CN103100353A - 一种上流式反应器气液分配盘及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上流式反应器气液分配盘及及应用，在分配盘上设置适宜数量的升液管，升液管为两端开口的直通管，上端开口连接在分配盘塔板上，与塔板上部连通，下端开口深入气液分配盘下方的液面。在升液管的外侧，分配盘塔板下方和液面之间的空间形成集气室。在分配盘塔板上，升液管开口的周围间隙中，均匀设置单向阀门，单向阀门控制物流由下向上流通。本发明气液分配盘可以使气相以微小气泡形式分配在液相中，提高气液两相的传质效率。

Description

一种上流式反应器气液分配盘及应用

技术领域

本发明涉及一种上流式反应器气液分配盘及应用，属于石油化工领域，尤其适用于气液两相进料的上流式反应器内气液两相物流的均匀分配。

背景技术

在石油化工领域中，固定床反应器应用最为广泛。根据固定床反应器的进料方式，可以分为上进料（即下流式）和下进料（即上流式）固定床反应器。以固定床加氢反应器为例，其传质的理想状态为：氢气不断地溶解在原料中，原料与催化剂接触，进行加氢反应。所以为了更好地发挥催化剂的性能，必须设置合理的反应器内构件，使得气液物流分配均匀，促进气相充分溶解在原料中。气液分配盘就是一种用于将气液两相物流充分混合，同时均匀地分配到催化剂床层的反应器内构件。

常规的固定床加氢反应器为下流式形式，人们对下流式加氢反应器的气液分配盘研究较多，设计也非常成熟。由于上流式加氢反应器的传质效率稍低，所以应用不是十分广泛，只是在一些特殊设计中使用。人们对上流式加氢反应器气液分配盘的研究和设计也比较少。

在上流式反应器中，气液两相向上流动时，一般情况下液相为连续相，一部分气相溶解于液相中，一部分未溶解的气相以气泡的形式向上流动，气泡的直径越小，气液两相界面的面积越大，气相的溶解度就会增加。在实际运行中，由于液流的扰动等原因，气泡会发生碰撞、聚并，气泡直径增大，气液两相界面积减小，导致气相的溶解度降低。因此，在上流式反应器中设计合理的气液分配盘，促进气相均匀分配，增加气液两相界面积，对于提高上流式反应器的传质效率尤为重要。

CN00807042.3和CN97193150.X中，描述了一种上流式气液分配盘，在封闭的分配盘上向下连接多个圆筒状的升液管，由下而上的液相经过升液管进入分配盘的上面，升液管外侧与封闭的分配盘形成的空间为集气室，集气室中收集分配盘下面气液两相中分离的气相，集气室的气相由升液管侧壁开的小孔进入升液管，形成较小气泡，与液相接触传质。该方法的升液管侧壁小孔大小很难设计，开孔稍大会导致气液两相液面上升至开孔处，气相的流动会时缓时急，分配不均匀；开孔较小则集气室的气相逐渐增多，气液两相液面降至升液管末端，气相也经过升液管上升，无法控制气泡的大小。

US5298226公开了一种气液分配盘，其通过在气液分配盘上不同的开孔率，即分配盘中心处开孔率较低，沿半径至边缘的开孔率依次增加，主要目的是防止气液两相流动不均。该方法可以控制流体分布，不能提高气液两相的传质效率。

上述现有技术也存在操作不灵活的问题，即只有在操作条件与设计条件比较吻合的条件下，才能具有较好的使用效果，当操作波动时，该气液分配盘无法适应操作条件的变化，进而导致气液混合效果的恶化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种上流式反应器气液分配盘及应用，可以使气相以微小气泡形式分配在液相中，提高气液两相的传质效率。

本发明上流式反应器气液分配盘，在分配盘上设置适宜数量的升液管，升液管为两端开口的直通管，升液管上端开口连接在分配盘塔板上，与塔板上部连通，升液管下端开口伸入气液分配盘下方的液面；在升液管的外侧，分配盘塔板下方和液面之间的空间形成集气室；在分配盘塔板上，升液管开口的周围均匀设置通气单向阀门，通气单向阀门控制物流由下向上流通。

本发明的上流式反应器气液分配盘中，升液管的内径为2～25cm，优选为5～15cm，高度为10～100cm，优选为15～80cm。分配盘上升液管的物料流通总截面积应不小于反应器入口管的截面积。

本发明的上流式反应器气液分配盘中，通气单向阀门为本领域技术人员所熟知的结构，优选为分配盘塔板上锥台形开口中设置球形阀芯结构。单项阀门的上端开口直径为0.5～10cm，优选为1～5cm，分配盘上单向阀门的物料流通总截面积为升液管物料流通总截面积的2～25倍，优选为2～10倍。单向阀门出口处设置破碎气泡的网状隔栅，对小气泡做二次破碎，使之形成微气泡。破碎隔栅网设计成发散状导流结构，使得被破碎的气泡以单项阀门为中心，呈发散状态向上流出，减少气泡的碰撞、聚并。

本发明上流式反应器，包括反应器筒体，在反应器筒体内下部设置本发明上述的气液分配盘。反应器筒体顶部设置反应后物料排出口，反应器筒体底部设置反应物料入口。反应器筒体内气液分配盘可以设置一个，也可以根据需要设置多个，一般来说可以设置1～4个。

本发明的上流式反应器气液分配盘一般用于上流式烃类加氢反应器中，如固定床渣油加氢上流式反应器、液相循环加氢反应器、悬浮床加氢反应器、膨胀床加氢反应器等。

本发明的上流式反应器气液分配盘采用了特殊的设计，可以在较短的距离内实现气泡均匀二次分布。当气液混合物料进入反应器后，经过反应器下部催化剂床层，由于溶解的气相参与反应以及催化剂床层的扰动，使得液相中溶解的气体减少。气液物料离开反应器下部催化剂床层向上流动时，流动速度差异会造成气相上升速度较快，汇集于集气室，液相则由升液管向上通过气液分配盘。当集气室内气相的压力较气液分配盘上面液相压力小时，气液分配盘上的单项阀门处于关闭状态；当集气室内气相的压力较气液分配盘上面液相压力大时，气液分配盘上的单项阀门打开，气相通过单项阀门向上流动，经过导流破碎隔栅网形成放射状分散的微小气泡，在液相中均匀分布。

具体地说，本发明具有如下优点：

1、气相从集气室通过单向阀门时，首先经过阀门控制部件的破碎，之后通过破碎隔栅网的二次导流破碎，形成放射状分散的微小气泡向上流动，促进气相均匀分布，减少气泡的碰撞和聚并，大大增加了气液两相界面积，使得气相能够比较充分的溶解于液相中，提高反应器的传质效率。

2、单向阀门的结构简单，安装方便，体积小巧，空间利用率高，不破坏现有反应器结构。

3、在现有反应器结构的基础上，只需要做简单的改动即可实现，改造费用很低。

4、操作灵活，本发明的气液分配盘适应的操作条件范围较宽，当操作条件波动或需要调整时，仍具有良好的气液分配效果。

附图说明

图1是本发明气液分配盘侧面示意图；

图2是本发明实施例1气液分配盘上单向阀门的侧面放大示意图；

图3是本发明实施例1气液分配盘上单向阀门的俯视放大图。

其中：1-单向阀门，2-导流隔栅破碎网，3-单向阀门球形阀芯，4-升液管，5-液面，6-上流式气液分配盘塔板，7-反应器壁，8-催化剂床层，9-集气室，10-下小上大的锥筒状环形壁，11-隔栅，12-破碎网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种上流式反应器气液分配盘予以进一步说明。

如图1、2所示，在反应器壁7内，上流式反应器气液分配盘由上流式气液分配盘塔板6、单向阀门1和升液管4构成。单向阀门1由单向阀门操作机构3和具有导流功能的隔栅破碎网2构成。当气液混合物料进入反应器后，经过反应器下部催化剂床层，由于溶解的气相参与反应以及催化剂床层的扰动，使得液相中溶解的气体减少。气液物料离开反应器下部催化剂床层向上流动时，流动速度差异会造成气相上升速度较快，汇集于集气室9，液相则由升液管4向上通过气液分配盘塔板6。当集气室9内气相的压力较气液分配盘上面液相压力小时，气液分配盘上的单项阀门1处于关闭状态；当集气室9内气相的压力较气液分配盘上面液相压力大时，气液分配盘上的单项阀门1打开，气相通过单项阀门1向上流动，经过破碎隔栅网2形成放射状分散的微小气泡，在液相中均匀分布。

为进一步说明本发明的方案，列举以下实施例：

实施例1

如图1、2所示，上流式反应器气液分配盘由上流式气液分配盘塔板6、单向阀门1和升液管4构成。本实施例的单向阀门1采用圆球形单向阀门操作机构，即圆球形单向阀门操作机构向上升起时，物流单向通过。单向阀门1由圆球形单向阀门操作机构3和具有导流功能的隔栅破碎网2构成。隔栅破碎网2由两层下小上大的锥筒状环形壁10、锥筒状环形壁10之间均匀分布的隔栅11以及上面筛网状的破碎网12组成。当气液混合物料经过反应器下部催化剂床层后，液相由升液管4向上通过气液分配盘塔板6，气相汇集于集气室9。当集气室9内气相的压力较气液分配盘上面液相压力小时，气液分配盘上的单项阀门1处于关闭状态；当集气室9内气相的压力较气液分配盘上面液相压力大时，气液分配盘上的单项阀门1的圆球形单向阀门操作机构3打开。气相通过单项阀门1向上流动时，由于受到圆球形单向阀门操作机构3的阻挡，气相会从圆球形单向阀门操作机构3的四周通过，使得气相形成均匀分布的环形气流。当环形气流通过破碎隔栅网2时，经过两层下小上大的锥筒状环形壁10导流，形成放射状气流，通过隔栅11和破碎网12的破碎作用，形成分散的微小气泡，在液相中均匀分布。

Claims (10)

1.一种上流式反应器气液分配盘，在分配盘上设置适宜数量的升液管，升液管为两端开口的直通管，升液管上端开口连接在分配盘塔板上，与塔板上部连通，升液管下端开口伸入气液分配盘下方的液面；在升液管的外侧，分配盘塔板下方和液面之间的空间形成集气室；其特征在于：在分配盘塔板上，升液管开口的周围均匀设置通气单向阀门，通气单向阀门控制物流由下向上流通。

2.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：升液管的内径为2～25cm，高度为10～100cm。

3.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：升液管的内径为5～15cm，高度为15～80cm。

4.按照权利要求1或2所述的气液分配盘，其特征在于：分配盘上升液管的物料流通总截面积应不小于反应器入口管的截面积。

5.按照权利要求1所述的气液分配盘，其特征在于：通气单向阀门为分配盘塔板上锥台形开口中设置球形阀芯结构。

6.按照权利要求1或5所述的气液分配盘，其特征在于：单项阀门的上端开口直径为0.5～10cm，优选为1～5cm，分配盘上单向阀门的物料流通总截面积为升液管物料流通总截面积的2～25倍，优选为2～10倍。

7.按照权利要求6所述的气液分配盘，其特征在于：单向阀门出口处设置破碎气泡的网状隔栅。

8.按照权利要求7所述的气液分配盘，其特征在于：破碎隔栅网为发散状导流结构，使得被破碎的气泡以单项阀门为中心，呈发散状态向上流出。

9.一种上流式反应器，包括反应器筒体，其特征在于：在反应器筒体内下部设置权利要求1至8任一权利要求所述的气液分配盘。

10.按照权利要求9所述的上流式反应器，其特征在于：反应器筒体顶部设置反应后物料排出口，反应器筒体底部设置反应物料入口，反应器筒体内气液分配盘可以设置1～4个。

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