CN105327657A - 一种溢流型气液分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油化工领域的溢流型气液分配器，包括泡罩、主体管、混合管和碎流板，泡罩、主体管与混合管同轴布置，所述主体管上端穿过泡罩，下端连接碎流板；泡罩和主体管通过泡罩顶板连接在一起，混合管设置在主体管内，混合管和主体管通过螺纹连接在一起；在所述主体管的中上部开设有条缝孔，在所述主体管的中下部设有锥管段。本发明溢流型气液分配器结构简单，稳定性好，可使气液得到更好地扩散和混合，迅速的均布于整个反应器截面，同时压降较小，在石油炼制和化工固定床加氢领域应用价值明显。

Description

一种溢流型气液分配器

技术领域

本发明涉及一种石油炼制和化工设备，特别涉及一种用于加氢反应器的内构件。

背景技术

在石油化工行业中所使用的固定床加氢反应器内都采用气液分配盘将气液介质均匀地分配到下方的催化剂床层上。气液分配盘由塔盘板和设于塔盘板上的多个气液分配器组成，其中的气液分配器是一个重要构件。在固定床加氢反应器内，气液分配器的气液分配性能直接影响反应物与催化剂接触时间的均匀性，影响催化剂表面被液相润湿的程度。而气液分布不匀会形成偏流和局部短路等现象，最终会影响催化剂床层的温度分布和产品质量。目前加氢技术正向反应器大型化和产品精细化的方向发展，因此气液介质分布的重要性就更加突出。

现有的固定床加氢反应器气液分配器，按照液相进入气液分配器的方式，可分为三类：溢流型、抽吸型和二者混合型。溢流型主要采用主体管式结构，但简单管式纯溢流型分配器现在使用较少，随着原油加工劣质化的特点，近年溢流型分配器发展迅速，主要改进方向为采用单管与碎流板相结合，多种溢流槽或孔相结合，增加文丘里混合效应等组合技术，部分专利产品逐渐在多套工业装置上应用，效果明显。抽吸型主要采用主体泡帽式结构，目前国内工业装置上普遍采用抽吸型气液分配器，依靠气体在泡帽条缝处的抽吸作用，将液体带入中心管，气液在中心管强烈混合。泡帽型分配器主体结构包括同轴设置的泡帽和中心管，部分增加碎流板、容垢结构等部件，一部分采用中心管加卡板的连接结构，一部分采用卡环连接结构。

美国专利US3524731公开了一种长短管气液分配器就属于溢流型分配器；从局部看，气液分配不均匀，但通过整个气液分配盘上多对长短管的组合，气液两相基本上能实现均匀分布。溢流型气液分配器的主要特点是尺寸小，单位面积等效分配器个数多，压降小，适用于高粘度介质，缺点是对安装水平度的要求较苛刻。后来工业装置上使用的TECHNIP型、SHELL型分配器都是溢流型分配器，较长短管分配器有较大改进，基本原理一致。

中国专利CN200520032630.3公开了一种溢流型分配器，所述溢流型分配器为V型开口气液分布器；中国专利CN201010517606.4公开了一种气液分配器，气液分流，采用液体溢流，增加碎流板；这些溢流型结构的气液分配器基本结构和工作原理都相似，只是各自都有自己的优点和使用范围，碎流板和溢流孔等局部结构稍有不同。

根据目前加氢反应器逐渐大型化，进料油品质量相对较差的特点，中国专利CN201320302831.5公开了一种抽吸溢流组合型气液分配器，该气液分配器同时具有抽吸和溢流分配器的组合优点，性能优越，可以克服塔板不平度较大的现场安装问题，同时气液分流，尽量避免油品结焦严重时的堵塞停工问题。

中国专利CN201210016443.3公开了一种气液分布器，可以用于大型加氢反应器中，抗塔盘倾斜性能相对较好。分配器主体结构为内外套管，气液分流，气体的流动对液体产生抽吸作用，在内管口处液体溢流到内管内，气液充分混合，然后从扩口出分配器。这种类型的气液分配器外观上属于管式分配器，但是结合了抽吸和溢流两种特性，抗塔板倾斜性能相对管式要好，压降相对泡帽式分配器要小，但是这种结构分配器气液流道狭窄，操作弹性小，不适宜用于高粘度劣质油品加氢，同时没有碎流板，单一依靠文丘里扩散效果难以保证分配均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液分配器，结合抽吸和溢流两种原理特性，采用泡帽和管式相组合的结构，能够同时充分利用气液混合文丘里效应和碎流板扩散均布效应，通过改进气液分配器的气液流道结构和布局来改善气液相混合及分布，降低气液分配器压降，同时提高分配器容垢能力、操作弹性和使用范围。以解决现有技术中气液分配器对分配盘水平度要求、容垢能力差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种溢流型气液分配器，包括泡罩、主体管、混合管和碎流板，泡罩、主体管与混合管同轴布置，所述主体管上端穿过泡罩，下端连接碎流板；泡罩和主体管通过泡罩顶板连接在一起，混合管设置在主体管内，混合管和主体管通过螺纹连接在一起；在所述主体管的中上部开设有条缝孔，在所述主体管的中下部设有锥管段。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述泡罩通过泡罩顶板开孔与主体管连接在一起，泡罩下端开有侧孔，正常工作时，液体淹没泡罩下端侧孔部分或者全部，气体通过主体管向下时，对泡罩环形空间液相产生抽力，环形空间内液位上升到达主体管中上部条缝孔，主体管的条缝孔将液体分割为多股片状流体进入主体管内部。只有液体经过泡帽下端进入主体管，因此泡帽位置压降损失相对较小，同时此处流道相对较大，液速缓慢，可以使油品中杂质沉淀，避免进入下部催化剂床层，提高了分配器的容垢能力。这种泡帽结构的流动形式克服了传统泡帽分配器压降较大的缺点，同时保留了泡帽结构对塔板倾斜度不敏感的优点。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：在所述主体管的中上部开有条缝孔，条缝孔的下沿位于混合管上端上方，上沿位于泡罩顶板下方，借助气体在主体管内的高速流动，产生抽力，泡罩环形空间内液位上升到条缝孔，通过封闭空间的抽吸作用尽量降低加工和安装导致分配盘的不平对分配器的影响，同时条缝孔可以使液体以薄层状进入，液面与进液量有关，上下波动，在液体没有完全淹没条缝孔时，气液物流在此位置第一次预混合，液量较大时，条缝孔完全走液体。主体管中下部为锥管段，气液物流经过混合管内强烈的冲击混合，在锥管段突然扩大释放，由于速度和压力的变化，起到气液雾化的作用，适合高粘度油品的加氢工艺。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述主体管为圆管，壁厚2～6mm。为了安装方便，主体管上下两部分内径相同，下半部分外径小于上半部分外径1～2mm，形成一个环形凸台。虽然本发明分配器通过泡罩结构的抽吸溢流效应提高了分配器抗塔盘倾斜度和安装不平度的能力，但是随着加氢装置的大型化发展，安装时依然必须保证凸台完全水平。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述混合管为端部敞口的圆管，伸入主体管内部，同轴布置，由于涉及到较小管径的内部安装问题，所以通过螺纹与主体管锥管段上端连接在一起。混合管上端管壁两侧加工形成混合管安装卡台，便于安装工具卡扣旋转。气体携带液体，在混合管上端第二次溢流混合，气体在管内加速，在混合管文丘里效应下形成剧烈的混合。同时混合管和主体管之间形成了环形空间，液相在此缓流，可以用于前后液体相交融，提高油品均匀性，环流可以使部分杂质在此沉淀，进一步提高容垢能力，避免催化剂床层撇头失效。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述碎流板为均匀地开有矩形齿缝的圆形平板，齿缝数量和布局根据工艺需要确定，碎流板厚度一般为2～4mm。碎流板齿缝主要是为了强化气液混合和均布。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述主体管下端通过连接腿和碎流板连接。

本发明一种溢流型气液分配器，其进一步特征在于：所述主体管连接腿为四个竖腿，连接腿和主体管为一体结构，通过切槽留下的部分，竖腿在四周与碎流板相连。

本发明一种溢流型气液分配器，在实际使用过程中溢流型气液分配器安装在分配盘上，将主体管分为上下两部分。

本发明一种气液分配器主体采用了泡帽型气液分配的结构特点，上部增加中心气管，内部增加混合管，利用文丘里效应强化气液混合，下部采用锯齿碎流板，保证了气液物流的均布，泡罩下部单走液体，同时增加侧孔，流速降低，可以沉淀油品杂质，提高了分配器的容垢能力，气液分流，垂直冲击混合，大大降低分配器压降，使高温物料与下方床层催化剂均匀接触，降低加氢反应器床层横截面内的温差，提高油品质量，延长操作周期。

本发明所述一种气液分配器结构简单，稳定性好，可使气液得到更好地扩散和混合，迅速的均布于整个反应器截面，同时压降较小，在石油炼制和化工固定床加氢领域应用价值明显。

附图说明

图1为本发明一种溢流型气液分配器主视图的剖示图；

图2是图1中A-A向截面示意图；

图3为图1中B-B向截面示意图；

图4为图1中C-C向截面示意图；

图5为图1中D-D向截面示意图。

图中所示附图标记为：1-碎流板；2-主体管；3-混合管；4-泡罩；41-泡罩下端侧孔；42-泡罩顶板；21-连接腿；22-主体管锥管段；23-条缝孔；31-混合管安装卡台。

具体实施方式

为了更好的说明本发明，用具体实施例说明，但不限制本发明的范围。

下面结合附图进一步说明本发明气液分配器的具体实施方式。

本发明气液分配器的结构如图1所示，主要由主体管2，混合管3、泡罩4和碎流板1构成。

泡罩4通过顶板开孔与主体管2连接在一起，泡罩下端开有方孔41，正常工作时，液体淹没方孔41部分或者全部，气体通过主体管2向下时，对泡罩环形空间液相产生抽力，环形空间内液位上升到达主体管中上部条缝孔23，条缝孔23将液体分割为多股片状流体进入主体管2内部。

主体管2为圆管，上端与泡罩顶板42连接，下端连接腿21与碎流板1连接，主体管2壁厚2～6mm；中上部侧壁开口的基本形状为条缝，条缝孔23的开孔数量都在2～6个，宽度一般为2～4毫米，高度一般为30-50毫米。主体管中下部为锥管段22，锥管段上部圆孔有螺纹，与混合管3连接在一起。主体管2上下两部分内径相同，下半部分外径小于上半部分外径1～2mm，形成一个环形凸台，主体管2下部分外径的具体尺寸根据主体管壁厚2确定，必须保证凸台的加工精度和水平度，凸台结构一方面可以使分配器准确定位，另一方面制造安装十分方便。由于本发明气液分配器的结构简单，相对于目前泡罩式分配器的可靠性高，检修时基本不需要更换，因此可以把分配器直接焊接在分配盘上，也可以采用其他可拆卸的固定方式。主体管下端通过连接腿21和碎流板1连接。碎流板1为周边均匀地开有矩形齿缝的圆形平板，齿缝数量和布局根据工艺需要确定，碎流板厚度等同于主体管下半部分厚度(2～4mm)，也可以稍有差别。碎流板齿缝主要是为了强化气液混合和均布。连接腿21为四个竖腿，和主体管2是一体结构，是主体管2下端通过切槽留下的部分。分配塔盘上根据工艺需要设有一定数量的溢流型气液分配器，将气相物流均匀的分配在催化剂床层上。

混合管3为圆管，混合管上端加工为混合管安装卡台31，便于安装工具卡扣旋转，下端通过螺纹和主体管2连接锥管段连接在一起，混合管3壁厚2～6mm；混合管3管径一般为主体管2管径的二分之一，形成一个物流通道的喉管，物流在此强烈混合，在锥管段压力速度释放，借助文丘里效应强化气液混合；混合管3外径和主体管2内径形成一个环隙，一方面用于气液混合，前后液体在此扰流混合，另一方面用于沉淀部分液相内的杂质，提高分配器容垢能力。

本发明的工作原理：气液相混合物流从反应器上部下来，正常工作时，气体通过主体管2上部进入分配器，泡帽环隙内液体在气流的抽吸作用下，液面上升，液体经主体管条缝孔23进入主体管2，气液垂直冲击，对撞混合，然后并流向下。大部分气液混合物以较高的速度直接进入混合管3，小部分液体在混合管3外环隙停留混合，气液物流在混合管3内部发生冲击碰撞形成混合流后，在主体管2下端碰撞碎流板1，带齿缝的碎流板1使气液混合物流均匀分配到催化剂床层。

本发明通过改进结构设计，主要借助了抽吸型和溢流型分配器的优点，利用气液混合的文丘里效应，采用了合理的组合布局，降低了分配器压降，提高了分配器的容垢能力、操作弹性和使用范围。

Claims (10)

1.一种溢流型气液分配器，包括泡罩、主体管、混合管和碎流板，其特征在于：所述泡罩、主体管与混合管同轴布置，所述主体管上端穿过泡罩，下端连接碎流板；泡罩和主体管通过泡罩顶板连接在一起，混合管设置在主体管内，混合管和主体管通过螺纹连接在一起；在所述主体管的中上部开设有条缝孔，在所述主体管的中下部设有锥管段。

2.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述泡罩通过泡罩顶板开孔与主体管连接在一起，泡罩下端开有侧孔。

3.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：在所述主体管的中上部开有条缝孔，条缝孔的下沿位于混合管上端上方，上沿位于泡罩顶板下方。

4.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述条缝孔的开孔数量在2～6个，宽度为2～4毫米，高度为30-50毫米。

5.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述主体管为圆管，壁厚2～6mm。

6.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述主体管上下两部分内径相同，下半部分外径小于上半部分外径1～2mm，形成一个环形凸台。

7.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述混合管为端部敞口的圆管，伸入主体管内部，与主体管同轴布置，混合管上端加工为混合管安装卡台。

8.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述碎流板为均匀地开有矩形齿缝的圆形平板，碎流板厚度为2～4mm。

9.根据权利要求1所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述主体管下端通过连接腿和碎流板连接。主体管2下端通过切槽留下的部分

10.根据权利要求9所述的溢流型气液分配器，其特征在于：所述连接腿为四个竖腿，连接腿和主体管为一体结构。