CN105921078B - 旋流碎流式冷氢箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋流碎流式冷氢箱，它包括同轴连接的截流板和混合箱，混合箱与反应器筒体之间形成环形缝隙，所述混合箱的外壁底部均匀设有数个进料入口，混合箱中心的气液混合物出口上安装有溢流筒，溢流筒的中心高度高于进料入口的上边缘的高度，溢流筒顶端的气液进口面积小于所有进料入口的面积之和，气液混合物出口上设有多个碎流孔，溢流筒的周围设有数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的导流板。本发明结构简单，设置了螺旋导流板、溢流筒和碎流孔，形成了扁平的混合结构，在降低冷氢箱高度的情况下，强化了气液两相的混合传热效果，能够有效改善现有冷氢箱物料停留时间短，混合不充分、降温不均匀、结构复杂、压降大等问题。

Description

旋流碎流式冷氢箱
技术领域
本发明涉及石化行业加氢反应器设备技术领域，具体的说是一种旋流碎流式冷氢箱，尤其涉及一种用于冷氢气与高温烃类反应物和热氢气充分混合传热的冷氢箱。
背景技术
石油加工的加氢反应包括加氢裂化、加氢精制、加氢改质、加氢处理等反应，均为放热反应。随着加氢反应的进行，反应物料的温度不断上升，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，导致催化剂结焦，损害催化剂的性能。因此，加氢反应器通常设置多个催化剂床层，并在两个催化剂床层之间注入冷氢气，以控制反应物料的温度，确保催化剂性能稳定和装置安全。冷氢箱是加氢反应器的关键内构件之一，是冷氢气和热物流进行混合传热的场所。
冷氢箱的结构比较复杂，一种冷氢箱带有多种技术特点，但其结构设计需要满足节流、碰撞、旋流和雾化的要求。冷氢箱的发展经历了蜂窝管式、歧管式、绕流式、旋叶式、折流式、抽吸式等结构，其性能主要从两方面来评价：混合传热性能和压降。气液两相接触越充分，反应器的径向温差越小，反应物料的温度越适宜下方催化剂床层的需求，说明冷氢箱的混合传热性能越好，性能得到充分的发挥。冷氢箱的压降越低，循环氢压缩机的负荷就越小，能量损耗就越少。此外，冷氢箱的结构还应简单、紧凑，占用空间小，以缩减昂贵的加氢反应器投资。
专利CN200620134123.5公开了一种扁平式冷氢箱，由冷氢管、截流板、两个半圆形混合道、两个混合室、两个防冲板、两个开孔挡板和筛孔板组成。混合室的入口为截流板上对称设置的节流孔，与混合道相连，混合室中设置防冲板，混合室出口两侧对称设置开孔挡板。混合道悬挂在截流板下方，节省了冷氢箱高度，半圆形混合道延长了混合流道，有利于气液两相充分混合换热均匀。该结构具有结构扁平和混合换热性能优良的优点，但流体在混合箱下层的分配不均匀。
CN201220091695.5公开了一种冷氢箱，包括截流板、预混箱、中心箱体和缓冲板。截流板上设有两个节流孔，节流孔上方设有预混箱，预混箱顶部安装有挡液板，侧面设有进料入口，进料入口正前方设有导流板；截流板上节流孔的下方为中心箱体，中心箱体内部设有内环板、外环板和中间环板，内环板底部为中心箱体出口，出口下方设有缓冲板。该冷氢箱结构简单，占用空间小，安装方便，物料停留时间长，但由于密度差，气液两相并流时易产生分层现象，传热效果有限。
CN201210168308.8公开了一种冷氢推进的旋流式冷氢箱，混合筒设置在下支撑板中心，旋流管与混合筒沿水平方向切向连通。矩形气液下降管垂直设置在混合筒外侧，上部与上支撑板上的流体入口连接，下部与旋流管外壁沿垂直方向切向连通。冷氢支管上端与位于上支撑板外的冷氢管连接，下端与旋流管外壁沿水平方向切向连接。混合筒中心设出口，出口两侧设弧形旋流叶片，出口下方设下支撑板。该冷氢箱利用冷氢推动气液旋流，通过流体三维旋转延长了停留时间，提高了传热效率，但结构复杂，占用空间较大。
上述冷氢箱是通过旋流、延长冷热物料流动路程来延长接触时间，或通过扰动物流来增加接触面积，以提高冷热物料的传热效果。但仍存在冷氢气和反应产物的混合不够充分，物流降温不均匀的现象，且结构复杂，压降大，需进一步改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋流碎流式冷氢箱，以满足在降低冷氢箱高度的要求下，强化气液两相的混合传热效果，能够有效改善现有冷氢箱物料停留时间短、混合不充分、降温不均匀、结构复杂、压降大的问题。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种旋流碎流式冷氢箱，安装于加氢反应器中，位于冷氢管的下方，它包括同轴连接的截流板和混合箱，混合箱与加氢反应器筒体之间形成环形缝隙，混合箱的侧壁底端与截流板相连接，所述截流板中心的气液混合物出口设有多个碎流孔，气液混合物出口上安装有两端开口的溢流筒，溢流筒顶端的气液进口的高度高于混合箱侧壁底部均匀设置的数个进料入口上边缘的高度，溢流筒顶端的气液进口面积小于所有进料入口的面积之和，溢流筒的周围设有数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的导流板，溢流筒、导流板均安装在混合箱的内腔中。
优选的，所述溢流筒的形状为两端开口的圆台形或者切除顶部的半球形或者切除顶部的半椭球形，溢流筒的顶端设有气液进口，气液进口的面积小于底端的气液出口的面积。
优选的，所述导流板围绕溢流筒排布有数圈，每圈导流板的数量为2-8个。
优选的，所述导流板的形状为弧形或者波浪形中的一种或者二种的组合。
优选的，所述碎流孔的形状为圆形或者多边形或者放射形中的一种或者二种以上的组合，其流通面积由溢流筒下边缘向截流板中心逐渐减小。
优选的，所述进料入口的形状为圆形或者多边形或者扇形或者螺旋线形中的一种或者两种以上形状的组合。
本发明在使用时，气液混合物与新加入的冷氢气在混合箱与反应器的环形缝隙中聚集后，从进料入口进入混合箱的内腔，在导流板所围成的流体通道中产生旋流，气液混合物与冷氢气得到充分的碰撞、混合，实现热交换，高温物流的温度降低；由于溢流筒顶端的气液进口的高度高于进料入口的高度，气液混合物在截流板上沉积，形成稳定的液位，使气相必须以鼓泡的形式穿过液层，避免气液并流的分层现象，提高气液两相的接触面积，进一步强化了传热效果；气液混合物从溢流筒的气液进口进入溢流筒中，经过溢流筒的节流后，气液混合物与截流板的中心产生碰撞，进一步地混合；截流板中心的碎流孔使气相对液相产生抽吸、碎流、雾化的作用后，喷淋到整个反应器截面。
本发明的有益效果为：
(1)本发明结构简单，仅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合结构，在混合箱内腔中设置数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的导流板，组成了气液混合物的流通通道，充分利用了混合箱的空间，使混合物在混合箱内外均按照圆周方向流动，动能损失较小，使冷氢箱的压降较小，延长了混合物的接触时间，使气相与液相充分混合，实现了均匀换热，降低了混合箱的高度，减小了设备的体积；
(2)本发明在混合箱的中心设置溢流筒，溢流筒的气液进口的高度高于进料入口上边缘的高度，气液混合物在截流板上沉积，形成稳定的液位，提高了气液两相的接触面积和液相的扰动程度，使气相必须以鼓泡的形式穿过液层，解决了气液分层所带来的传热效率较低问题，优化了气液两相的传热、传质效果和液相温度分配的均匀性；
(3)溢流筒顶端的气液进口面积小于进料入口的面积，使气相物流在溢流筒气液进口截面处对液相物流产生抽吸雾化作用；溢流筒的气液进口的面积小于底端的气液出口的面积，降低了气液出口处因截流板阻挡所带来的压力损失；
(4)气液混合物料在流出混合箱之前经截流板上的碎流孔碎流雾化，使液相分散成液滴，在碎流孔的喷射作用下分散到整个反应器截面，不仅增加了气液两相的接触面积，而且对物料具有一定的预分配作用，有利于促进气液两相的充分混合与换热，使下层催化剂床层获得更均匀的温度和物料分布；
(5)本发明具有结构简单、设计合理、占用空间小、安装方便、反应物流接触时间长、接触面积大、混合充分、传热效率高、温度分布均匀的特点，适用于气液两相间的换热，尤其适用于强放热加氢反应器中冷氢对反应热流体的冷却降温和流体混合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中溢流筒的结构示意图；
图3是图1中导流板的结构示意图；
图4是图1去除溢流筒、混合箱侧壁后的结构示意图；
图中：1、截流板，2、混合箱，3、进料入口，4、溢流筒，5、导流板，6、碎流孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示的一种旋流碎流式冷氢箱，安装于加氢反应器中，位于冷氢管的下方，它包同轴连接的截流板1和混合箱2，混合箱2与加氢反应器筒体之间形成环形缝隙，混合箱2的外壁底部均匀设有数个长方形的进料入口3，混合箱2中心的气液混合物出口上安装有圆台状的溢流筒4，溢流筒4的中心高度高于进料入口3的上边缘的高度，溢流筒4的顶端设有气液进口，气液进口的面积小于底端的气液出口的面积，溢流筒4顶端的气液进口面积小于所有进料入口3的面积之和。气液混合物出口上设有多个呈放射形分布的碎流孔6，其流通面积由溢流筒下边缘向截流板中心逐渐减小。溢流筒4的周围设有数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的弧形导流板5。导流板5围绕溢流筒4排布有2圈，每圈导流板5的数量为4个。
本发明在使用时，气液混合物与新加入的冷氢气在混合箱2与反应器的环形缝隙中聚集后，从进料入口3进入混合箱2的内腔，在导流板5所围成的流体通道中产生旋流，气液混合物与冷氢气得到充分的碰撞、混合，实现热交换，高温物流的温度降低；由于溢流筒4顶端的气液进口的高度高于进料入口3的高度，气液混合物在截流板1上沉积，形成稳定的液位，使气相必须以鼓泡的形式穿过液层，避免气液并流的分层现象，提高气液两相的接触面积，进一步强化了传热效果；气液混合物从溢流筒4的气液进口进入溢流筒4中，经过溢流筒4的节流后，气液混合物与截流板1的中心产生碰撞，进一步地混合；截流板中心1的碎流孔6使气相对液相产生抽吸、碎流、雾化的作用后，喷淋到整个反应器截面。
本发明结构简单，仅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合结构，在混合箱内腔中设置数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的导流板，组成了气液混合物的流通通道，充分利用了混合箱的空间，使混合物在混合箱内外均按照圆周方向流动，动能损失较小，使冷氢箱的压降较小，延长了混合物的接触时间，使气相与液相充分混合，实现了均匀换热，降低了混合箱的高度，减小了设备的体积。

Claims (6)

1.一种旋流碎流式冷氢箱，安装于加氢反应器中，位于冷氢管的下方，它包括同轴连接的截流板（1）和混合箱（2），混合箱（2）与加氢反应器筒体之间形成环形缝隙，混合箱（2）的侧壁底端与截流板（1）相连接，其特征在于：所述截流板（1）中心的气液混合物出口设有多个碎流孔（6），气液混合物出口上安装有两端开口的溢流筒（4），溢流筒（4）顶端的气液进口的高度高于混合箱（2）侧壁底部均匀设置的数个进料入口（3）上边缘的高度，溢流筒（4）顶端的气液进口面积小于所有进料入口（3）的面积之和，溢流筒（4）的周围设有数块首尾错位相接、呈圆圈状排布的导流板（5），溢流筒（4）、导流板（5）均安装在混合箱（2）的内腔中。
2.根据权利要求1所述的旋流碎流式冷氢箱，其特征在于：所述溢流筒（4）的形状为两端开口的圆台形或者切除顶部的半球形或者切除顶部的半椭球形，溢流筒（4）的顶端设有气液进口，气液进口的面积小于底端的气液出口的面积。
3.根据权利要求1或2所述的旋流碎流式冷氢箱，其特征在于：所述导流板（5）围绕溢流筒（4）排布有数圈，每圈导流板（5）的数量为2-8个。
4.根据权利要求3所述的旋流碎流式冷氢箱，其特征在于：所述导流板（5）的形状为弧形或者波浪形中的一种或者二种的组合。
5.根据权利要求4所述的旋流碎流式冷氢箱，其特征在于：所述碎流孔（6）的形状为圆形或者多边形或者放射形中的一种或者二种以上的组合，其流通面积由溢流筒（4）下边缘向截流板（1）中心逐渐减小。
6.根据权利要求5所述的旋流碎流式冷氢箱，其特征在于：所述进料入口（3）的形状为圆形或者多边形或者扇形或者螺旋线形中的一种或者两种以上形状的组合。
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