CN107405590B - 用于化学反应器的浮动阀 - Google Patents
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Abstract
一种用于化学反应器的浮动阀，其具有中心管，当液位上升和下降时，中心管围绕液体传输管滑动，从而当液位上升时打开以通过传输管中的流体传输孔进行液体传输，而当浮子下降时关闭流体传输并紧贴位于传输管上且处在流体传输孔下方的密封环形成密封。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于控制液体流动且关闭液体和气体两者通道的浮动阀。更具体地说，本发明涉及一种具有一个或多个过滤托盘的化学反应器，浮动阀被安装在过滤托盘中以控制托盘中的液位，且在反应器运行期间当托盘中的液体很少或没有时避免气体旁路，且由此避免压降。反应器可以是下流式气体和液体催化反应器，其包括多个垂直叠置的颗粒催化材料的填充床。这种类型的反应器在石油和化学加工业中用于进行各种催化反应，如硫和氮转化(HDS/HDN)；以下反应的氢化：烯烃(HYD)和芳香族化合物(加氢脱芳构化-HAA)、金属去除(氢化物-金属化-HDM)、氧转化(加氢脱氧-HDO)、和加氢裂化(HC)。替代性地，反应器是径向转化器，其中甲板(deck)的元件必须被固定到反应器。该反应器具有穿过催化材料的填充床的径向流，其通常用于石油和化学加工工业中用于进行催化重整和氨合成的催化反应。
背景技术
在涉及两相流的某些工艺技术中，需要优先从密闭空间排出液体。
在用低沸点进料操作的加氢处理反应器中可以发现一个典型的实例。在常规操作条件下，这种反应器处理气相进料。然而，在启动期间，当系统较冷时，进料完全地或部分地处于液相，液体可能会在内部积聚的任何密闭空间(例如反应器)均面临故障的风险。这种情况可能发生在被安装在石脑油加氢处理器内的碎屑捕获盘(scale catching tray)上。
当不同来源的颗粒以及从上游设备引入反应器的侵蚀性产物积聚在分级或催化剂床上时，这些托盘被安装在经历压降问题的单元中。为了延长单位周期长度且随着时间的推移来管理压降发展，在这些单元的一些反应器中，安装了各种类型的颗粒/碎屑捕获系统。即使气相是反应器在正常操作期间的唯一阶段，这些颗粒/碎屑捕获系统也必须能够处理液体。
在从引入进料到反应器入口温度高于起始进料的最终沸点的这段时间中，液体在启动时被输送到反应器。由于这段时间有几个小时，所以有大量的液体被输送，且反应器中的安装的任何托盘必须被设计成能够将液体传输到下一个液位(next level，下一层)。
在本领域中，通常通过安装液体传输管来解决这个问题。这些系统的缺点之一是，这些管在整个循环长度期间保持打开，且含有颗粒和碎屑的工艺气体可以绕过捕获系统。
因此，需要一种当液体在托盘中时打开阀门从而优先允许下游的液体流动、但若液体不存在则关闭阀门以便处理气体、并且捕获托盘能够对所有气相进料执行其功能而没有任何旁路的技术。
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US2009158763公开了一种包括主体、立管、浮子元件和分隔元件的制冷剂浮动膨胀装置。主体包括基板和管状壳体。固定在基板上的立管具有第二管开口和第三管开口。立管的管壁在第二管道开口附近具有至少一个开口。浮子元件围绕立管以便控制开口的流体通过区域。围绕浮动元件的分隔元件被设置在基板上且与管状壳体形成内部路径。分隔元件在基板附近具有多个流体通道。进入主体的高压流体被引导通过流体通道以便移动浮子元件，从而控制开口的流体通过区域。然后，将高压流体转移到低压流体。
尽管有上述已知技术，但仍需要一种坚固的阀，其可以在具有较高的温度和压力的恶劣环境中以及在具有杂质的环境中操作。
发明内容
本发明提供一种浮动阀，由于其稳固的设计而特别适用于具有高压和高温的化学反应器中的操作。其设计也确保即使在液体和气体中有杂质的环境中也可靠运行。
浮动阀包括液体传输管，其能够将液体从反应器中的一个位置传输到另一个位置，但是将关闭气体的传输。可以通过改变液体传输孔在传输管中所处的位置、高度，来选择启动浮动阀以允许传输通过液体传输管的液位的高度。这些液体传输孔允许液体从一个位置或液位进入传输管、穿过传输管、并在另一个液位或位置离开，例如，从反应堆中的一个托盘流到另一个托盘。
通常，反应器已经配备有这样的传输管：一旦达到某一液位，该传输管就允许液体从一个位置流动到另一个位置。但是这些传统传输管的缺点在于其也使处理气体从一个位置传输到另一个位置而无论是否存在液体。这是一个问题，因为这会使至少一些工艺气体绕过反应器中的工艺步骤，并且在反应器的内部引起压降。
根据本发明，此问题通过浮子来解决，该浮子在阀周围没有液体时或当液位低于某个极限时可以阻挡孔。通过这种方式，在正常操作期间，在仅有工艺气体存在时，工艺气体不能通过传输管；因此不具有工艺气体旁路且不会引起压降。浮子包括围绕传输管自由滑动的中心管、顶板和一个或多个侧板。顶板可以呈环圈形，浮子可以呈筒形。在这样的实施例中，环圈形板的内边缘连接到中心管，环圈形板的外边缘连接到筒形侧板。然而，本发明特别之处在于，浮子没有封闭的底板。可设有增强件或具有大孔的板，但是对于浮子的特征来说其底部打开的特征使得浮子内部不会困住液体。通过此方式，即使浮子在正常大气压下生产并且必须在高压下操作，其也可以操作，且气体也不会被困在浮子中，被困在浮子中的气体可能会在操作过程中与工艺气体接触时产生风险。因此，在本发明的一个实施例中，浮子可以呈钟形，其具有封闭的顶部和侧部，但是具有开放的底部。浮子的体积和重量被设计成由于浮子的浮力，浮子能够在反应器中任何液体上升的过程中升起。
浮子的中心管被设计用来关闭传输孔。在本发明的一个实施例中，这是通过密封环进行的，该密封环在传输孔的下方连接到输送管周围。当浮子处于其较低位置(当液体不使浮子升起时)，中心管的下边缘紧贴密封环形成密封，从而阻挡传输管的传输孔。
为了保护浮动阀免于杂质(否则杂质会阻塞或妨碍阀的功能)，在一个实施例中，一防护头可以保护浮动阀的上部。防护头也可以呈钟形，具有圆形顶板、筒形侧板和开放底部。但是诸如立方体、矩形、多边形等其它形状也可用于浮子和防护头。在浮动阀的另一实施例中，通气孔可被设置在防护头的顶部，以确保浮子的自由操作和滑行。
浮动阀可以用于在石油和化学加工行业中进行各种催化反应的反应器类型，例如硫转化和氮转化(HDS/HDN)，以下反应的氢化：烯烃(HYD)和芳香族化合物(加氢脱芳构化-HDA)、金属去除(氢化物-金属化-HDM)、氧转化(加氢脱氧-HDO)和加氢裂化(HC)。替代性地，浮动阀可以用在诸如径向转换器的反应器中，其中甲板元件必须被固定到反应器。这种类型的反应器具有穿过催化材料的填充床的径向流，并且其通常用于石油和化学加工工业中用于进行催化重整和氨合成的催化反应。
本发明的特征
1.一种化学反应器的浮动阀，包括：
液体传输管，包括至少一个液体传输孔；
密封环，被设置在所述传输管上且处在所述至少一个液体传输孔下方；
浮子，包括中心管，该中心管适于以自由滑动接合的方式配合在所述液体传输管周围，
其中，所述浮子的体积与重量之比大到足以使浮子能够漂浮在液体上，且当所述浮子相对于所述液体传输管处于较低位置时适于与所述密封环密封接合，所述浮子在其上端及其侧部具有闭合容积、而在其下端具有开口。
2.根据特征1所述的浮动阀，其中，所述浮子呈筒形且具有环圈形上板和筒形侧板，并且所述环圈形板的外周缘连接到所述筒形侧板的上边缘，且所述环圈形板的内周缘连接到所述中心管的上端，而且其中，所述浮子没有底板。
3.根据前述任一项特征所述的浮动阀，其中，所述密封接合位于所述中心管的下边缘与所述密封环之间。
4.根据前述任一项特征所述的浮动阀，其中，所述至少一个液体传输孔被形成为一个或多个狭槽。
5.根据前述任一项特征所述的浮动阀，还包括位于所述液体传输管的顶部的防护头，所述防护头具有开放的下端且内径大于所述浮子的所述外径，用于保护所述浮动阀免于碎屑和杂质的影响。
6.根据特征5所述的浮动阀，其中所述防护头包括位于其上部的通气孔。
7.一种包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述浮动阀包括：
液体传输管，包括至少一个液体传输孔；
密封环，被设置在所述传输管上且处在所述至少一个液体传输孔下方；
浮子，包括中心管，所述中心管适于以自由滑动接合的方式配合在所述液体传输管周围，
其中，所述浮子的体积与重量之比大到足以使所述浮子能够漂浮在液体上，且当所述浮子相对于所述液体传输管处于较低位置时适于与所述密封环密封接合，所述浮子是在其上端及其侧部上的闭合容积，在其下端处具有开口。
8.根据特征7所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述浮子呈筒形且具有环圈形上板和筒形侧板，而且其中，所述环圈形板的外周缘连接到所述筒形侧板的上边缘，且所述环圈形板的内周缘连接到所述中心管的上端，而且其中，所述浮子没有底板。
9.根据特征7、8中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，所述密封接合位于所述中心管的下边缘与所述密封环之间。
10.根据特征7-9中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述至少一个液体传输孔被形成为一个或多个狭槽。
11.根据特征7-10中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，所述托盘包括至少一个浮动阀，所述化学反应器还包括位于所述液体传输管的顶部的防护头，所述防护头具有开放的下端且内径大于所述浮子的外径，用于保护所述浮动阀免于碎屑和杂质的影响。
12.根据特征11所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述防护头包括位于其上部的通气孔。
13.根据特征7-12中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其其中，所述化学反应器是用于进行催化反应、催化重整、或氨合成的径向转化器，所述径向转化器具有穿过催化材料的填充床的径向流动而且包括甲板元件，其中，所述甲板元件被固定到所述反应器。
14.根据特征7-12中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述化学反应器是适于进行以下反应的反应器：催化反应、硫转化和氮转化(HDS/HDN)；以下的氢化：烯烃(HYD)和芳香族化合物(加氢脱芳构化-HDA)、金属去除(氢化物-金属化-HDM)、氧转化(加氢脱氧-HDO)或加氢裂化(HC)。
15.根据特征1-6中任一项所述的浮动阀的应用，该浮动阀用于化学反应器。
附图说明
本发明通过展示本发明的实施例的示例的附图来进一步阐释。
图1示出了在托盘的底板上的浮动阀组件的示意图；
图2示出了托盘底板上的液体输送管；
图3示出了液体传输孔和密封环的放大图；
图4示出了浮子；
图5示出了浮子的剖视图；
图6示出了在托盘的底板上的浮动阀组件的示意图；
图7示出了防护头的等距视图；
图8示出了防护头的剖视图；
图9示出了在托盘的底板上的浮动阀组件的剖视图；
图10示出了浮动阀的剖视图；
图11示出了具有液位的托盘的底板上的浮动阀组件的剖视图；
图12示出了具有使浮子升高的液位的托盘底板上的浮动阀组件的剖视图；以及
图13示出了具有使浮子升高的液位的浮动阀组件的剖切详细视图。
附图标记
01 浮动阀
02 液体传输管
03 液体传输孔
04 密封环
05 浮子
06 中心管
07 环圈形的上板
08 筒形侧板
09 防护头
10 通气孔
11 液位
12 托盘底板
具体实施方式
在图1中看到的是浮动阀01的等轴视图。液体传输管02被放置在托盘12的底板上。阀的内部不可见，这是因为其被防护头09所覆盖，防护头保护它们免受例如杂质和碎屑的影响。为了防止浮子在压力下被固定在防护头中，防护头设有通气孔10。
图2示出了在没有浮子和防护头的情况下浮动阀的一些内部结构。液体传输管以其总长度被示出，这使得液体传输孔03(这里形成为狭槽)可见。可以看出，可以通过改变从这些狭槽的下部到托盘底板的距离，来改变托盘中的液位。还可以看到位于液体传输孔下方的密封环04。这可以在更详细的视图图3中看出。
在图4和图5中，浮子05被详细地示出且以剖视图示出。浮子原则上是在底侧完全开放的筒形环圈，具有环圈形上板07和筒形侧板08。中心管06的内径略大于液体传输管的外径，以确保浮子可以在传输管周围自由地上下滑动，但是中心管的直径小于密封环的外径，以确保中心管和密封环的密封接合的能力。如图6所示，浮子位于传输管上。
防护头在图7中被详细示出，而在图8中是以剖视图来示出。类似于浮子，防护头在本实施例中也呈没有底侧的筒形。防护头位于液体传输管的顶部，以覆盖和保护浮动阀，并防止颗粒和碎屑到达浮子与传输管之间的空间。
在图9的剖视图中可以看到整个浮动阀组件。防护头覆盖浮子，浮子在没有液体的情况下处于其下部位置。在该位置，中心管靠在密封环上并密封液体传送孔，所以液体不会流入和向下流过液体传输管，进而到达托盘底板下方的下层(下液位)。在图10的放大视图中可以看到密封的液体传送孔的细节。在图11中可以看到相同的图，但是在这种情况下，托盘中可存在液位11而不会打开浮动阀，这是因为液体尚未超过浮子的浮力水平。然而，在图12中以及在图13的放大视图中，因为液体上方的气体被困在浮子的主体内，而托盘中的液位现在又如此高，使得浮子由于其浮力而升高。这使得中心管从密封环升起，使得液体能够通过狭槽/液体传输孔向下流过液体输送管。
当反应器内的温度升高到液体终沸点之上，且仅气相被输送到反应器时，液位将减小且浮阀将关闭。托盘中的剩余液体将被蒸发，且作为气体通过气体传输管被传输通过托盘。因为当中央管再次停靠在密封环上时，阀将关闭，所以气体将不可能被传输过浮动阀。
Claims (9)
1.一种用于化学反应器的浮动阀，包括：
液体传输管，包括至少一个液体传输孔；
密封环，被设置在所述液体传输管上且处在所述至少一个液体传输孔下方；
浮子，包括中心管，所述中心管适于以自由滑动接合的方式配合在所述液体传输管周围，
其中，所述浮子的体积与重量之比大到足以使所述浮子能够漂浮在液体上，且当所述浮子相对于所述液体传输管处于较低位置时适于与所述密封环密封接合，所述浮子在其上端及其侧部具有闭合容积、而在其下端具有开口，
其中，所述中心管的直径小于所述密封环的外径，而所述密封接合位于所述中心管的下边缘与所述密封环之间，
其中，所述浮子在没有液体的情况下处于其下部位置，在该下部位置，所述中心管靠在所述密封环上并密封所述至少一个液体传输孔，
其中，所述浮动阀还包括位于所述液体传输管的顶部上的防护头，且所述防护头包括位于其上部的多个通气孔，而且
其中，所述防护头具有开放的下端且内径大于所述浮子的外径，用于保护所述浮动阀免于碎屑和杂质的影响。
2.根据权利要求1所述的浮动阀，其中，所述浮子呈筒形且具有环圈形上板和筒形侧板，而且其中，所述环圈形上板的外周缘连接到所述筒形侧板的上边缘，且所述环圈形上板的内周缘连接到所述中心管的上端，而且其中，所述浮子没有底板。
3.根据权利要求1所述的浮动阀，其中，所述至少一个液体传输孔被形成为一个或多个狭槽。
4.一种包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述浮动阀包括：
液体传输管，包括至少一个液体传输孔；
密封环，被设置在所述液体传输管上且处在所述至少一个液体传输孔下方；
浮子，包括中心管，所述中心管适于以自由滑动接合的方式配合在所述液体传输管周围，
其中，所述浮子的体积与重量之比大到足以使所述浮子能够漂浮在液体上，且当所述浮子相对于所述液体传输管处于较低位置时适于与所述密封环密封接合，所述浮子在其上端及其侧部上具有闭合容积、而在其下端具有开口，
其中，所述中心管的直径小于所述密封环的外径，而所述密封接合位于所述中心管的下边缘与所述密封环之间，
其中，所述浮子在没有液体的情况下处于其下部位置，在该下部位置，所述中心管靠在所述密封环上并密封所述至少一个液体传输孔，
其中，所述化学反应器还包括位于所述液体传输管的顶部的防护头，且所述防护头包括位于其上部的通气孔，而且
其中，所述防护头具有开放的下端且内径大于所述浮子的外径，用于保护所述浮动阀免于碎屑和杂质的影响。
5.根据权利要求4所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述浮子呈筒形且具有环圈形上板和筒形侧板，而且其中，所述环圈形上板的外周缘连接到所述筒形侧板的上边缘，且所述环圈形上板的内周缘连接到所述中心管的上端，而且其中，所述浮子没有底板。
6.根据权利要求4所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述至少一个液体传输孔被形成为一个或多个狭槽。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述化学反应器是用于进行催化反应、催化重整、或氨合成的径向转化器，所述径向转化器具有穿过催化材料的填充床的径向流动而且包括多个甲板元件，其中，所述甲板元件被固定到所述反应器。
8.根据权利要求4-6中任一项所述的包括至少一个具有至少一个浮动阀的托盘的化学反应器，其中，所述化学反应器是适于进行以下反应的反应器：催化反应、硫转化和氮转化；烯烃的氢化和芳香族化合物的氢化、氢化物-金属化、加氢脱氧或加氢裂化。
9.一种根据权利要求1-3中任一项所述的浮动阀的应用，所述浮动阀用于化学反应器。
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