CN105435720B - 气液分布器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应器内构件技术领域，尤其是涉及一种气液分布器。该气液分布器包括泡罩、中心管和泡罩环；中心管的上端设置在泡罩内，且与泡罩的顶壁连接，泡罩和中心管之间形成环形空间；泡罩的下端设置有泡罩环，泡罩环上设置有多个通孔，泡罩环用于填补泡罩与中心管之间的缝隙。不仅可以使气泡较小，提高物流吹扫催化剂的能力，提高床层气含率和物流冲击力，保证在停工重启时能冲起泡罩附近的催化剂，还可以尽量减小发生逆流时催化剂进入泡罩环形空间。

Description

气液分布器

技术领域

本发明涉及反应器内构件技术领域，尤其是涉及一种气液分布器。

背景技术

生物质热裂解技术可以将低品位的生物质能(木质原料、农作物废料)转化为较高品质的液态的生物质焦油(木焦油)，该技术液体焦油产率高达65～70％。生产的生物质焦油组成复杂，水分含量高，具有高腐蚀性，热值较低且不稳定易缩聚，难与石油类产品(如汽油、柴油等)互溶。从上世纪90年代末开始，世界各国陆续开始生物质焦油提炼燃油的技术研究，其中沸腾床加氢裂化被认为是最具有发展潜力的方式之一。

气液固三相沸腾床反应器在工业反应过程中得到了广泛应用，对于反应热很大的反应过程，使用三相沸腾床反应器可以有效的移走反应热，实现反应器的等温操作，保证反应器的正常运行。在三相沸腾床反应器中，气液分布器是保证气体在床层中均匀分布的重要内构件，直接影响反应器的平稳运行和反应效率。目前国内外已公开专利和文献中沸腾床气液分布器主要是用于煤直接液化和渣油沸腾床加氢工艺中，不同原料加工特性差别较大，因此需要选用适应工艺条件的气液分布器。

已公开的沸腾床气液分布器根据功能特性分有两大类：截流型(例如US4874583、200910012453.5和201020636320.3等)和非截流型(例如200910012498.2)，现有文献显示目前工业装置上基本采用了美国Texaco公司的带止逆球的泡帽式气液分布器US4874583。

美国Texaco公司的专利US4874583介绍了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，为泡帽分布器，主要由泡帽、上升管、止逆球和阀芯等部件组成。上升管的上端设置在泡冒内，且与泡帽围成环形空间，上升管上部和阀芯中部设有流体出口，阀芯下部设有球座。上升管的下部为带有进气槽的气液预混合结构，上升管内设有用于气液混合的孔板混合器。多个泡帽分布器均匀地设置于分布板上。

但是，现有技术中的气液分布器，其泡帽下方敞开，安装后泡罩下沿距分布板有一定距离，工作时形成的气泡柱直径较小，且气泡较大。由于泡罩下方的敞口较大，一方面气液混合物流出泡罩后，速度较小，对下方冲击力较小，易导致催化剂沉积，另一方面在发生逆流时催化剂逆流几率增大。

发明内容

本发明的目的在于提供气液分布器，以解决现有技术中存在的气液混合物流出泡罩后，速度较小，对下方冲击力较小，易导致催化剂沉积，另一方面在发生逆流时催化剂逆流几率增大的技术问题。

本发明提供的一种气液分布器，包括泡罩、中心管和泡罩环；中心管的上端设置在泡罩内，且与泡罩的顶壁连接，泡罩和中心管之间形成环形空间；泡罩的下端设置有泡罩环，泡罩环上设置有多个通孔，泡罩环用于填补泡罩与中心管之间的缝隙。

进一步地，泡罩侧壁上还设置有多个泡罩斜管，多个泡罩斜管均匀围设在泡罩上；每个泡罩斜管的一端均与环形空间连通，且其延伸方向与泡罩侧壁呈锐角。

进一步地，泡罩的顶面，位于中心管内，设置有限位座；限位座的下方设置有球座以及位于球座上的止逆球，限位座用于限制所述止逆球移动。

进一步地，泡罩斜管上，沿斜管延伸的方向，设置有通缝。

进一步地，球座为截面呈梯形的回转体，球座的上部为上圆锥面，中部为细圆柱孔，下部为下圆锥面，上圆锥面用于与止逆球抵接。

进一步地，限位座包括三个圆腿；三个圆腿的一端均设置在泡罩的顶面上，且三个圆腿呈棱锥分布。

进一步地，泡罩环包括支撑杆和条缝筛网；条缝筛网焊接在支撑杆上，以形成环形的泡罩环。

进一步地，中心管的下端还设置有孔板。

进一步地，中心管的侧壁，位于孔板的下方，沿中心管的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个纵向槽缝；中心管的侧壁上，位于球座和限位座之间，沿中心管的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个气液出口。

进一步地，纵向槽缝和气液出口呈长条状，且长条形的长度方向与中心管的轴线方向一致。

本发明提供的气液分布器，泡罩下端增设泡罩环，泡罩环上设置有多个通孔。将该气液分布器放置在分布板上，且使得泡罩环与分布板抵接。当气液混合物从中心管向上流动，并进入至环形空间后，气液混合物由径向通过泡罩环进入反应器床层中，流道顺畅。这样，不仅可以使气泡较小，提高物流吹扫催化剂的能力，提高床层气含率和物流冲击力，保证在停工重启时能冲起泡罩附近的催化剂，还可以尽量减小发生逆流时催化剂进入泡罩环形空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的气液分布器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的气液分布器的仰视图；

图3为本发明实施例提供的气液分布器的限位座的结构示意图；

图4为图3所述的气液分布器的限位座的剖视图。

附图标记：

1-泡罩； 2-中心管； 3-止逆球；

4-球座； 5-环形空间； 6-孔板；

7-限位座； 8-泡罩环； 9-泡罩斜管；

10-分布板； 21-纵向槽缝； 22-气液出口；

41-细圆柱孔； 71-圆腿； 91-通缝。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的气液分布器的结构示意图；图2为本发明实施例提供的气液分布器的仰视图。如图1和图2所示，本实施例提供的一种气液分布器，包括泡罩1、中心管2和泡罩环8；中心管2的上端设置在泡罩1内，且与泡罩1的顶壁连接，泡罩1和中心管2之间形成环形空间5；泡罩1的下端设置有泡罩环8，泡罩环8上设置有通孔，泡罩环8用于填补泡罩1与中心管2之间的缝隙。

其中，泡罩1包括泡罩1筒和顶板，泡罩1筒为两端开口的中空壳体，顶板设置在泡罩1筒的一端，形成一端开口的泡罩1。

泡罩1的形状可以为多种，例如正方体、长方体或者圆柱体等等，较佳地为圆柱体。

中心管2的截面形状可以为多种，例如：圆形、方形或者椭圆形，较佳地为圆形。

泡罩环8的结构形式可以为多种，例如：泡罩环8包括支撑杆和条缝筛网；条缝筛网焊接在支撑杆上，以形成环形的泡罩环8。而条缝筛网为楔形丝网板，目数一般为20～60，楔形丝网板是目前通用的一种工业用条缝筛网，它由异形金属丝和不同形状的支持杆组成，由专门设计的电阻焊机连续地焊接而成。

条缝筛网可制成各种形状，而泡罩环8与泡罩1相一致的结构，焊接在泡罩1下端。条缝筛网作为气液分配器的泡罩1和泡罩环8的最大优点是条缝结构不易发生催化剂堵塞。

本实施例提供的气液分布器，泡罩1下端增设泡罩环8，泡罩环8上设置有多个通孔。将该气液分布器放置在分布板10上，且使得泡罩环8与分布板10抵接。当气液混合物从中心管2向上流动，并进入至环形空间5后，气液混合物由径向通过泡罩环8进入反应器床层中，流道顺畅。

这样，不仅可以使气泡较小，提高物流吹扫催化剂的能力，提高床层气含率和物流冲击力，保证在停工重启时能冲起泡罩1附近的催化剂，还可以尽量减小发生逆流时催化剂进入泡罩环8形空间5。

如图1和图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，泡罩1侧壁上还设置有多个泡罩斜管9，多个泡罩斜管9均匀围设在泡罩1上；每个泡罩斜管9的一端均与环形空间5连通，且其延伸方向与泡罩1侧壁呈锐角。

其中，泡罩斜管9一般均匀增设4～8个，内径一般为1～4毫米，倾斜角度α为30～60度。

在本实施例中，在泡罩1外有泡罩斜管9可以扩大本实施例的气液分配器气泡流直径，扩大泡罩1的分配范围，使气液混合物分布更均匀，保证整个床层各部分反应均一，提高反应效率。

图3为本发明实施例提供的气液分布器的限位座的结构示意图。如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步地，泡罩1的顶面，位于中心管2内，设置有限位座7；限位座7的下方设置有球座4以及位于球座4上的止逆球3，限位座7用于限制所述止逆球3移动。

其中，泡罩1、限位座7与中心管2的顶端固定连接，例如焊接在一起，这种泡罩1新型连接结构不仅便于安装，还取消了中心管2上部流动死区，减小涡流的产生，流动顺畅，压降较小。

止逆球3为一圆形球，可以是空心球或实心球。止逆球3的材料一般为特殊陶瓷或金属，材料的比重一般为1.5～l0克/立方厘米。止逆球32的直径(空心球时为外直径)一般为球座4小孔直径a的1.1～1.5倍。

在本实施例中，在中心管2内部设有锥形球座4和限位座7，止逆球3在一定的空间内上下运动，防止止逆球3在物流不稳时上下跳动剧烈，磨损严重而不利于气液稳定进料，同时可以防止碰撞导致下述实施例提供的逆流密封失效。

如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步地，泡罩斜管9上，沿斜管延伸的方向，设置有通缝91。

其中，泡罩斜管9上开有通缝91，通缝91的宽度一般为1～2毫米，通缝91有利于连续气泡的形成，气液物流出斜管的流动更加稳定。

在本实施例中，增加了带通缝91的斜管和泡罩环8，在进料中断时可以进一步阻止催化剂进入泡罩1，同时在系统重启时，冲力较大，可以保证分配板上的催化剂全部吹起。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，球座4为截面呈梯形的回转体，球座4的上部为上圆锥面，中部为细圆柱孔41，下部为下圆锥面，上圆锥面用于与止逆球3抵接。

在中心管2中部设置球座4，球座4为截面呈梯形的回转体，所以，在球座4内，其上部为上圆锥面，中部为的细圆柱孔41，下部为下圆锥面。其中，上圆锥面和止逆球3球面抵接，形成线密封，以防止催化剂溢流至环形空间5内。

另外，球座4的细圆柱孔41为中心管2内径a的三分之一到四分之三，长度为5～15毫米，球座4不仅可以利用文丘里效应，加速气液混合物，浮起止逆球3，还可以和止逆球3球面形成线密封，在停工时防止催化剂物流逆流。

图4为图3所述的气液分布器的限位座的剖视图。如图4所示，在上述实施例的基础上，进一步地，限位座7包括三个圆腿71；三个圆腿71的一端均设置在泡罩1的顶面上，且三个圆腿71呈棱锥分布。

在中心管2顶部设置限位座7，是一个平板上焊有均匀分布的条倾斜的圆腿71，倾斜角度β一般为40～60度，限位座7的倾斜的圆腿71可以使止逆球3在工作时在此停留，不上下跳动，保证进料平稳，同时限位座7的四周空隙可以有效缓解自下向上的流体在此扰流过大，进一步促使止逆球3运行稳定。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，中心管2的下端还设置有孔板6。孔板6的小孔直径为中心管2内径的三分之一到四分之三，孔板6的厚度一般为3～6毫米。孔板6主要作用是利用文丘里效应，强化气液混合效果，使气液进一步混合均匀，避免进料过程中出现气液两相流的断塞流和脉动流效应，保证进料平稳。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步地，中心管2的侧壁，位于孔板6的下方，沿中心管2的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个纵向槽缝21；中心管2的侧壁上，位于球座4和限位座7之间，沿中心管2的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个气液出口22。

进一步地，纵向槽缝21和气液出口22呈长条状，且长条形的长度方向与中心管2的轴线方向一致。

其中，纵向槽缝21一般为2～8条，沿中心管2圆周方向均布，优选地为4～6条，条缝宽度为2～5毫米，长度一般为20～60毫米。

气液出口22一般为竖置长方形(所述形状是指气液出口22在与气液出口22正对着的垂直平面上投影的形状)。气液出口22的高度h一般为15～50毫米，宽度一般为5～20毫米。气液出口22通常设置2～8个，并均匀分布在中心管2上，较佳地，气液出口22为6个。

在上述各个实施例中，气液分布器各部件的材料一般为金属，例如不锈钢或合金材料。多个气液分布器可以采用各种常用的方法、按正三角形或正方形网格排列方式固定于分布板10上。将中心管2的下部插入到分布板10上的安装孔内；中心管2的下部焊接于分布板10上，或者通过卡环或螺纹固定在分布板10上。

正常工作时，液体进料主要从中心管2底端和纵向槽缝21下段进入中心管2的内腔并向上流动，气体进料通过纵向槽缝21上段进入，气液进料在孔板6处经过压缩混合以后，混合均匀，继续向上流动，流经球座4孔进入位于球座4上方。在气液物流作用下，止逆球3浮起。进入球座4上方中心管2内腔中的气液进料从中心管2气液出口22进入环形空间5。

气液混合物流经过泡罩1的折流，直接流向环形空间5的底部，经泡罩环8和泡罩斜管9形成小气泡或微气泡流进入床层，随后向上折流进入沸腾床。上述流动可以防止沸腾床中的固体催化剂颗粒在分布板10的上表面沉积、形成高温死区，保证沸腾床反应器安全运行，同时经泡罩环8流出的物流方向为径向，顺着分配板向前冲击，随后折流向上，流动阻力较小，物流稳定。

止逆球3处于浮起位置时，若从中心管2底端进入中心管2内腔的进料中断，止逆球3在重力的作用下可以迅速落回密封位置(止逆球3和球座4线接触)，实现线密封，原有的环形空间5内仍存在一部分原有液体物流，可以起到液封作用，防止带催化剂的浆液进入泡罩1内部。

本发明结合木焦油沸腾床的工艺流程、气液混合和气液两相流的特性，提供了一种结构简单合理，安全可靠的木焦油三相沸腾床反应器的气液分布器，既可以保证气体在液体中破碎为连续的微气泡，均匀分布，又能有效地解决或缓解在气液压力不稳或气液进料突然中断时携带催化剂的物料的逆流堵塞问题，同时减小了气液分布器内部流动死区，压降较小。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种气液分布器，其特征在于，包括泡罩、中心管和泡罩环；所述中心管的上端设置在所述泡罩内，且与所述泡罩的顶壁连接，所述泡罩和所述中心管之间形成环形空间；所述泡罩的下端设置有所述泡罩环，所述泡罩环上设置有多个通孔，所述泡罩环用于填补所述泡罩与所述中心管之间的缝隙；

所述泡罩侧壁上还设置有多个泡罩斜管，多个所述泡罩斜管均匀围设在所述泡罩上；每个所述泡罩斜管的一端均与所述环形空间连通，且其延伸方向与所述泡罩侧壁呈锐角；

所述泡罩斜管上，沿所述斜管延伸的方向，设置有通缝。

2.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于，所述泡罩的顶面，位于所述中心管内，设置有限位座；所述限位座的下方设置有球座以及位于所述球座上的止逆球，所述限位座用于限制所述止逆球移动。

3.根据权利要求2所述的气液分布器，其特征在于，所述球座为截面呈梯形的回转体，所述球座的上部为上圆锥面，中部为细圆柱孔，下部为下圆锥面，所述上圆锥面用于与所述止逆球抵接。

4.根据权利要求2所述的气液分布器，其特征在于，所述限位座包括三个圆腿；

三个所述圆腿的一端均设置在所述泡罩的顶面上，且三个所述圆腿呈棱锥分布。

5.根据权利要求1-4任一项所述的气液分布器，其特征在于，所述泡罩环包括支撑杆和条缝筛网；

所述条缝筛网焊接在所述支撑杆上，以形成环形的所述泡罩环。

6.根据权利要求2、3或者4所述的气液分布器，其特征在于，所述中心管的下端还设置有孔板。

7.根据权利要求6所述的气液分布器，其特征在于，所述中心管的侧壁，位于所述孔板的下方，沿所述中心管的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个纵向槽缝；

所述中心管的侧壁上，位于所述球座和所述限位座之间，沿所述中心管的侧壁周面沿的方向，依次间隔地设置有多个气液出口。

8.根据权利要求7所述的气液分布器，其特征在于，所述纵向槽缝和所述气液出口呈长条状，且所述长条形的长度方向与所述中心管的轴线方向一致。