CN103521140A - 一种固定床反应器的入口气体分布器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固定床反应器的入口气体分布器，其底部采用带孔的圆形底板，圆形底板上部为侧向开孔的锥形筒体。所述锥形筒体的侧向开孔为轴向长圆孔，且所述轴向长圆孔分布在锥形筒体下部，且位置靠近所述圆形底板。所述锥形筒体的半顶角范围为2°至3°，且所述锥形筒体的侧向开孔面积与所述圆形底板的开孔面积的总和是所述固定床反应器的进料管流通面积的3至4倍。本发明的锥形桶状开孔式结构简单，能使气流分布更均匀，防止发生偏流，避免催化剂床层出现死区和短路，并极大地减小了进口气体对分布器底部的圆形底板碰撞后形成较大的反向动能，从而减轻气流对固定床反应器器壁的冲蚀。

Description

一种固定床反应器的入口气体分布器

技术领域

本发明涉及供油及化工装置的固定床反应器领域，特别是涉及一种固定床反应器的入口气体分布器。

背景技术

国内大量的炼油和化工装置中，均有大量的固定床反应器，如合成氨、甲醇和制氢装置中常配备的加氢、脱硫、高变、中变和低变等反应器。作为相应装置的核心设备，固定床反应器的工作环境通常是高温、高压、临氢及高温硫和硫化氢环境。在工作过程中，反应气从顶部进入反应器，经过入口气体分布器后，进入催化剂床层完成反应，再经出口气体收集器收集排出。典型的固定床反应器的外形结构如图1所示。

目前，国内固定床反应器的入口气体分布器普遍采用的是碟板式气体分布器，其结构如图2所示。该入口气体分布器的底部为圆形挡板8（无开孔），上部为多层环形隔板9，环形隔板9之间以四根筋板连接，气体自上而下从环形隔板9中间的空隙向周围扩散，经反应器器壁折流，再向下分布，进入催化剂床层7进行反应，其工作原理如图3所示，易知存在如下不足：

1、气体呈规则伞状流动，气流为按股状分布的流动气束6，在反应器内分布不均匀，易出现偏流和短路现象，从而会形成催化剂死区10，如图3所示。

2、机械强度较小，在入口高速气流的冲击下，会产生一定频率的振动，长期操作易造成分布器结构件的疲劳破坏。其中任何一块碟板的损坏变形，都会造成入口气流分布的较大波动，导致催化剂死区10的面积增大。

3、这种入口气体分布器是通过调整环形隔板9内直径的大小、环形隔板9的数量以及环形隔板9之间的间距，来调整分布器上气体流通面积。利用环形隔板的几何间隙，反应气体分流后利用反应器封头的器壁反吹扰流，进入催化剂床层10进行反应。在反应器设计时就要考虑这种分布方式对封头的冲蚀会缩短反应器的使用寿命，从而使冲击反力成为反应器失效必须考虑的主要因素之一。

因此，针对国内目前石油化工装置中固定床反应器普遍采用的碟板式入口气体分布器存在的不足，本发明对入口气体分布器的结构进行改进，使气体分布更为均匀，防止发生偏流和短路，降低流体死区，提高催化剂的利用率是很有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种固定床反应器的入口气体分布器，用于解决现有入口气体分布器存在的局限性问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种固定床反应器的入口气体分布器，其底部采用带孔的圆形底板，圆形底板上部为侧向开孔的锥形筒体。

本发明的有益效果是：与碟板式气体分布器相比，本发明的锥形桶状开孔式结构简单，且机械强度好。通过锥形筒体与圆形底板的开孔，在侧面与底面形成气体的旋转扰流，入口气流由股状分布变为细束状分布，使气流分布更均匀，防止发生偏流，避免催化剂床层出现死区和短路，提高催化剂的利用率。同时，极大地减小了进口气体对分布器底部的圆形底板碰撞后形成较大的反向动能，其冲击力在扩散轨迹上因不断被扰动而衰减，从而减轻气流对固定床反应器器壁的冲蚀，提高固定床反应器的使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述圆形底板上的开孔为圆形孔，且各圆形孔按正三角形或正方形均匀排列。

进一步，所述圆形底板上的开孔的直径大于或等于8毫米，且各开孔间的间距大于或等于20毫米。

采用上述进一步方案的有益效果是：使圆形底板上的开孔符合反应器布管限定区域的要求，且给出了开孔的尺寸要求，既符合一定的开孔率，又能兼顾圆形底板抗击气流冲击的刚性需要以及加工工艺水平的限制，气体分布更为均匀，气流对固定床反应器器壁的冲蚀减弱，提高了固定床反应器的使用寿命。

进一步，所述锥形筒体的侧向开孔为轴向长圆孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用轴向长圆孔，便于根据锥形筒体的尺寸调节开孔面积，锥形筒体越高则轴向长圆孔的轴向尺寸越大，锥形筒体的内直径越大则轴向长圆孔的数量越多。

进一步，所述轴向长圆孔分布在锥形筒体下部，且位置靠近所述圆形底板。

进一步，所述轴向长圆孔半径大于或等于5毫米，且各轴向长圆孔的孔间净距离大于或等于弧长12毫米。

采用上述进一步方案的有益效果是：给出了轴向长圆孔的尺寸及位置要求，既符合一定的开孔率，又能兼顾锥形筒体自身结构稳定性需要以及加工工艺水平的限制。

进一步，所述轴向长圆孔的顶端至所述固定反应器的进气口底部的距离大于或等于60毫米至80毫米。

采用上述进一步方案的有益效果是：减小了气体偏转对进气管的影响。

进一步，所述锥形筒体的侧向开孔面积与所述圆形底板的开孔面积的总和是所述固定床反应器的进料管流通面积的3至4倍。

采用上述进一步方案的有益效果是：能控制气体通过所述入口气体分布器的开孔的气体流速为3米/秒至4米/秒。

进一步，所述锥形筒体的侧向开孔面积和所述圆形底板的开孔面积按7:3或8:2分配。

进一步，所述锥形筒体的半顶角范围为2°至3°。

采用上述进一步方案的有益效果是：在侧面与底面形成气体的旋转扰流，使气流分布更加均匀，防止发生偏流，避免催化剂床层出现死区和短路，提高催化剂的利用率。

附图说明

图1为现有技术中常用的固定床反应器的外形结构示意图；

图2为现有技术中常用的碟板式气体分布器的结构示意图；

图3为现有技术中常用的碟板式气体分布器的工作原理示意图；

图4A为本发明所述入口气体分布器的结构示意图；

图4B为图4A中锥形筒体的侧向开孔的局部放大图；

图4C为图4A中A-A向的剖视图；

图5为本发明所述入口气体分布器的工作原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、入口气体分布器，2、圆形底板，3、锥形筒体，4、进料管，5、轴向长圆孔，6、流动气束，7、催化剂床层，8、圆形挡板，9、环形隔板，10、催化剂死区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图4A至图4C所示，本实施例提供了一种固定床反应器的入口气体分布器1，其底部采用带孔的圆形底板2，圆形底板2上部为侧向开孔的锥形筒体3。所述入口气体分布器1与所述固定床反应器的进料管4连接，且所述锥形筒体3的半顶角范围为2°至3°。

本实施例中，所述圆形底板2上的开孔为圆形孔，且均匀分布，开孔方式一般采用正三角形，受布管限定区域影响也可以采用正方形排布。开孔间距可根据不同操作工况确定。在一定的开孔率下，开孔小而密比大而稀对压降影响小，但开孔越小越易堵塞，同时还应兼顾自身抗击气流冲击的刚性需要以及加工工艺水平的限制，其中优选方案：所述圆形底板上的开孔的直径大于或等于8毫米，且各开孔间的间距大于或等于20毫米。

所述锥形筒体3的侧向开孔为轴向长圆孔5，其分布在锥形筒体3下部，且位置靠近所述圆形底板2。轴向长圆孔5的轴向尺寸通过锥形筒体3的高度调节,锥形筒体3越高则轴向尺寸越大；轴向长圆孔5的数量通过锥形筒体3的内直径调节，锥形筒体3直径越大则轴向长圆孔5数量越多。此外，确定轴向长圆孔5的尺寸时，还要考虑自身结构稳定性以及加工工艺水平，较为优选方案为：轴向长圆孔半径大于或等于5毫米，且各轴向长圆孔的孔间净距离大于或等于弧长12毫米。另外，如图4A所示，为减小气体偏转对进气管的影响，所述轴向长圆孔的顶端至所述固定反应器的进气口底部的距离大于或等于60毫米至80毫米。

为了控制气体通过所述入口气体分布器的开孔的气体流速为3米/秒至4米/秒，所述锥形筒体3的侧向开孔面积与所述圆形底板2的开孔面积的总和需是所述固定床反应器的进料管流通面积的3至4倍，同时还可以使所述锥形筒体的侧向开孔面积和所述圆形底板的开孔面积按7:3或8:2分配。

如图5所示，与碟板式气体分布器相比，本实施例的锥形桶状开孔式结构将入口气流由股状分布变为细束状的流动气束6，气体分布更为均匀，能防止发生偏流，避免催化剂床层7出现死区和短路。同时，细束状的流动气束6极大地减小了进口气体对分布器底部的圆形底板2碰撞后形成较大的反向动能，其冲击力在扩散轨迹上因不断被扰动而衰减，从而减轻气流对固定床反应器器壁的冲蚀，提高固定床反应器的使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固定床反应器的入口气体分布器，其特征在于，其底部采用带孔的圆形底板，圆形底板上部为侧向开孔的锥形筒体。

2.根据权利要求1所述的入口气体分布器，其特征在于，所述圆形底板上的开孔为圆形孔，且各圆形孔按正三角形或正方形均匀排列。

3.根据权利要求1所述的入口气体分布器，其特征在于，所述圆形底板上的开孔的直径大于或等于8毫米，且各开孔间的间距大于或等于20毫米。

4.根据权利要求1所述的入口气体分布器，其特征在于，所述锥形筒体的侧向开孔为轴向长圆孔。

5.根据权利要求4所述的入口气体分布器，其特征在于，所述轴向长圆孔分布在锥形筒体下部，且位置靠近所述圆形底板。

6.根据权利要求4所述的入口气体分布器，其特征在于，所述轴向长圆孔半径大于或等于5毫米，且各轴向长圆孔的孔间净距离大于或等于弧长12毫米。

7.根据权利要求4所述的入口气体分布器，其特征在于，所述轴向长圆孔的顶端至所述固定反应器的进气口底部的距离大于或等于60毫米至80毫米。

8.根据权利要求1所述的入口气体分布器，其特征在于，所述锥形筒体的侧向开孔面积与所述圆形底板的开孔面积的总和是所述固定床反应器的进料管流通面积的3至4倍，用于控制气体通过所述入口气体分布器的开孔的气体流速为3米/秒至4米/秒。

9.根据权利要求1至8中任一所述的入口气体分布器，其特征在于，所述锥形筒体的侧向开孔面积和所述圆形底板的开孔面积按7:3或8:2分配。

10.根据权利要求1至8中任一所述的入口气体分布器，其特征在于，所述锥形筒体的半顶角范围为2°至3°。

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