盖804上可具有轴向近端开口805，内管件806可设置在近端开口805内。内管件806可朝近端延伸到盖804之外以限定内管件806的近端806a。喷嘴本体802可具有多个外狭槽814，外狭槽围绕喷嘴本体802周向地布置。内管件806的远端806b可在远端终止在各外狭槽814的远端814b附近的位置。
盖804和底部808可均至少基本上为圆顶状，其中盖804朝远端由窄变宽，底部808朝远端由宽变窄。盖804和底部808均设有螺纹。盖804通过近端部分802a上的螺纹而可与喷嘴本体802密封地接合。底部808通过远端部分802b上的螺纹而可与喷嘴本体802密封地接合。底部808可具有轴向远端开口810，所述轴向远端开口被构造为用于使流体通过该轴向远端开口而流过并被分配。
内管件806可密封地与盖804接合并基本上与喷嘴本体802同心布置。喷嘴本体802和内管件806可共同限定喷嘴800内的空间，其中该空间可包括环形近端空间803a和基本上为圆筒形的远端空间803b。内管件806可具有多个内狭槽812，这些内狭槽围绕近端806a周向地设置。内狭槽812和外狭槽814的结构可至少在一定程度上是本领域技术人员的设计选择。
每个内狭槽812通过内管件806而可与所述空间流体连通。内管件806被构造为用于让气体从内狭槽812通过该内管件流到远端空间803b。喷嘴800可被构造为用于让液体通过外狭槽814流到喷嘴本体802内的远端空间803b中。轴向远端开口810可以是截头锥形状并且朝远端由窄变宽。喷嘴800（例如其远端部分802b）可固定到喷嘴盘260。
在一实施例中，流体分配喷嘴800可以为反应器的喷嘴盘提供使流体有效地混合和分配的喷嘴，其中，可使用现成的管件容易且低成本地组装喷嘴800。在一实施例中，喷嘴800的部件（如喷嘴本体802、盖804和底部808）可由标准不锈钢螺纹管制成，该标准不锈钢螺纹管例如具有符合ANSI/ASME标准B1.20.1的美国国家标准管螺纹（NPT）的螺纹。
图14A是示意性侧剖视图，示出了根据本发明另一实施例的反应器20的一部分。反应器20可容装初级物料分配单元200′、次级物料分配单元200和催化剂支撑单元400。初级物料分配单元200′和次级物料分配单元200可均包括上面描述的（例如参照图4A-13所述的）部件、特征和特性。
反应器20包括反应器壳体30。反应器壳体30的至少一部分具有基本上竖直的壳壁32。催化剂支撑单元400、初级物料分配单元200′和次级物料分配单元200可均被设置为至少基本上水平并垂直于反应器壳体30的壁。图14A中仅示出两个催化剂支撑单元400、一个初级物料分配单元200′和一个次级物料分配单元200。在一实施例中，反应器20可容装多个次级物料分配单元200。每个次级物料分配单元200可均具有相应的催化剂支撑单元400，所述催化剂支撑单元用于支撑设置在每个次级物料分配单元200（如参照图5A）之下的催化剂床402。每个催化剂支撑单元400可均包括多个催化剂支撑梁406、多个筛板408和多个栅板410。为清楚显示起见，图14A-F中省掉了催化剂床402。
图14B是沿图14A的线14B-14B所视的反应器壳体30的平面图，示出了催化剂支撑单元400的部件，催化剂支撑单元400包括多个催化剂支撑梁406和多个筛板408。每个催化剂支撑梁406可均跨越反应器壳体30。筛板408可共同限定催化剂筛，催化剂筛至少基本上占据了反应器壳体30截面面积的100%。进一步参照图14B，示出移走了一个筛板408以露出栅板410。
图14C是图14B中的催化剂支撑单元400的平面图，图中移走了所有筛板408并示出了多个栅板410。催化剂支撑梁406可支撑栅板410。筛板408可进而又被栅板410支撑。位于周围的栅板410具有弓形外边缘，栅板可被催化剂支撑梁406和外周的壳体壁架404共同支撑。每个催化剂支撑梁406可均包括一对横向支撑杆414（如参照图14E）。图14C中示出移走了三个栅板以露出壳体壁架404和支撑杆414的部分。
进一步参照图14B和14C，应该理解为，催化剂支撑单元400并不局限于在图14B和14C中的所示的栅板410和筛板408结构，其他数量和结构的栅板410以及其他数量和结构的筛板408也在本发明范围内。在一实施例中，可容易组装和拆卸催化剂支撑单元400的部件。在一附属实施例中，可通过多个销（如未示出的楔形销）将催化剂支撑单元400的部件相互固定。
图14D是催化剂支撑单元400的一部分的平面图，图中移走了筛板408和栅板410以更充分地露出催化剂支撑梁406和壳体壁架404。在一实施例中，壳体壁架404可包括壳壁32的内表面32a上的堆焊材料。尽管图14D中示出了两个催化剂支撑梁406，但是本发明绝不局限于每个催化剂支撑单元400具有两个这样的梁。在一实施例中，每个催化剂支撑单元400可典型地包括约2至6个催化剂支撑梁406。
图14E是截面图，示出了沿图14B中的线14E-14E所视的催化剂支撑梁406、栅板410和筛板408；图14F是截面图，示出了沿图14D中的线14F-14F所视的催化剂支撑梁406，该催化剂支撑梁与反应器壳壁32和壳体壁架404相关联。如上所述，每个催化剂支撑梁406可均包括一对横向支撑杆414。横向支撑杆414可被构造为用于支撑每个栅板410的至少一部分。多个上述栅板410进而共同支撑多个所述筛板408。所述多个筛板408可共同形成筛，所述筛被构造为用于基本上跨越反应器壳体30的整个截面区域，所述多个筛板408可共同被构造为用于支撑催化剂床402（如参照图5A）。每个催化剂床402可均包括颗粒状固体催化剂层，对于本领域普通技术人员来说这是公知的。
根据文中教导和实例可对本发明作出各种变形。因而可理解为，在所附权利要求书的范围内，可以以不同于文中具体描述或阐释的方式实施本发明。

Claims (20)

1.一种反应器系统，包括：
(a)反应器壳体；
(b)初级物料分配单元，所述初级物料分配单元设置在反应器壳体内；以及
(c)至少一个次级物料分配单元，所述次级物料分配单元设置在反应器壳体内并位于初级物料分配单元之下，其中：
(d)初级物料分配单元包括第一偏转板和第一喷嘴盘，所述第一喷嘴盘设置在该第一偏转板之下；以及
(e)所述的至少一个次级物料分配单元包括收集盘和第二喷嘴盘，所述第二喷嘴盘设置在该收集盘之下，其中第一喷嘴盘和第二喷嘴盘均包括多个喷嘴，每个喷嘴均包括喷嘴本体，喷嘴本体包括远端本体部分，远端本体部分具有至少一个液体入口，液体入口被构造为用于使液体流过该液体入口，所述远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间，其中每个液体入口均被设置为与远端本体部分的内表面相切。
2.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：
(a)所述第一偏转板被设置为至少基本上垂直于反应器壳壁，以及
(b)所述第一偏转板的面积大约在反应器壳壁的截面面积的70％至100％的范围内。
3.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：所述第一偏转板至少基本上是圆形的。
4.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：
(a)所述的至少一个次级物料分配单元还包括第二偏转板，所述第二偏转板设置在收集盘和第二喷嘴盘之间，
(b)所述第二偏转板被设置为至少基本上垂直于反应器壳壁，以及
(c)所述第二偏转板的面积大约在反应器壳体截面面积的5％至50％的范围内。
5.根据权利要求4所述的反应器系统，其中：所述第二偏转板至少基本上是矩形的并且具有穿过该第二偏转板的多个穿孔。
6.根据权利要求4所述的反应器系统，所述反应器系统还包括基本上为圆筒状的立式管，所述立式管固定至收集盘的上表面并且至少基本上垂直于所述收集盘延伸，其中所述第二偏转板包括位于中央的整体部分，所述位于中央的整体部分的面积大于所述立式管的截面面积。
7.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：所述收集盘包括多个收集盘部。
8.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：其中第一喷嘴盘和第二喷嘴盘均包括多个喷嘴盘部。
9.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：至少一个次级物料分配单元中的每一个均还包括设置在收集盘上的混合箱，其中所述混合箱基本上是两件式结构。
10.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：所述混合箱包括第一半混合箱和第二半混合箱，所述混合箱被构造为用于通过第一半混合箱和第二半混合箱中的每一个上的连接凸缘而将第一半混合箱可拆卸地连接到第二半混合箱。
11.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：所述远端本体部分具有多个液体入口，各液体入口均为线性的。
12.根据权利要求1所述的反应器系统，其中：
(a)第一喷嘴盘和第二喷嘴盘中的至少一个包括多个管道，每个管道均具有设置在管道中的管道插入件，其中：
(b)每个管道插入件均包括一个喷嘴，所述喷嘴本体具有本体壁，以及
(c)每个液体入口均包括设置在远端本体部分的壁内的弯曲通道。
13.一种反应器系统，包括：
(a)具有内壁的反应器壳体；
(b)设置在反应器壳体内的初级物料分配单元；和
(c)至少一个次级物料分配单元，所述次级物料分配单元设置在反应器壳体内并且位于初级物料分配单元之下，每个次级物料分配单元均包括：
(d)收集盘；
(e)设置在收集盘之下的喷嘴盘；
(f)固定到反应器壳体内壁的至少一个支撑环，和
(g)多个桁架，每个桁架均跨越所述的至少一个支撑环，每个桁架均具有上部凸缘和下部凸缘，上部凸缘支撑收集盘，下部凸缘支撑喷嘴盘。
14.根据权利要求13所述的反应器系统，其中：所述收集盘包括多个收集盘部。
15.根据权利要求14所述的反应器系统，其中：所述喷嘴盘包括多个喷嘴盘部。
16.根据权利要求13所述的反应器系统，所述反应器系统还包括：
(a)设置在反应器壳体内的催化剂支撑单元；和
(b)周向地设置在反应器壳体内壁上的壳体壁架，所述催化剂支撑单元包括
(c)被支撑在壳体壁架上的多个催化剂支撑梁，其中每个催化剂支撑梁均水平设置并被构造为跨越反应器壳体，
(d)被支撑在所述多个催化剂支撑梁上的多个栅板，以及
(e)被支撑在所述多个栅板上的多个筛板；其中所述多个筛板被构造为用于共同支撑催化剂床。
17.根据权利要求13所述的反应器系统，其中：所述喷嘴盘包括一系列流体分配喷嘴，每个喷嘴均具有喷嘴本体和至少一个液体入口，所述液体入口被设置为与喷嘴本体的内表面相切。
18.一种用于催化反应器的物料分配单元，包括：
(a)偏转板；和
(b)设置在偏转板之下的喷嘴盘，其中喷嘴盘包括多个喷嘴，每个喷嘴均包括喷嘴本体，喷嘴本体包括远端本体部分，远端本体部分具有至少一个液体入口，液体入口被构造为用于使液体流过该液体入口，远端本体部分限定了基本上为圆筒形的远端空间，其中每个液体入口均被设置为与远端本体部分的内表面相切。
19.根据权利要求18所述的物料分配单元，其中：
(a)所述物料分配单元包括次级物料分配单元，
(b)所述偏转板包括第二偏转板，所述第二偏转板具有位于中央的整体部分，以及
(c)所述次级物料分配单元还包括收集盘和设置在收集盘的上表面上的混合箱，其中混合箱是两件式结构。
20.根据权利要求18所述的物料分配单元，其中：所述多个喷嘴以喷嘴阵列的形式设置在第一喷嘴盘和第二喷嘴盘中的每一个上，所述喷嘴阵列具有三角形排列，该三角形排列中的喷嘴间距大约在5英寸至10英寸的范围内。
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