CN104096515B - 一种用于加氢反应器的管式急冷混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加氢反应器的管式急冷混合器，以解决现有的管式急冷混合器用于气相反应物较多的混合物流的混合与分布时所存在的限制反应器的处理量、使反应器的操作弹性较小、急冷混合器的高度增加、压力降增加等问题。本发明混合器设有横截面为圆形的圆弧管(2)、直管(3)，还设有位于混合器中心的混合器出口，圆弧管(2)的两端为混合器入口。一根圆弧管(2)和一根直管(3)组成一组管组件(1)；直管(3)的入口连接于圆弧管(2)的中部，直管(3)的出口连接于混合器出口。管组件(1)至少设置2组，绕加氢反应器筒体(6)的轴心线均匀设置。本发明主要用于加工轻质油品的加氢反应器中。

Description

一种用于加氢反应器的管式急冷混合器

技术领域

本发明涉及石油炼制与石油化工行业中的一种用于加氢反应器的管式急冷混合器，属于加氢反应器的内构件。

背景技术

在石油炼制与石油化工行业中，加氢反应非常普遍，应用越来越广，如加氢裂化、加氢精制等。加氢反应属于放热反应，反应过程中需要对反应物的温度加以控制，防止催化剂床层温度迅速上升引起催化剂的活性降低(即“飞温”现象)。工业设计中通常把固定床加氢反应器内的催化剂分成多个床层，向相邻两催化剂床层之间补充冷氢，一方面降低热反应物的温度，另一方面补充反应器内消耗的氢气。要实现冷热两种物流的充分混合且被均匀地分配到下一催化剂床层，相邻两催化剂床层之间就需要设置一种具有快速混合作用的加氢反应器内构件——急冷混合器。急冷混合器的性能主要从混合效果和压力降两个方面来评价。急冷混合器除了需要实现混合和分布等流体力学功能外，所占用的空间高度也应尽可能低，从而减少设备投资。为了增强混合效果，急冷混合器在结构设计上一般采用节流、碰撞与旋流的机理；按整体结构特点可以分为两大类：箱式结构和管式结构，都有成功的工业化应用实例。其中，管式结构的急冷混合器具有结构简单、易于加工制造、安装方便、占据空间高度较小等特点。

中国专利CN2600160Y公开了一种烃转化反应器内的急冷混合器，呈环形管状，由混合器入口、圆弧管、直管流道、环形流道、混合器出口等构成。在加氢反应器加工轻质油品的情况下，来自上一催化剂床层的热反应物中的气相反应物较多，热反应物与氢气组成含有较多气相反应物和少量液相反应物的混合物流。使用上述的混合器，热反应物与冷氢混合后从两个混合器入口进入急冷混合器，经两个圆弧管后进入一个直管流道。该直管流道会限制反应器的处理量，使反应器的操作弹性较小。如果将该直管流道加粗，则会使急冷混合器的高度增加。气相反应物较多，也需要将各流道加粗，同样会使急冷混合器的高度增加。另外，气相反应物较多时，两个大环形流道需加长，并且混合器入口只有两个(或是合并为一个)，将增加混合物流的流动阻力，使急冷混合器的压力降增加；而热反应物与冷氢混合的效果增幅却是较小的，因为气相物流极易发生层流。CN2737457Y公开的一种放热反应器内具有管状通道的急冷混合器，其螺旋形流道只有一个，存在着与CN2600160Y所述急冷混合器类似的问题；同时螺旋形流道的结构较为复杂，加工、安装不够方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于加氢反应器的管式急冷混合器，以解决现有的管式急冷混合器用于气相反应物较多的混合物流的混合与分布时所存在的限制反应器的处理量、使反应器的操作弹性较小、急冷混合器的高度增加、压力降增加等问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于加氢反应器的管式急冷混合器，设有横截面为圆形的圆弧管、直管，还设有位于混合器中心的混合器出口，圆弧管的两端为混合器入口，其特征在于：一根圆弧管和一根直管组成一组管组件，直管的入口连接于圆弧管的中部，直管的出口连接于混合器出口，管组件至少设置2组，绕加氢反应器简体的轴心线均匀设置。

本发明适用于气相反应物较多的热反应物与冷氢的混合与分布，热反应物与冷氢组成的混合物流只含有少量的液相。采用本发明，具有如下的有益效果：(1)本发明至少设置2组管组件，至少含有4个混合器入口和2根直管，使多组管组件的总流通面积较大。加氢反应器内的混合物流分开进入各管组件，每组管组件和其中的直管只承担了混合物流总量的一半或更少(视管组件的组数而定)。因此，反应器的处理量在较大的范围内增加时，也不会受到本发明的限制，反应器具有较大的操作弹性。对于较大的处理量和较多的气相反应物，管组件中的圆弧管和直管都不必加粗，因此不会使混合器的高度增加。本发明管组件中的圆弧管较短，且混合器入口较多，在气相反应物较多时不会增加混合物流的流动阻力和混合器的压力降，而热反应物与冷氢的混合效果能够保持得较好。(2)本发明的各组管组件结构相同，都比较简单，使本发明在整体上便于加工、安装。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的一种设置2组管组件的管式急冷混合器的俯视图。

图2是图1中的A向视图(放大)。

图3是图1中的B向视图(放大)。

图4是图3中立式出口管的底板的俯视图。

图5是本发明的一种设置3组管组件的管式急冷混合器的俯视图。

图1至图5中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1，本发明用于加氢反应器的管式急冷混合器(简称为管式急冷混合器或混合器，加氢反应器简称为反应器)，设有横截面为圆形的圆弧管2、直管3，还设有位于混合器中心的混合器出口；圆弧管2的两端为混合器入口。本发明，一根圆弧管2和一根直管3组成一组管组件1。直管3是主通道，其入口连接于圆弧管2的中部(最好是连接于圆弧管2的正中)，出口连接于混合器出口。管组件1至少设置2组，绕加氢反应器筒体6的轴心线均匀设置。各根圆弧管2和直管3均水平设置，位于同一个水平面上。每组管组件1中的各根圆弧管2位于同一个圆上，该圆的圆心位于加氢反应器筒体6的轴心线上。

管组件1一般设置2～6组；图1所示设置的是2组，图5所示设置的是3组。加氢反应器的处理量较大、筒体6的内直径较大时，设置较多组数的管组件1。

本发明的混合器出口可以使用现有混合器的出口，例如使用CN2600160Y所述的带有挡板的出口。但在热反应物中的气相反应物较多时，这种带有挡板的出口对混合物流的分布不够均匀(分布于挡板下方的混合物流较少)，而且压力降较大。为此，本发明提出了一种混合器出口结构。参见图1、图3和图4，本发明的混合器出口由立式出口管4构成，立式出口管4是一个横截面为圆形的直管。立式出口管4的顶部封闭，底部设有底板41；每组管组件1中的直管3的出口沿切向连接于立式出口管4侧壁的上部。立式出口管4侧壁的下部设有立式出口管下部条缝93，立式出口管4的底板41上设有立式出口管底板条缝94(立式出口管底板条缝94相对于底板41的中心按辐射状均匀排列)。上述立式出口管4的流通面积一般为各组管组件1中直管3的流通面积之和(流通面积是指各管内腔的横截面积)，高度h一般为圆弧管2外直径的3～5倍。立式出口管下部条缝93和立式出口管底板条缝94通常分别设置6～12个。立式出口管下部条缝93的长度一般为圆弧管2外直径的1.2～1.5倍，立式出口管底板条缝94的长度一般为底板41半径的1/2～2/3，立式出口管下部条缝93和立式出口管底板条缝94的宽度一般均为3～5毫米。

在操作过程中，各组管组件1中的多根直管3内的混合物流从直管3的出口沿切向进入立式出口管4的内腔，并旋转流动。旋转流动可以使几股混合物流之间进一步强化混合，并从立式出口管下部条缝93、立式出口管底板条缝94流出后均匀地分布到混合器下方的加氢反应器筒体6内腔的水平截面上。而且旋转流动还可以减轻混合物流对混合器下方的催化剂床层的冲击；旋转流动本身所产生的压力降也较小。

本发明的管式急冷混合器，圆弧管2端部的混合器入口可以使用CN2600160Y所述的带有条缝的立式入口管。但在气相反应物较多时，这种混合器入口存在的问题是：如果条缝的总面积较小，将会限制混合物流流进条缝的流量，从而会限制反应器的处理量；如果条缝的总面积较大，混合物流中气相物流流进条缝的流速会较低，将不能对液相收集板上圆形凹槽内汇集的液相产生良好的抽吸作用。为此，本发明提出了一种混合器入口结构。参见图1和图2，本发明混合器的每组管组件1中，圆弧管2端部的混合器入口由立式入口管51和水平入口管52构成，立式入口管51和水平入口管52都是横截面为圆形的直管。立式入口管51的顶部与圆弧管2相连，底部为敞口结构，侧壁的下部设有立式入口管条缝92(开通至立式入口管51的底端)。水平入口管52的一端与圆弧管2相连，另一端封闭，侧壁上设有水平入口管条缝91。立式入口管51的底部至圆弧管2底部的距离d一般为圆弧管2外直径的0.6～1.2倍，水平入口管52的长度a一般为圆弧管2外直径的2～3倍。立式入口管条缝92和水平入口管条缝91通常分别设置6～12个，其宽度c一般均为3～5毫米。立式入口管条缝92的长度e一般为1/2d～2/3d，水平入口管条缝91的长度b一般为1/2a～2/3a。立式入口管51的底部伸入至液相收集板7上的圆形凹槽8内，立式入口管条缝92的下部(占立式入口管条缝92长度e的1/3～1/2)埋入圆形凹槽8内的液相中，图2中的附图标记10表示圆形凹槽8内液相的液位。操作过程中，大部分混合物流从水平入口管条缝91(作为主流道)流进水平入口管52内，不会限制反应器的处理量。少部分混合物流从立式入口管条缝92位于圆形凹槽8内液相以上的部分(简称为立式入口管条缝92的上部)流进立式入口管51内；由于立式入口管条缝92的上部面积较小，少部分混合物流中的气相物流流过时流速相对较高，对液相收集板7上圆形凹槽8内汇集的少量液相将能够产生良好的抽吸作用。本发明的多个由立式入口管51和水平入口管52构成的圆弧管2端部的混合器入口的结构、参数和工作过程，都是相同的。

本发明的混合器，每组管组件1中的圆弧管2和直管3的内直径一般均为100～300毫米，圆弧管2的外侧至加氢反应器筒体6内壁的距离t一般均为200～300毫米；大型工业加氢反应器筒体6的内直径，一般为2000～6000毫米。各种管子和其它构件的材料一般是不锈钢，厚度一般均为5～15毫米；有关的连接可以采用焊接或是法兰连接。圆弧管2、直管3、立式入口管51和水平入口管52，一般取相同的内外直径，圆弧管2的直径也可以小一些。相邻两组管组件1相邻的混合器入口之间应留有一定的间距，本发明对该间距无严格要求。

本发明混合器可采用各种常用的方法安装于加氢反应器内，安装位置与数量与现有的混合器相同。详细说明从略。

下面以图1所示的混合器为例说明本发明的操作过程。在混合器的上方，来自上一催化剂床层的热反应物与注入的冷氢组成的混合物流向下流动，从两组管组件1中圆弧管2上的立式入口管51和水平入口管52上的条缝(立式入口管条缝92、水平入口管条缝91)流进立式入口管51和水平入口管52内(流进立式入口管51内的混合物流，含有液相收集板7上圆形凹槽8内汇集的液相，参见前文的说明)。立式入口管51和水平入口管52内的混合物流流出后发生碰撞、混合，进入圆弧管2。在一组管组件1中，混合物流从两端进入圆弧管2内后相向流动，每股混合物流在流动过程中进行混合；之后两股混合物流在圆弧管2的中部发生激烈碰撞并混合，随后进入直管3；直管3对管内的混合物流具有一定的节流混合作用。两组管组件1中两根直管3内的两股混合物流从直管3的出口沿切向进入立式出口管4的内腔，并旋转流动、进一步强化混合。最后，混合物流从立式出口管下部条缝93、立式出口管底板条缝94流出，均匀地分布到混合器下方的加氢反应器筒体6内腔的水平截面上。

在上述的操作过程中，热反应物的温度一般为250℃～350℃，冷氢的温度一般为50℃～120℃。

本发明所述混合物流的混合，是指混合物流中热反应物与冷氢的混合；涉及多股混合物流的混合时，还指多股混合物流之间的混合(即多股混合物流中热反应物与冷氢的混合)。混合物流是指热反应物与冷氢组成的混合物，气相反应物是指热反应物中的气相反应物，液相或液相反应物是指热反应物中的液相反应物，气相物流是指气相反应物与冷氢组成的混合物。

以上对本发明设置2组管组件的管式急冷混合器的结构、结构参数和操作过程进行了说明。对于设置3～6组管组件的管式急冷混合器，其结构、结构参数和操作过程与设置2组管组件的管式急冷混合器的相同，或是可以很容易地推导出来，详细说明从略。图1至图5未严格地按比例绘制，图中未注明附图标记的箭头表示混合物流的流动方向。

本发明主要用于加工轻质油品(例如汽油、石脑油或碳5至碳6的重整原料)的加氢反应器中，实现热反应物与补充冷氢的混合与分布。在加氢反应器内，上述的轻质油品使热反应物中的气相反应物较多，按体积百分数计通常约占90％(剩余的为少量液相)。在通常的加氢反应操作条件下(温度290～320℃、绝对压力3～5MPa)，采用本发明的最佳实施方案，加氢反应器的轻质油品处理量一般可以达到8万～20万千克/小时，操作弹性相对于设计值可以上下波动10％～20％；一个本发明混合器的压力降一般为3～30kPa，比较小；在混合器下方附近的加氢反应器筒体6内腔的水平截面上，最大径向温差一般小于1℃，说明混合与分布效果良好。

Claims (5)

1.一种用于加氢反应器的管式急冷混合器，设有横截面为圆形的圆弧管(2)、直管(3)，还设有位于混合器中心的混合器出口，各根圆弧管(2)和直管(3)均水平设置于液相收集板(7)的上方，圆弧管(2)的两端为混合器入口，每个混合器入口均包括立式入口管(51)，立式入口管(51)的侧壁上设有立式入口管条缝(92)，立式入口管(51)的底部伸入至液相收集板(7)上的圆形凹槽(8)内，立式入口管条缝(92)的下部埋入圆形凹槽(8)内的液相中，其特征在于：一根圆弧管(2)和一根直管(3)组成一组管组件(1)，直管(3)的入口连接于圆弧管(2)的中部，管组件(1)至少设置2组，绕加氢反应器筒体(6)的轴心线均匀设置，混合器出口由立式出口管(4)构成，每组管组件(1)中的直管(3)的出口沿切向连接于立式出口管(4)侧壁的上部，立式出口管(4)侧壁的下部设有立式出口管下部条缝(93)，立式出口管(4)的底板(41)上设有立式出口管底板条缝(94)，每个混合器入口还包括水平入口管(52)，水平入口管(52)的侧壁上设有水平入口管条缝(91)，立式入口管条缝(92)设于立式入口管(51)侧壁的下部，立式入口管(51)和水平入口管(52)构成混合器入口。

2.根据权利要求1所述的管式急冷混合器，其特征在于：管组件(1)设置2～6组。

3.根据权利要求1所述的管式急冷混合器，其特征在于：立式出口管(4)的流通面积为各组管组件(1)中直管(3)的流通面积之和，立式出口管下部条缝(93)和立式出口管底板条缝(94)分别设置6～12个，立式出口管下部条缝(93)的长度为圆弧管(2)外直径的1.2～1.5倍，立式出口管底板条缝(94)的长度为底板(41)半径的1/2～2/3，立式出口管下部条缝(93)和立式出口管底板条缝(94)的宽度均为3～5毫米。

4.根据权利要求1所述的管式急冷混合器，其特征在于：立式入口管(51)的底部至圆弧管(2)底部的距离d为圆弧管(2)外直径的0.6～1.2倍，水平入口管(52)的长度a为圆弧管(2)外直径的2～3倍，立式入口管条缝(92)和水平入口管条缝(91)分别设置6～12个，其宽度c均为3～5毫米，立式入口管条缝(92)的长度e为1/2d～2/3d，水平入口管条缝(91)的长度b为1/2a～2/3a。

5.根据权利要求4所述的管式急冷混合器，其特征在于：每组管组件(1)中的圆弧管(2)和直管(3)的内直径均为100～300毫米，圆弧管(2)的外侧至加氢反应器筒体(6)内壁的距离t均为200～300毫米。