CN103769004B - 一种急冷氢箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型急冷氢箱。该急冷氢箱自上而下包括集液板、滴液板、隔板和再分布筛板；集液板中心开口处设有折流管；滴液板在中心开口设置集液槽，集液槽中设置有冷氢管环管；所述隔板中心开口处设置有混合管；再分布筛板中心设有导流锥，导流锥四周开有小孔。本发明通过设置集液槽，将上床层的液相收集在集液槽中；冷氢管以环管的形式埋在集液槽的液相中，冷氢从冷氢环管中喷射出来对液相形成搅动和鼓泡，利用冷氢与液相较大的温差增强气-液传热，首先对液相进行取热；与液相换热后的氢气再与油气混合传热，从而大幅提高了急冷氢箱的换热效率。

Description

一种急冷氢箱

技术领域

本发明涉及一种石油化工工艺中并流向下的气液流体混合传热设备，更具体地说，是用于石油加工过程中固定床加氢反应器内使冷氢气与烃类反应物与热氢气充分混合的急冷氢箱。

背景技术

由于全球性环保法规的日趋严格，石油产品中的硫含量问题已备受关注。针对降低硫含量这一问题，世界各主要石油公司都已做了许多努力。而加氢技术是清洁燃料生产过程中必不可少的主要技术，因此如同加氢催化剂和加氢工艺一样，加氢反应器系统的性能和设计自然同样地受到了业内人士的关注，而反应器内构件则是反应器系统的重要组成部分。在生产可满足环保法规要求的石油产品的整个过程中，新催化剂、新工艺的作用能否得到充分发挥，与反应器内构件性能好坏有着密不可分的联系。换言之，内构件作用发挥的好坏直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期。在清洁燃料油生产过程中，采用一套好的内构件技术所得到的效果决不亚于换用一种活性更好的催化剂。

急冷氢箱是加氢反应器关键内件之一。急冷氢箱的功能有两个：取热，控制反应物料温度；混合、中和反应物料的温差。

由于加氢反应是放热反应，部分还是强放热反应，反应物料在流经催化剂床层时，发生加氢反应而放出热量。因此，在流动过程中反应物料的温度是不断上升的，而反应物温度越高，反应速率越快，恶性循环，容易造成整个催化剂床层飞温，产生催化剂结焦而失活。因此，加氢反应器一般均需要设置多个催化剂床层。对于多床层反应器来说，原料油、油气和氢气在上一床层反应后温度升高。为了给下一床层提供适宜的反应温度，就必须采用中间加入冷氢的方式实现取热，即在两个床层间通入适量冷氢，在急冷氢箱的作用下，冷氢、油气和液相油三者充分混合，实现传质与传热，从而实现控制反应物系温度，为下一床层提供适宜的入口反应温度，这是急冷氢箱的第一个功能，即取热。

由于加氢过程是放热反应，固定床反应器是滴流工况，催化剂床层空隙率的变化会影响流场均匀度，进而导致径向温差的产生，即经过一个催化剂床层后，反应物料在床层径向截面上的温度分布不均匀，甚至会出现局部过热点，如果温度不等的物料进入下一个催化剂床层继续反应，会发生局部飞温的情况，对催化剂的活性危害很大，甚至造成部分催化剂结焦失活，会影响产品质量。因此，反应物料在进入下一个催化剂床层前，需要利用冷氢箱将整个反应器截面上的物料收集、混合，将温差消除后再分布到下一个催化剂床层上，这是急冷氢箱的第二个功能，即温度均化。

CN2448440Y公开了一种立式旋流式冷氢箱，该冷氢箱由冷氢管、挡板、半圆形混合通道、切向导流管、混合箱构成。专利CN201140043Y公开了一种水力旋流冷氢箱，该冷氢箱由降落板、引流管、旋流管、旋流管支撑板、混合筒组成。以上两种冷氢箱通过物料的离心旋转运动增加混合效果，其混合效果与物料的旋转流态相关。

专利CN2294771Y公开了一种急冷混合器，该急冷混合器由冷氢管、物流导向盘、环形节流板、物流分散盘、弧形混合槽、隔板、物流导向板构成。专利CN200954445Y公布了一种扁平式冷氢箱，由冷氢管、截流板、两个半圆形混合通道、两个混合室、两个防冲板、两个开孔挡板和筛板孔组成。以上两种冷氢箱通过延长气液流动距离，增加气液接触时间增加传热效果。

专利CN1765483A公布了一种曝气式急冷氢箱，该急冷氢箱包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫组件、环流箱、导流管、混合箱、气体收集分配器和溅锥体组成。该急冷氢箱通过鼓泡增强传热。

上述急冷氢箱的目的通过旋流、延长冷热物料流动路程或扰动物流增加接触面积从而达到冷热物料的传热效果。由于加氢装置运行周期加长，反应初期与末期工况物料的流态变化较大，而物料需要一定的流速才能形成旋转，通过旋流的方式强化传热不可取；气、液两相并流时由于密度差容易形成分层流动，单靠延长流动路径对传热效果增加效果不明显。急冷氢箱的主要功能是实现气液两相反应物料的降温，冷却介质采用冷氢，冷氢温度较低，一般为50～53℃左右，用量较少，一般冷氢在反应物料进入急冷氢箱前打入，打入后冷氢与油气之间的混合传热速率很快，油气温度在进入急冷氢箱前就降低，而液相温度还没有降下来，因此在急冷氢箱内主要是实现油气－液相的混合传热。由于此时气相与液相温差不大，因此主要靠提高传热时间与传热面积来提高传热效率。急冷氢箱的关键点是对液相反应物料的取热。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多层板式急冷氢箱。

由于急冷氢箱的关键点与难点是气－液传热。本发明通过设置集液槽，将整个反应器的液相收集在集液槽中，冷氢管以环管的形式埋在集液槽的液相中，冷氢从冷氢环管中喷射出来对槽中液相形成搅动、鼓泡。冷氢进入反应器时温度较低，利用冷氢与液相较大的温差增强气－液传热，首先进行液相取热，与液相换热后的氢气再与油气混合传热，从而提高急冷氢箱换热效率。

本发明的急冷氢箱自上而下包括四层板式结构，分别为集液板、滴液板、隔板和再分布筛板；所述集液板位于最上层，其为中心开孔的锥板，锥口朝下，在中心开口上设有折流管；所述滴液板为锥口朝上的锥板，位于集液板下方，中心开口处设置有集液槽，滴液板上开有小孔；所述隔板位于滴液板下方，中心开口处（向下）设置有混合管；所述的再分布筛板位于隔板下方，再分布筛板中心设有导流锥，再分布筛板上开有小孔；其中所述的折流管、集液槽、混合管的同轴。

根据本发明的急冷氢箱，其中在所述的集液槽中设置有冷氢管环管。所述的冷氢管环管的底部开有小孔。环管底部距离集液槽底部具有一定距离。所述的折流管的上沿与集液板连接，下沿伸入集液槽中，折流管与集液槽之间形成环缝。

在所述的滴液板上设置有降气管，降气管向上贯穿集液板，上沿高出集液板一定距离，下沿与滴液板相连接。

与现有技术相比较，本发明的多层板式冷氢箱具有以下优点：

1、通过设置集液槽，将整个反应器的液相收集在集液槽中；而滴液板中心设置的折流管的下沿低于集液槽的上沿而高于冷氢管环管的喷气孔，冷氢管以环管的形式埋在集液槽的液相中。冷氢从冷氢环管中喷射出来对集液槽中收集的液相形成搅动和鼓泡。冷氢进入反应器时温度较低，利用冷氢与液相较大的温差增强气－液传热，首先对集液槽中的液相进行液相取热，尽可能实现对液相的取热。与液相换热后的氢气再与油气混合传热，从降气管流往下一层隔板，从而大幅提高了急冷氢箱的换热效率。

2、设置集液槽收集整个反应器截面的液相，有利于液相温度的均化，有利于消除床层热点。液相在集液槽中停留时间为3～5min，受环管中喷出的冷氢搅动，混合效果大大提高，因此温度均化效果远远好于一般急冷氢箱。

3、设置滴液板，将集液槽中的液相分散，并通过液相滴落过程与反应气相接触，实现气－液传热与传质，大大增加了传热效率与传质效果。

附图说明

图1是本发明多层板式急冷氢箱的示意图。

图2是集液板俯视图。

图3是滴液板俯视图。

图4是再分布筛板俯视图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构和工作效果。

如图1所示，本发明的急冷氢箱的主体结构包括集液板1、滴液板2、隔板3、再分布筛板4和反应器壁5。集液板1、滴液板2、隔板3、再分布筛板4均与反应器壁5相连，形成多层板式结构。

集液板1位于最上层，集液板1为中心开孔的锥板，锥口朝下，中心开孔设有折流管6。折流管6为圆筒式结构，其上沿与集液板连接。滴液板2位于集液板1下方。滴液板2为锥口朝上的锥板，位于集液板1下方。滴液板2的中心设有集液槽7，折流管6的下端（下沿）伸入集液槽7中，折流管6的下端（下沿）低于集液槽7的上沿，而高于冷氢管环管8的底部（下表面）。冷氢管环管8位于集液槽7中，冷氢管环管8的底部开有喷气孔9，环管底部距离集液槽7底部具有一定距离。滴液板2上开有滴液小孔10。在滴液板2上靠近圆周边缘处设置有若干个降气管11，降气管11贯穿集液板1，降气管11的上沿高出集液板1一定距离，下沿与滴液板2连接。隔板3位于滴液板2的下方，隔板3为中心开孔的环形板。隔板3的中心设有混合管12，混合管12为圆筒式结构，其上沿与隔板3连接，下沿与再分布筛板4有一定距离。再分布筛板4位于隔板3下方，再分布筛板4为一个圆板，再分布筛板4的中心设有导流锥13，导流锥13是一个圆锥，在导流锥13周围开有小孔14。

图2为集液板1的俯视图。如图2所示，在靠近反应器器壁的圆周上均匀设置多个降气管11。冷氢管环管8位于折流管6中心，冷氢管环管8外径小于折流管6内径。所述的折流管6、混合管12、导流锥13以及集液槽7轴线重合。

图3为滴流板2俯视图。由图3可知，集液槽7位于滴流板2中心，在靠近反应器器壁的圆周上均匀设置多个降气管11，降气管11与集液槽7之间设置有多层滴液孔10。

图4为再分布筛板4俯视图，由图4可知，导流锥13位于再分布筛板4中心，导流锥13的四周分布有小孔14。

其中所述的集液板1锥度一般为170°～178°。所述的滴液板2锥度一般为165°～175°。所述的集液槽7的高径比为0.05～0.2。其中所述的集液板1的折流管6与集液槽7之间形成一定宽度的环缝；其中所述的冷氢管8环管直径为集液槽7直径的50%～90%，冷氢管8环管底部开设有喷气孔9，喷气孔9在冷氢管8环管上均匀布置；其中所述的滴液板2上开设滴液孔10，可以采用正三角形排列，也可以采用环形排列，优选环形排列，开孔率为1%～10%；其中所述的再分布筛板4开设小孔14，开孔率为2%～10%，导流锥13锥底直径为混合管12直径的1～1.5倍，锥度一般为120°～160°；其中所述的折流管6、混合管12、导流锥13以及集液槽7同轴。

下面结合附图，以柴油加氢反应器为例，简单介绍一下本发明的急冷氢箱的工作原理。

从柴油加氢反应器上床层往下流的气液两相物料，温度都在350℃左右，液相滴落在集液板1上，由于集液板1具有一定的坡度，液相向集液板1的中心流动，直接进入集液槽7，整个反应器的液相在集液槽7中汇集混合，达到消除床层温差的目的。集液板1的折流管6插入集液槽7中一定深度，液相必须通过折流才能溢出集液槽7，保证集液槽7中积满液相，并且将在集液槽7中的冷氢管8的环管部分完全浸没。

冷氢管8的环管底部开设有喷气孔9，温度在50～55℃左右的冷氢喷进集液槽，与集液槽中的液相充分混合，由于温差有300℃左右，传热效率大大提高，加上冷氢的搅动作用，液相温度降低。液相降温后溢出积液槽7，顺着滴液板2的坡度向四周流动，滴液板2上开有滴落孔10，液体从滴落孔以液滴的形式滴落在隔板3上。

气相通过降气管6进入到滴落板2与隔板3之间，向隔板3中心流动，经过滴落板1滴落孔10下方时与滴落的液滴碰撞，发生传质传热。两者一起流动到混合管12，整个床层的气相与液相在混合管12第二次混合，进一步消除床层的径向温差。混合后气液相物料下落到再分布筛板4上，经导流锥13的导流作用向四周扩散到筛板上，经筛板上小孔14流动到筛板下，筛板对气液物料起到预分布作用。

Claims (16)

1.一种急冷氢箱，其特征在于，所述急冷氢箱自上而下包括四层板式结构，分别为集液板、滴液板、隔板和再分布筛板；所述集液板位于最上层，其为中心开孔的锥板，锥口朝下，在中心开口上设有折流管；所述滴液板为锥口朝上的锥板，位于集液板下方，中心开口处设置有集液槽，在集液槽中设置有冷氢管环管，滴液板上开有小孔；所述隔板位于滴液板下方，中心开口处设置有混合管；所述的再分布筛板位于隔板下方，再分布筛板中心设有导流锥，再分布筛板上开有小孔；其中在所述滴液板上还设置有若干降气管，降气管向上贯穿集液板，降气管上沿高出集液板，降气管下沿与滴液板相连接。

2.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的折流管的上沿与集液板连接，下沿伸入集液槽中，折流管与集液槽之间形成环缝。

3.按照权利要求2所述的急冷氢箱，其特征在于，所述折流管的下端低于集液槽的上沿，而高于冷氢管环管的底部。

4.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的折流管、混合管、导流锥以及集液槽的中心同轴。

5.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的折流管为圆筒式结构。

6.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述集液槽的上沿与滴液板连接。

7.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的降气管设置于滴液板的靠近边缘处。

8.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的混合管为圆筒式结构，混合管上沿与隔板连接，下沿与再分布筛板隔开一定距离。

9.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的若干降气管沿圆周均匀分布。

10.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，在降气管与集液槽之间设置有多层滴液孔，所述滴液孔的开孔率为1%～10%。

11.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的集液板锥度为170°～178°，所述的滴液板的锥度为165°～175°。

12.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的集液槽的高径比为0.05～0.2。

13.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的冷氢管环管直径为集液槽直径的50%～90%。

14.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述滴液板上开设的滴液孔采用正三角形排列或环形排列。

15.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述的再分布筛板上开有小孔的开孔率为2%～10%。

16.按照权利要求1所述的急冷氢箱，其特征在于，所述导流锥的锥底直径为混合管直径的1～1.5倍，锥度为120°～160°。