CN106606997A - 上流式分配器和上流式反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石油化工领域，公开了上流式分配器和上流式反应器，其中，该上流式分配器包括主导流管(1)、气体导流管(2)和混合部(3)，气体物流能够通过该气体导流管(2)传输，所述主导流管(1)和所述气体导流管(2)的上端管口均与该混合部(3)连通。本发明的气体导流管主要用于传输从混合流体中分离出的气体流体，而主导流管用于传输其余的主要以液体流体为主的流体，流经主导流管和气体导流管的流体在混合部混合。通过上述技术方案，流经主导流管和气体导流管的流体到达混合部，该混合部使得该混合流体中气体和液体能够更好地相互混合。

Description

上流式分配器和上流式反应器
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种上流式分配器和上流式反应器。
背景技术
目前，在石油化工领域中，上流式反应器应用较为广泛，如固定床上流式加氢反应器、馏分油液相加氢反应器、悬浮床加氢反应器及沸腾床加氢反应器等。无论哪种上流式反应器，均需使气液物流均匀分配到催化剂床层界面，避免偏流或沟流带来的不利影响。
在上流式反应器中，气液两相同时向上流动，一般情况下液相为连续相，气相为分散相，随着物流向上流动产生的扰动，部分溶解在液相中的气相会逸出，因此在进入催化剂床层前需设置物流分配装置来对气液物流进行重新混合和分配。而物流分配装置的混合性能则直接影响到气相在液相中的溶解速率，进而影响反应器内气液传质效率。现有技术的上流式分配器虽然能够起到一定的气液混合效果，但是由于结构的限制，其气液混合效果有限。
现有技术中的上流式物流分配装置中存在的主要问题在于无法提供稳定有效的气液相间混合，气液物流间的传质效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种上流式分配器，该上流式分配器能够提高气体和液体在混合流体中的混合效果。
为了实现上述目的，本发明提供一种上流式分配器，其中，该上流式分配器包括主导流管、气体导流管和混合部，气体物流能够通过该气体导流管传输，所述主导流管和所述气体导流管的上端管口均与该混合部连通。
优选地，所述主导流管套设在所述气体导流管之内。
优选地，所述气体导流管的管壁的下部与所述主导流管的管壁相互连接且封闭，所述气体导流管的管壁上设置有通气孔。
优选地，所述气体导流管的管壁的上侧边与所述混合部的下侧边相连，所述主导流管的上端延伸到所述混合部之中。
优选地，所述混合部为横截面从下向上逐渐减小的管。
优选地，所述上流式分配器还包括发散部，所述混合部的上侧边与该发散部的下侧边连接。
优选地，所述发散部为横截面从下向上逐渐增大的管。
优选地，所述上流式分配器还包括分流盘，该分流盘设置在所述主导流管的下端管口的下方并与所述下端管口相间隔地相对。
本发明的另一个目的是提供一种上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层，该催化剂床层的下方的反应器壳体上设置有反应器入口，其中，该催化剂床层的下方设置有分配塔盘，所述上流式反应器还包括根据本发明所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述分配塔盘上。
优选地，所述分配塔盘上设置有安装孔，所述上流式分配器穿过该安装孔设置，其中，所述混合部设置在所述分配塔盘的下方，所述发散部设置在所述分配塔盘的上方。
本发明的气体导流管主要用于传输从混合流体中分离出的气体流体，而主导流管用于传输其余的主要以液体流体为主的流体，流经主导流管和气体导流管的流体在混合部混合。通过上述技术方案，流经主导流管和气体导流管的流体到达混合部，该混合部使得该混合流体中气体和液体能够更好地相互混合。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明优选实施方式的上流式分配器的示意图；
图2是根据本发明优选实施方式的上流式反应器的示意图；
图3是根据本发明技术方案与现有技术在不同测点的局部气含率的对比图。
附图标记说明
1主导流管；2气体导流管；3混合部；4发散部；5分流盘；6环板；7连接杆；10催化剂床层；20分配塔盘。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词应当结合上下文和实际使用中的方向来适当解释。
本发明提供一种上流式分配器，其中，该上流式分配器包括主导流管1、气体导流管2和混合部3，气体物流能够通过该气体导流管2传输，所述主导流管1和所述气体导流管2的上端管口均与该混合部3连通。
气体导流管2用于传输气体，而主导流管1主要用于以传输液体为主的流体。其中，通过主导流管1传输的流体主要为液体，但是由于液体中通常难以避免地混合有少量气体，因此该主导流管1可以传输液体流体或以液体为主的混合流体，为了便于描述，下文将主导流管1传输的流体称为液体流体，但是应当理解的是该流体可以为以液体流体为主的混合流体。
流体从下向上地通过主导流管1和气体导流管2，并且在本发明中优选地分别通过气体导流管2传送气体并通过主导流管1传送液体，该主导流管1和气体导流管2的上端管口均与混合部3连通。因此，当流体进入混合部3中时，气体和液体分别以一定的流速进入到混合部3中，从而能够合流并以各自的流速相互碰撞从而更均匀地混合在一起。并且主导流管1和气体导流管2相互之间的角度也可以根据需要设置，即主导流管1的上端管口和气体导流管2的上端管口设置为使得气体和液体流入混合部3的速度的方向之间成适当的角度，以使得气体和液体的混合效果更好。
具体地，本发明中的主导流管1和气体导流管2可以根据实际需要适当地设置，例如该主导流管1和气体导流管2可以并排地设置，并且该主导流管1和气体导流管2的上端管口均与混合部3连通。下文对主导流管1和气体导流管2的设置的优选实施方式进行详细描述。
通常，流入上流式分配器的流体通常为气体和液体的混合流体。优选地，在该混合流体进入上流式分配器之前，首先经过流体分离装置从而使得混合流体中的气体从液体中分离或者基本上从液体中分离。随后，分离出的气体通过气体导流管2向上传输，液体则通过主导流管1向上传输。下文将对该流体分离装置的优选实施方式进行详细介绍。
本发明的气体导流管主要用于传输气体流体，而主导流管用于传输其余的主要以液体流体为主的流体，流经主导流管和气体导流管的流体在混合部混合。通过上述技术方案，流经主导流管和气体导流管的流体到达混合部，该混合部使得该混合流体中气体和液体能够更好地相互混合。
该上流式分配器通常用于一个更大的反应容器中，流体在该反应容器中从下向上流经该上流式分配器，不但使得气体和液体的混合更加充分，还能够使得混合流体能够在流经该上流式分配器后向四周均匀流动。
优选地，所述主导流管1套设在所述气体导流管2之内。在本优选实施方式中，主导流管1和气体导流管2相互套设，一方面使得整个上流式分配器的体积更加紧凑，另一方面还能够使得在气体和液体在混合部3相互混合时，气体围绕液体，从而使得气体和液体混合的更加均匀。
更优选地，所述气体导流管2的管壁的下部与所述主导流管1的管壁相互连接且封闭，所述气体导流管2的管壁上设置有通气孔21。该通气孔21的形状可以设置为任意适合的形状，例如圆形、三角形、矩形、梯形等，优选为圆形和矩形。
在本优选实施方式中，当主导流管1套设在气体导流管2之内时，气体导流管2的下部与主导流管1之间的间隙封闭。优选地，气体导流管2的下端管口与主导流管1的下端管口相互连接，因此流体不能够从主导流管1的下端管口和气体导流管2的下端管口之间的间隙流入。
根据上文所述的优选实施方式，混合流体首先经过流体分离装置从而使得混合流体中的气体从液体中分离或者基本上从液体中分离。液体或者基本上为液体的混合流体从主导流管1的下端管口进入主导流管1中，液体则通过主导流管1向上传输，气体则从气体导流管2的管壁上的通气孔21进入到气体导流管2和主导流管1之间的间隙中。
优选地，气体导流管2的直径为50-200mm，优选为80-160mm，主导流管1的直径为20-100mm，优选为40-80mm。
并且，优选地，所述气体导流管2的管壁的上侧边与所述混合部3的下侧边相连，所述主导流管1的上端延伸到所述混合部3之中。
通过本优选实施方式，由于主导流管1设置在气体导流管2之内，因此当气体导流管2的上侧边与混合部3的下侧边相连时，确保通过主导流管1向上传输的液体以及通过主导流管1与气体导流管2之间的间隙向上传输的气体都能够进入到混合部3中。并且，设置在气体导流管2之内的主导流管1的上端延伸到混合部3中。
优选地，所述混合部3为横截面从下向上逐渐减小的管。由于混合部3中的混合流体继续向上流动，因此该横截面从下向上逐渐减小的混合部3能够使得混合流体的流速增大。优选地，该混合部3的下端的横截面为上端的横截面的1.5-6倍，优选为2.5-4倍。
优选地，所述上流式分配器还包括发散部4，所述混合部3的上侧边与该发散部4的下侧边连接。因此，当气体和液体在混合部3混合之后，混合流体继续向上流动到发散部4，该发散部4能够使得混合流体向四周发散的流动，从而使得混合流体在反应容器中的分布更加均匀。优选地，所述发散部4为横截面从下向上逐渐增大的管。这样，通过混合部3而提高流速的混合流体在进入发散部4之后继续向上流动且流速逐渐减小，并且发散部4的从下向上发散的形状使得混合流体能够向四周发散。
需要说明的是，上文所述的主导流管1，气体导流管2，以及形成为管状的混合部3和发散部4的横截面并不限制为圆形，也可以为其他适用的形状，本发明对此不加以限定。
优选地，所述上流式分配器还包括分流盘5，该分流盘5设置在所述主导流管1的下端管口的下方并与所述下端管口相间隔地相对。当混合流体向上朝向主导流管1流动时，在流经该分流盘5的过程中，由于与分流盘5相互碰撞而发生气液分离，液体流体在流经该分离盘5之后能够从主导流管1的下端管口进入到主导流管1中，而气体则大多数沿分流盘5的周缘直接向上运动，而在液体的上方聚集，并通过气体导流管2的管壁上的通气孔21进入气体导流管2和主导流管1之间的间隙中，从而使得混合流体中的气体和液体分别通过不同的通道而向上流动，再重新混合，以使得混合流体中的气体和液体混合更均匀。
通过上文所述的优选实施方式可知，混合流体在经过分流盘5之后，液体从主导流管1向上传输，气体则在主导流管1和气体导流管2之间的间隙中向上传输。当气体与液体都向上流动到混合部3中时，能够进行更加充分混合。
该分流盘5可以通过任意适用的方式设置在主导流管1的下端管口的下方相对位置处，例如通过将该分流盘5固定在周围结构上。优选地，所述分流盘5通过连接杆7与所述主导流管1连接。
而且该分流盘5的形状也可以根据主导流管1的横截面形状来相应地设置，该分流盘5的面积通常大于主导流管1的横截面的面积。
本发明还提供一种上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层10，该催化剂床层11的下方的反应器壳体上设置有反应器入口11，其中，该催化剂床层10的下方设置有分配塔盘20，所述上流式反应器还包括根据本发明所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述分配塔盘20上。
上文所述的上流式分配器主要用于上流式反应器中。在本发明提供的上流式反应器中，上流式反应器的壳体内从上至下依次设置有催化剂床层10和分配塔盘20，而本发明的上流式分配器就设置在该分配塔盘20上。
优选地，所述分配塔盘20上设置有安装孔，所述上流式分配器穿过该安装孔设置，其中，所述混合部3设置在所述分配塔盘20的下方，所述发散部4设置在所述分配塔盘20的上方。
本发明的上流式反应器的反应器壳体的下部(即位于分配塔盘20的下方的反应器壳体部分上)设置有入口，通过上文所述的优选实施方式，混合流体从入口进入到反应器壳体中并向上流经上流式分配器，从而从分配塔盘20的下方流动到分配塔盘20的上方，再继续向上流动到催化剂床层10以进行反应。
优选地，该分配塔盘20上的每个安装孔中都安装有上流式分配器，即混合流体从分配塔盘20的下方流动到分配塔盘20的上方需要经过该上流式分配器，从而使得分配塔盘20上方的流体中气体和液体混合更加均匀。
其中，当气体和液体分别通过气体导流管2与主导流管1之间的间隙和主导流管1向上流动到混合部3中时，气体和液体能够充分地在位于分配塔盘20的下方的混合部3中混合。由于混合部3与发散部4上下相对地连接，因此混合部3中的混合流体能够继续向上流动到分配塔盘20上方的发散部4中，并通过该发散部4在反应器壳体内部向四周发散地流动，以使流体在分配塔盘20上方的反应器壳体内均匀地分布，并继续向上以与催化剂床层1均匀接触并提高催化反应效果。
下面结合上文所述的上流式分配器的优选实施方式对整个上流式反应器的工作过程进行描述。
首先，混合流体通过反应器入口11进入到反应器壳体内，并逐渐上升。优选地，混合流体在流入主导流管1之前首先经过分流盘5。混合流体经过分流盘5时与分流盘5发生冲击，因此混合流体在与分流盘5撞击之后，气体能够从混合流体中逸出。
在主导流管1套设在气体导流管2之内的实施方式中，液体绕过分流盘5向上流动并有部分的液体通过分流盘5与主导流管1的下端管口之间的间隙从下端管口进入主导流管1，由于主导流管1与气体导流管2的下部之间优选为封闭地连接，更优选为主导流管1与气体导流管2的下端管口之间封闭地连接，因此液体不能进入气体导流管2与主导流管1之间的间隙内，而气体则沿分流盘5的边缘向上运动并聚集在液体的液面上方与分配塔盘20之间的空间内。由于气体的气压使得液体能够进入主导流管1并沿主导流管1向上流动，而气体则由于其本身的压力能够从气体导流管2的管壁上的通气孔21进入到气体导流管2与主导流管1之间的间隙中，因此气体能够与液体相互独立地向上传输。
当气体和液体都进入到混合部3中时能够发生混合，由于混合部3优选为横截面从下向上逐渐减小的管，气体以一定加速度和角速度向上流动，对从主导流管1内向上流出的液体进行碰撞、剪切和破碎，从而发生剧烈混合和有效传质，还能够由于减缩的管横截面积而提高混合流体向上流动的流速。
由于上流式分配器安装在分配塔盘20上的安装孔内时，混合部3位于分配塔盘20的下方，发散部4位于分配塔盘20的上方，因此重新混合的混合流体继续向上流动而从混合部3流动到发散部4中时，就在上流式反应器中从分配塔盘20的下方流动到分配塔盘20的上方。由于发散部4优选为横截面从下向上逐渐增大的管，因此不但使得混合流体能够沿发散部4的向外倾斜的管壁向外发散地流动，还能够由于减扩的管横截面积而降低混合流体的流速，液体在气体的携带下由于流速的减小而发生进一步破碎，从而完成气体和液体的再次混合和传质。从而，使得混合流体在分配塔盘20与催化剂床层10之间的空间内发散地均匀分配，并与催化剂床层10之间均匀接触而发生反应。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，主导流管1和气体导流管2的下端管口之间通过环板6相互连接并封闭。分流盘5为圆形平板，分流盘5的面积为气体导流管2的横截面积的2.5倍。分流盘5通过连接杆7与主导流管1和气体导流管2的下端管口之间的环板6连接，该连接杆7为本技术领域内常用的支条、螺栓等结构。主导流管1套设在气体导流管2内且二者均为直筒体，气体导流管2的直径为120mm，主导流管1的直径为70mm。气体导流管2的管壁上设置有两个通气孔21，该通气孔21的形状分别为圆形和矩形。混合部3位于气体导流管2的上方，该混合部3与气体导流管2之间通过焊接连接，主导流管1的上端的部分管段延伸到混合部3的内部。该混合部3为横截面积从下向上逐渐减小的锥形筒体，混合部3的下端管口的横截面积为上端管口的横截面积的3倍。发散部4设置在混合部3的上方，发散部4为横截面积逐渐增大的锥形筒体，发散部4的上端管口的横截面积为下端管口的横截面积的3倍。混合部3的上端端口的横截面积与发散部4的下端管口的横截面积相同。
针对不同的上流式反应器，均可采用本发明的上流式分配器。表1中列出了针对工业上不同装置的物流分配装置设计应用。表1表示了如图所示的本发明的上流式分配器在不同装置上的设计与应用。
表1
为表征气体和液体流体之间的混合效果，通常采用气液两相流在先测量仪进行液体中气含率的测量。术语“气含率”指气体占气液混合物体积的百分率，通常通过差压法、体积膨胀法、双电导探针法等来进行测量。本实施例中采用双电导探针法对本发明技术方案以及现有技术方案进行局部气含率测量对比试验。试验结果如图3所示。可以看到，与现有技术相比，本发明的上流式分配器在各测点上具有更高的局部气含率，气液两相的混合效果更好，传质效率更高。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.上流式分配器，其特征在于，该上流式分配器包括主导流管(1)、气体导流管(2)和混合部(3)，气体物流能够通过该气体导流管(2)传输，所述主导流管(1)和所述气体导流管(2)的上端管口均与该混合部(3)连通。
2.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述主导流管(1)套设在所述气体导流管(2)之内。
3.根据权利要求2所述的上流式分配器，其特征在于，所述气体导流管(2)的管壁的下部与所述主导流管(1)的管壁相互连接且封闭，所述气体导流管(2)的管壁上设置有通气孔(21)。
4.根据权利要求2或3所述的上流式分配器，其特征在于，所述气体导流管(2)的管壁的上侧边与所述混合部(3)的下侧边相连，所述主导流管(1)的上端延伸到所述混合部(3)之中。
5.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述混合部(3)为横截面从下向上逐渐减小的管。
6.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述上流式分配器还包括发散部(4)，所述混合部(3)的上侧边与该发散部(4)的下侧边连接。
7.根据权利要求6所述的上流式分配器，其特征在于，所述发散部(4)为横截面从下向上逐渐增大的管。
8.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述上流式分配器还包括分流盘(5)，该分流盘(5)设置在所述主导流管(1)的下端管口的下方并与所述下端管口相间隔地相对。
9.上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层(10)，该催化剂床层(10)的下方的反应器壳体上设置有反应器入口(11)，其特征在于，该催化剂床层(10)的下方设置有分配塔盘(20)，所述上流式反应器还包括根据权利要求1-8中任意一项所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述分配塔盘(20)上。
10.根据权利要求9所述的上流式反应器，其特征在于，所述分配塔盘(20)上设置有安装孔，所述上流式分配器穿过该安装孔设置，其中，所述混合部(3)设置在所述分配塔盘(20)的下方，所述发散部(4)设置在所述分配塔盘(20)的上方。
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