CN104096517B - 一种用于加氢反应器的急冷混合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加氢反应器的急冷混合器，以解决现有的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混合效果不好、混合物流的流动阻力较大的问题。本发明设有旋流板(5)，其顶部与顶部挡板(2)相连，底部与截流板(4)相连。截流板上设有中心孔(40)，中心孔的下方设有分布板(6)。在顶部挡板与截流板之间，围绕顶部挡板的边缘、在旋流板的外端至少设置4块圆弧板(3)，相邻2块圆弧板之间形成一个混合物流入口(30)；所述的旋流板在与每个混合物流入口相对应的位置各设置1块。顶部挡板的边缘设有顶部挡板折边(21)，分布板的边缘设有分布板折边(61)。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。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。急冷混合器就是用于将热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所，是加氢反应器的一种重要的内构件。急冷混合器要求有良好的混合和分布效果、较低的压力降和高度等。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，箱式结构的急冷混合器类型较多，有分流对撞式、绕流旋流式、多种类型的组合式等。

中国专利CN2294771Y公开了一种急冷混合器，由物流导向盘、环形节流板、物流分散盘等组成。物流导向盘上设有两个弧形混合槽入口。急冷混合器中间设一隔板，构成沿圆形器壁的弧形混合槽。隔板的中心开有下降口，隔板上设有弧形结构的物流导向板，物流分散盘上开有筛孔。这种急冷混合器主要适用于液相反应物占大部分的热反应物与冷氢组成的气液混合物的混合与分布。在加氢反应器加工轻质油品的情况下，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。当使用上述的急冷混合器进行混合与分布时，存在着以下几个问题。(1)急冷混合器设有两个弧形混合槽出口，在每个出口处各设置一块所述的物流导向板。对于气相反应物较多的混合物流而言，物流导向板的数量较少，其与弧形混合槽之间只能形成两个旋流通道，会使混合物流的旋流混合效果不好。而且混合物流在旋流通道内流动时，由于物流导向板与弧形混合槽的间距逐渐增加，使混合物流的流速逐渐降低；由旋流通道流出并进入物流导向盘、隔板、弧形混合槽、物流导向板之间的较大空间后，两股混合物流之间没有充分混合即从隔板上的下降口流下，使混合效果较差。(2)急冷混合器只设有两个较小的弧形混合槽入口，对混合物流的流动阻力较大。对于气液混合物，急冷混合器的环形节流板是用于以气相冲碎液相。但对于气相反应物较多的混合物流，不仅没有作用，还会增加流动阻力。物流分散盘对于混合物流的均匀分布作用不大，而且也增加其流动阻力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于加氢反应器的急冷混合器，以解决现有的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混合效果不好、混合物流的流动阻力较大的问题。

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急冷混合器，设有旋流板，其特征在于：旋流板的顶部与顶部挡板相连，旋流板的底部与截流板相连，截流板的中心设有中心孔，中心孔的下方设有分布板，分布板上设有分布板条缝，在顶部挡板与截流板之间，围绕顶部挡板的边缘、在旋流板的外端至少设置4块圆弧板，相邻2块圆弧板之间形成一个混合物流入口，所述的旋流板在与每个混合物流入口相对应的位置各设置1块，相邻两块旋流板之间形成一个旋流通道，从旋流通道的入口到出口，相邻两块旋流板的间距逐渐缩小，顶部挡板的边缘设有向上的顶部挡板折边，顶部挡板折边的上部设有顶部挡板折边条缝，分布板的边缘设有向上的分布板折边，分布板折边的上部设有分布板折边条缝，上述的顶部挡板、截流板、中心孔和分布板均为圆形。

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)相邻两块圆弧板之间形成的混合物流入口至少为4个，混合物流至少被分为4股、分别进入至少4个旋流通道内。混合物流入口对混合物流具有节流和折流作用，可以强化其混合。混合物流在至少4个旋流通道内旋流流动，强化了旋流混合效果。由于相邻两块旋流板的间距从旋流通道的入口到出口逐渐缩小，混合物流在旋流通道内流动的过程中流速逐渐增加，同时被压缩；在截流板的中心孔处，各股混合物流可以强烈地碰撞、旋转混合，中心孔同时也是一个截流通道。混合物流从中心孔向下流出并膨胀扩散；膨胀扩散的过程一方面可以强化混合物流之间的混合，另一方面可以对混合物流起到均布作用。顶部挡板与分布板上积聚的少量液相，在气相物流的冲击和携带下，在顶部挡板折边条缝和分布板折边条缝处能够形成强烈的气液混合。总之，本发明急冷混合器在结构设计上采用了符合气相物流混合的思想，同时也兼顾了气液混合。以气相为主的混合物流在混合器中经过了分隔与汇合、压缩与膨胀、多通道旋流，同时还有局部液相的抽吸破碎(在顶部挡板折边条缝、分布板折边条缝处)，使本发明能够取得良好的混合效果。(2)混合物流入口至少为4个，数量多、总面积大，对混合物流的流动阻力较小。混合物流从截流板上的中心孔向下流出落到分布板上后，大部分沿反应器筒体的径向向四周分布，少部分经分布板上的分布板条缝向正下方分布；不仅分布效果好，而且结构简单、流动阻力小。再加上混合物流的流道相对较短，使急冷混合器的压力降较小。(3)本发明还具有占据的高度较低、操作弹性大、制造安装方便、设备投资较低等优点。

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是本发明用于加氢反应器的急冷混合器的结构示意图。

图2是图1中的A-A剖视图。

图3是图1中的B-B剖视图。

图4是本发明急冷混合器中的旋流板在水平剖切面上显示出的渐开线的参数示意图。

图1至图4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、图2，本发明用于加氢反应器的急冷混合器(简称为急冷混合器或混合器)，设有旋流板5。旋流板5的顶部与顶部挡板2相连，旋流板5的底部与截流板4相连。截流板4的中心设有中心孔40，中心孔40的下方设有分布板6，分布板6上设有分布板条缝63。分布板6通过连接筋板7固定于截流板4上。在顶部挡板2与截流板4之间，围绕顶部挡板2的边缘、在旋流板5的外端至少均匀设置4块圆弧板3，相邻2块圆弧板3之间形成一个混合物流入口30。顶部挡板2和截流板4通过圆弧板3相连，截流板4、圆弧板3-混合物流入口30与加氢反应器的筒体1之间形成一个环形通道8。所述的旋流板5在与每个混合物流入口30相对应的位置各设置1块，相邻两块旋流板5之间形成一个旋流通道9；从旋流通道9的入口到出口，相邻两块旋流板5的间距逐渐缩小。参见图2，旋流通道9的入口位于外侧，靠近圆弧板3和混合物流入口30；旋流通道9的入口位于内侧，靠近中心孔40。混合物流在本发明混合器内混合时，旋流通道9是其主流道。多块旋流板5在水平面上围绕中心孔40的边缘按辐射状均匀排列。

顶部挡板2的边缘设有向上的顶部挡板折边21，顶部挡板折边21的上部设有顶部挡板折边条缝22。分布板6的边缘设有向上的分布板折边61，分布板折边61的上部设有分布板折边条缝62。上述的顶部挡板2、截流板4、中心孔40和分布板6均为圆形，顶部挡板折边21和分布板折边61均为圆筒形，一般是与加氢反应器筒体1同轴设置。

圆弧板3一般设置4～12块；相应地，混合物流入口30为4～12个，旋流板5设置4～12块，旋流通道9为4～12个。圆弧板3最好是设置6块，图1和图2所示急冷混合器中的圆弧板3即是设置6块；相应地，混合物流入口30为6个，旋流板5设置6块，旋流通道9为6个。

本发明最好是在每块旋流板5上均开设2～10个直径为5～20毫米的旋流板开孔50(圆孔)，以使相邻两个旋流通道9内的部分混合物流能够流过旋流板开孔50进行混合。旋流板开孔50在各开孔位置沿旋流板5的法向开设，在每块旋流板5上均匀分布。

本发明急冷混合器其它的一些主要结构参数如下：顶部挡板2的直径一般为加氢反应器筒体1内直径的1/2～3/4。加氢反应器筒体1为圆筒形；大型工业加氢反应器筒体1的内直径，一般为2000～6000毫米。顶部挡板2与截流板4的间距H一般为加氢反应器筒体1内直径的1/12～1/8；圆弧板3、混合物流入口30、旋流板5、旋流通道9的高度，均等于H。混合物流入口30的宽度w一般为100～300毫米，宽度w在与混合物流入口30正对着的垂直投影面上测量。截流板4的直径等于加氢反应器筒体1的内直径；截流板4的圆周连接于加氢反应器筒体1的内壁上，以此将急冷混合器安装在加氢反应器内。中心孔40的直径D一般为加氢反应器筒体1内直径的1/8～1/4，分布板6的直径一般为中心孔40的直径D的1.2～2.5倍，分布板6与截流板4的间距L一般为加氢反应器筒体1内直径的1/10～1/6。连接筋板7的高度等于L，连接筋板7的数量一般为6～12个(最好是8个，如图3所示)。

顶部挡板折边21的高度h和分布板折边61的高度一般均为10～30毫米。顶部挡板折边条缝22和分布板折边条缝62通常为矩形条缝(见图1)或V形条缝(图略)，每个条缝的高度均为顶部挡板折边21高度h或分布板折边61高度的1/4～1/3，宽度均为3～10毫米(V形条缝的宽度在V形条缝的顶部测量)。顶部挡板折边条缝22的数量一般为10～30个，分布板折边条缝62的数量一般为10～20个。分布板6上通常设有6～12个(最好是8个)矩形分布板条缝63，相对于分布板6的中心按辐射状均匀排列(参见图3；图3所示的分布板6上设有8个矩形分布板条缝63)。每个分布板条缝63的长度一般为分布板6半径的一半，宽度一般为5～10毫米。

参见图4，本发明急冷混合器中的旋流板5在水平剖切面(即旋流板5的纵向剖切面)上的形状为一段渐开线MN；M为渐开线MN的起点，N为渐开线MN的终点。渐开线MN的基圆10(圆心为O)的直径等于中心孔40的直径。线段NP与基圆10相切于点P，与通过点P的基圆10的半径OP垂直。线段OM与半径OP之间的夹角β一般为100～140度，线段NP的长度一般为加氢反应器筒体1内直径的1/4～1/3。旋流板5实际的渐开线，可以是图4所示渐开线MN中的一段。参见图2，旋流板5曲率半径较小的一端安装于中心孔40的边缘；在安装点处，中心孔40的切线与旋流板5的切线之间的夹角α一般为45～60度。旋流板5的外端与圆弧板3的间距t一般为10～30毫米。

本发明的急冷混合器不作为承压元件，各种构件一般是使用不锈钢(如0Cr18Ni10Ti)板材制造，板材厚度一般为5～30毫米(各种构件根据结构的需要稍有不同)，有关的连接一般是焊接连接。本发明急冷混合器在加氢反应器内安装的位置与数量与现有的急冷混合器相同，详细说明从略。

下面以图1和图2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，分别落到顶部挡板2和截流板4上(环形通道8内)。落到顶部挡板2上的气相物流受到阻挡、沿反应器筒体1的径向向四周折流；顶部挡板2上积聚有少量液相，在气相物流的冲击和携带下，在顶部挡板折边条缝22处形成强烈的气液混合，随后也进入环形通道8。环形通道8内的混合物流从各混合物流入口30进入各旋流通道9。流经混合物流入口30时，发生节流和折流，强化了混合。混合物流在各旋流通道9内旋流流动，进行旋流混合。由于相邻两块旋流板5的间距从旋流通道9的入口到出口逐渐缩小，混合物流在旋流通道9内流动的过程中流速逐渐增加，同时被压缩。混合物流从旋流通道9流出后，在截流板4的中心孔40处，各股混合物流强烈地碰撞、旋转混合。中心孔40同时也是一个截流通道，对混合物流具有截流作用。混合物流从中心孔40向下流出并膨胀扩散；膨胀扩散的过程一方面可以强化混合物流之间的混合，另一方面可以对混合物流起到均布作用。混合物流从截流板4上的中心孔40向下流出后落到分布板6上，大部分气相物流受到阻挡、经过连接筋板7之间的空间沿反应器筒体1的径向向四周折流；在此过程中，分布板6上积聚的少量液相在气相物流的冲击和携带下，在分布板折边条缝62处形成强烈的气液混合。落到分布板6上的少部分气相物流和少量的液相经分布板6上的分布板条缝63向正下方分布。这样，就将混合后的混合物流均匀地分布到了急冷混合器下方的加氢反应器筒体1内腔的水平截面上。

在旋流板5上开设旋流板开孔50的情况下，相邻两个旋流通道9内的部分混合物流能够流过旋流板开孔50进行混合，进一步强化混合效果。

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，气相或气相物流是指气相反应物与冷氢组成的混合物。

图1和图2中，未注明附图标记的箭头表示混合物流大致的流动方向。图1至图4未严格地按比例绘制。图1中，旋流板5未剖视，圆弧板3未全剖。

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1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 (4)

1.一种用于加氢反应器的急冷混合器，设有旋流板(5)，旋流板(5)的顶部与顶部挡板(2)相连，旋流板(5)的底部与截流板(4)相连，截流板(4)的中心设有中心孔(40)，中心孔(40)的下方设有分布板(6)，在顶部挡板(2)与截流板(4)之间，围绕顶部挡板(2)的边缘、在旋流板(5)的外端至少设置4块圆弧板(3)，相邻2块圆弧板(3)之间形成一个混合物流入口(30)，顶部挡板(2)、截流板(4)、中心孔(40)和分布板(6)均为圆形，其特征在于：所述的旋流板(5)在与每个混合物流入口(30)相对应的位置各设置1块，相邻两块旋流板(5)之间形成一个旋流通道(9)，从旋流通道(9)的入口到出口，相邻两块旋流板(5)的间距逐渐缩小，顶部挡板(2)的边缘设有向上的顶部挡板折边(21)，顶部挡板折边(21)的上部设有顶部挡板折边条缝(22)，分布板(6)上设有分布板条缝(63)，分布板(6)的边缘设有向上的分布板折边(61)，分布板折边(61)的上部设有分布板折边条缝(62)，顶部挡板(2)的直径为加氢反应器筒体(1)内直径的1/2～3/4，顶部挡板(2)与截流板(4)的间距H为加氢反应器筒体(1)内直径的1/12～1/8，混合物流入口(30)的宽度w为100～300毫米，中心孔(40)的直径D为加氢反应器筒体(1)内直径的1/8～1/4，分布板(6)的直径为中心孔(40)的直径D的1.2～2.5倍，分布板(6)与截流板(4)的间距L为加氢反应器筒体(1)内直径的1/10～1/6。

2.根据权利要求1所述的急冷混合器，其特征在于：圆弧板(3)设置4～12块。

3.根据权利要求1所述的急冷混合器，其特征在于：每块旋流板(5)上均开设2～10个直径为5～20毫米的旋流板开孔(50)。

4.根据权利要求1所述的急冷混合器，其特征在于：顶部挡板折边(21)的高度h和分布板折边(61)的高度均为10～30毫米，顶部挡板折边条缝(22)和分布板折边条缝(62)为矩形条缝或V形条缝，每个条缝的高度均为顶部挡板折边(21)高度h或分布板折边(61)高度的1/4～1/3，宽度均为3～10毫米，顶部挡板折边条缝(22)的数量为10～30个，分布板折边条缝(62)的数量为10～20个，分布板(6)上设有6～12个矩形分布板条缝(63)，按辐射状排列，每个分布板条缝(63)的长度为分布板(6)半径的一半，宽度为5～10毫米。