CN103212345B - 一种悬空结构的气液分布器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬空结构气液分布器，分布器由外管和内管组成，外管和内管靠支撑板联接，外管通过盖板使其顶端封闭，外管壁上开有作为气液流体入口的孔道，外管为支撑管，安装在分布器塔盘上，内管为悬空结构，其下部离塔盘的距离为30-50mm，通过支撑板安置在外管上；支撑板为内管与外管之间的一块环形板，将内管固定，使其为悬空结构，并阻止流体沿内管与外管之间的环隙向下流动，外管的出口端为扩口结构，其直径为直管段直径的1.2倍，高度为直管段直径的0.2倍；该结构保留了抽吸式流动的优点，可有效解决塔板倾斜引起的液体分布不均匀问题，分布器压降为2～3kPa，是一种低压降分布器。

Description

一种悬空结构的气液分布器

技术领域

本发明涉及一种在气液两相流动条件下将入口液体均匀分散于其下部空间的悬空结构的气液分布器。

技术背景

气液分布器是加氢反应器中重要的内构件，气液两相通过分布器，均匀分布到催化剂床层。其性能优劣主要从以下三个方面衡量：压降、分布性能和操作弹性，其中分布性能从液体分布喷洒面和液体沿径向分布的峰值两方面来衡量，液体喷洒面越大，沿径向分布的峰值越小，说明分布器的分布性能越好。

随着对气液分布器原理的不断研究，纯溢流型分布器已不再使用，目前主要采用抽吸型和溢流—抽吸混合型结构。从目前专利文献报道看，气液分布器结构主要分为三种类型：

(1)烟囱型：在塔盘上装有多根以三角形或四边形方式排列的竖管，竖管侧面开有高度不同的多个孔道作为液体通道，靠近顶部处开一三角形缺口，作为气体通道。竖管顶部封闭，防止液体灌入。

烟囱型分布管属于溢流式结构，流量由分布管周围液位高度决定，一旦塔板出现倾斜，将造成梯型液体分布。针对这一问题，EXXON公司1968年提出采用安装两种长度分布管的方法解决，在低液量时完全由短管进行液体分布，为保证分布的均匀性要求管顶部至少低于液面38mm。液量增大时，液体与气体从管顶部缺口一起流入，带有一定抽吸能力，保证了塔板有较宽的操作区间。Mobil Oil公司1996年(US 5,484,578)提出安装两种不同开孔的分布管，其中一种分布管只在一个较高的高度开孔，另一种分布管在较高和较低两个位置开孔，从而保证塔板上有一定液位高度。

Morten Muller公司在2009年(US 7,506,861B2)提出一种复合式结构，由一根较短的进入液面以下的短管作为供液管，通过分布管的侧壁开孔将液体输入；分布管则顶部开口，供气体流入，液体靠自身重力和气体的吸力流动，因此这种结构具有溢流—抽吸特点。CHEVRONTEXACO公司根据泡罩型结构易出现气—液分相的缺点，在2006和2009年(US 2006/0078483A1；US 7,473,405B2)提出了溢流—抽吸喷嘴型结构，喷嘴具有文丘里管特点，即喷嘴为收缩—扩张管。

(2)泡罩型。泡罩型分布器是1992年Union Oil Company提出的(US 5,158,714)。通过在一根竖管外面同轴安装一直径更大的圆帽构成泡罩，泡罩底部沿与母线平行方向开若干条缝隙。液位达到泡罩下缘(裙边)时，分布器进入工作状态，液体被气体吸入形成并流流动。两流体首先沿竖管和泡罩间环隙向上流动，超越竖管顶部后折返向下流动，从竖管底部喷出。

与溢流式烟囱型分布管不同的是，泡罩型结构液体流动的推动力是气体的高速流动所产生的对液体的抽吸夹带，因此，对塔板上的液位变化不敏感，这是其最大优点。泡罩型分布器由于性能优越，在全世界得到普遍使用，我国也较早进行了技术引进并对其液体分布不宽的问题进行了改进(ZL 97202674.6；ZL 98250778.X)，主要方法是在分布管下面安装碎流板，使液体破碎成沿径向流动的液滴。至此，这种分布器的结构基本确定，只有少量改进报道。例如，2003年Fluor Corporation(US6,508,459B1)提出在内筒与泡罩间增加连接件，并在出口管底部安装直径小于内筒的碎流板；中国专利ZL 200620134122.0提出将圆泡帽采用的竖直条缝改为螺旋形条缝以获得旋转动量和更强的液体携带能力。

(3)气提(vapor-lift)型。这种类型分布器是由丹麦HaldorTopsoe公司1999年开发的，2009年又作了改进(US 5,942,162A；US7,600,742B2)。它是由两根长度不等的圆管平行排列并在顶部呈倒“U”型汇合形成。其中，短管离开塔板一定高度，并在离其下端口一定距离处开孔，供气体流动。当塔板液面上升而将短管入口堵住时，液体将在气体的夹带下进入长管，然后向下喷出。

气提式分布器和泡罩式分布器相比，有更多优点，它克服了泡罩结构体积大的缺陷，因而能增加喷射点个数，获得更好的分布效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有气液流动方式的分布器结构，克服目前气液分布器中普遍存在的液体沿分布管壁呈膜状流动和管内液团尺寸太大造成液体不易分散的缺点。

本发明所述的悬空结构气液分布器，由外管和内管组成，外管和内管靠支撑板联接，外管通过盖板使其顶端封闭，外管壁上开有作为气液流体入口的上孔道和下孔道，外管为支撑管，安装在分布器塔盘上，内管为悬空结构，其下部离塔盘的距离为30-50mm，通过支撑板安置在外管内壁上；

支撑板为内管与外管之间的一块环形板，将内管固定，使其为悬空结构，并阻止流体沿内管与外管之间的环隙向下流动。

外管(1)的出口端(7)为扩口结构，其直径为直管段直径的1.2倍，高度为直管段直径的0.2倍。

本发明将分布器设计为悬空结构，可使壁流和液团在到达下降管出口后失去支撑面，再在悬空段内受气流冲击而转化为细小液滴，使气液分散度得到提高。该结构保留了抽吸式流动的优点，可有效解决塔板倾斜引起的液体分布不均匀问题。

在直径280mm的有机玻璃冷模试验装置上测定了结构为I型的单个分布器的液体分布效果和压降。实验观察和实验图片表明，分布器抽吸作用明显，能观察到液体在两管环隙间的运动，液体分散效果很好，没有出现大的液团。液体分布数据(见附图5)表明，在半径为50mm的区域内液体分布基本上是均匀的，且分布曲线形状基本不变，表现出良好的操作弹性。当多个分布器组合成分布塔盘时，考虑到单个分布器间液体分布的叠加效应，管间距可为150～160mm，使大直径反应器加工中所需分布器的数量限制在一个比较合理的范围内。

根据表1所提供的压降测定数据，分布器压降约为2～3kPa，说明这是一种低压降分布器。

表1气液两相流体经过气液分布器的压降(kPa)

附图说明

图1悬空结构的I型气液分布器结构示意图。

图2悬空结构的II型气液分布器结构示意图。

其中：1外管、2盖板、3内管、4孔道、5孔道、6环板、7出口端

图3I型气液分布器的径向液体速度分布测定。

图4II型气液分布器的径向液体速度分布测定。

图5气液分布器的径向液体速度分布测定的液体分布图。

具体实施方式

如附图1、2所示，本发明所述的悬空结构的气液分布器分布器是由外管1和悬空放置的内管3共同组成，内管3靠环板6安装在外管1的内壁。外管1为支撑管，安装在分布器塔盘上。为使分布管具有抽吸作用，通过盖板2使外管1顶端封闭。外管1壁上开一定数量的椭圆形上孔道4和下孔道5作为气液流体入口。为提高液体分散半径，外管1的出口端7设计为扩口结构。根据对抽吸作用的要求不同，分布器可设计为I型和II型两种结构，两者的区别在于II型结构仅在外管1下部下开孔5，气液流道是共用的，类似于传统泡罩式结构。

为保证液体从内管3底部流出后有一段分散空间，应使其下部离塔盘的距离保持在20mm以上，优选范围为30-50mm。另外，为扩大液体分散范围，出口端7的末端直径可设计为直管段直径的1.2倍，高度为直管段直径的0.2倍。

Claims (2)

1.一种悬空结构气液分布器，分布器由外管(1)和内管(3)组成，外管(1)和内管(3)靠支撑板(6)联接，外管(1)通过盖板(2)使其顶端封闭，外管(1)壁上开有作为气液流体入口的上孔道(4)和下孔道(5)，外管(1)为支撑管，安装在分布器塔盘上，其特征在于:

内管(3)为悬空结构，其下部离塔盘的距离为30-50mm，通过支撑板(6)安置在外管(1)内壁上；

支撑板(6)为内管(3)与外管(1)之间的一块环形板，将内管(3)固定，使其为悬空结构，并阻止流体沿内管(3)与外管(1)之间的环隙向下流动。

2.根据权利要求1所述的悬空结构气液分布器，其特征在于：外管(1)的出口端(7)为扩口结构，出口端(7)的末端直径为直管段直径的1.2倍，高度为直管段直径的0.2倍。