CN107497371A - 加氢反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢反应器，属于石油化工领域。该加氢反应器包括：第一催化剂床层和第一气液分配器；第一气液分配器包括分配盘、至少一个文丘里管和注氢管，分配盘包括至少一个第一通孔，其中，至少一个文丘里管位于分配盘下方，至少一个文丘里管与至少一个第一通孔一对一对接固定；每个文丘里管的管壁上设置有至少一个第二通孔；每个文丘里管还用于在待反应物料流过喉管处时，利用待反应物料流动时产生的剪切作用，使待反应物料中的氢气形成直径小于指定阈值的气泡；第一催化剂床层用于承载催化剂，使含有气泡的待反应物料在催化剂的催化作用下发生加氢反应。本发明提供的加氢反应器用于进行加氢反应。本发明提高了氢气在烃类物料中的扩散效率。

Description

加氢反应器

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种加氢反应器。

背景技术

在石油化工领域中，对烃类物质，如柴油等，可以进行加氢反应以去除该烃类物质中的杂质，一般而言，需要使用加氢反应器来使烃类物质进行加氢反应。具体地，可以向加氢反应器中注入溶解有氢气的烃类物料，该烃类物料通过加氢反应器中的催化剂作用而与自身溶解的氢气发生反应，从而去除自身包含的杂质。实际应用中，随着反应的进行，该烃类物料中溶解的氢气逐渐减少，很可能会出现贫氢现象，从而影响加氢反应的正常进行。

相关技术中，可以直接向加氢反应器中注入氢气，以增加烃类物料中溶解的氢气量，从而避免贫氢现象。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

相关技术中直接向加氢反应器中注入的氢气在烃类物料中形成的气泡直径一般较大，从而导致单位体积氢气与烃类物料的接触面积较小，导致氢气在烃类物料中的扩散效率较低，从而严重影响烃类物料的加氢反应。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种加氢反应器。所述技术方案如下：

提供了一种加氢反应器，所述加氢反应器包括：

第一催化剂床层、第一气液分配器、进料口和出料口；

所述第一气液分配器包括分配盘、至少一个文丘里管和注氢管，所述分配盘包括至少一个第一通孔，其中，所述至少一个文丘里管位于所述分配盘下方，所述至少一个文丘里管与所述至少一个第一通孔一对一对接固定，所述至少一个文丘里管的外壁与所述分配盘形成开口向下的集气腔，所述注氢管位于所述分配盘下方，用于使氢气注入所述加氢反应器中；

所述至少一个文丘里管用于使待反应物料流向所述第一催化剂床层；

所述每个文丘里管的管壁上设置有至少一个第二通孔，所述每个文丘里管还用于使所述集气室中的氢气通过所述至少一个第二通孔进入所述待反应物料中；

所述每个文丘里管还用于在所述待反应物料流过喉管处时，利用所述待反应物料流动时产生的剪切作用，使所述待反应物料中的氢气形成直径小于指定阈值的气泡，所述喉管处为所述每个文丘里管内径最小处；

所述第一催化剂床层用于承载催化剂，使含有所述气泡的所述待反应物料在所述催化剂的催化作用下发生加氢反应；

所述进料口位于所述加氢反应器的壳体下侧，所述进料口用于向所述加氢反应器中注入所述待反应物料；

所述出料口位于所述壳体上侧，所述出料口用于从所述加氢反应器中排出已反应物料。

可选的，所述第一气液分配器位于所述进料口和所述第一催化剂床层之间。

可选的，所述加氢反应器还包括第二催化剂床层和第二气液分配器；

所述第二气液分配器位于相邻的上下两个催化剂床层之间。

可选的，所述待反应物料为溶解有氢气的烃类物质。

可选的，所述至少一个第二通孔设置在所述每个文丘里管中内径小于预设阈值处的管壁上。

可选的，所述预设阈值为100毫米。

可选的，所述加氢反应器还包括至少一个挡板；

每个挡板与所述至少一个文丘里管的任一个的指定端相对，所述指定端为所述每个文丘里管与任一个第一通孔对接固定的一端的对端。

可选的，所述每个挡板的横截面为圆形；

所述横截面的直径与所述每个文丘里管中内径最大处的内径值的比值在1到4之间。

可选的，所述每个文丘里管中内径最大处的内径值在10毫米至100毫米之间；

所述喉管处的内径值在2毫米至10毫米之间；

所述每个文丘里管的长度在100毫米到500毫米之间。

可选的，所述每个文丘里管上所述至少一个第二通孔的个数在1个至20个之间，其中，每个第二通孔的直径在0.5毫米到5毫米之间。

可选的，所述每个文丘里管为马鞍状、喇叭状或者沙漏状。

可选的，相邻的任意两个文丘里管轴线间的距离在10毫米到180毫米之间。

可选的，所述至少一个文丘里管在所述分配盘上呈正三角形分布、同心圆分布或者正方形分布。

可选的，所述加氢反应器还包括入口扩散器；

所述入口扩散器与所述进料口相邻，用于将从所述进料口注入的所述待反应物料在所述加氢反应器中扩散。

可选的，所述加氢反应器还包括出口收集器；

所述出口收集器与所述出料口相邻，用于过滤所述已反应物料中的杂质。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在加氢反应器中设置带有文丘里管的第一气液分配器，使得待反应物料流经所述文丘里管的喉管处时，由于流速变快，压强变小，使得文丘里管的外壁与分配盘形成的集气腔中的氢气在压强差的作用下进入文丘里管中的待反应物料中，并在流速较快的待反应物料的剪切作用下形成直径小于指定阈值的气泡，含有该气泡的待反应物料在催化剂床层承载的催化剂的催化作用下发生加氢反应，由于氢气在待反应物料中形成的气泡直径较小，使得单位体积氢气与待反应物料的接触面积变大，增加了氢气在待反应物料中的扩散效率，从而保证了加氢反应的反应效率，同时也可以减少向加氢反应器中注入氢气的量，从而节省氢气。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的加氢反应器100的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的加氢反应器100中I处的放大图。

图3是本发明实施例提供的文丘里管喉管处的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种加氢反应器100的结构示意图，参见图1，该加氢反应器100包括第一催化剂床层6、第一气液分配器5、进料口1和出料口11，具体地：

如图1所示，该第一气液分配器5包括分配盘4、至少一个文丘里管3和注氢管8，如图2所示，该分配盘4包括至少一个第一通孔，其中，该至少一个文丘里管3位于该分配盘4下方，该至少一个文丘里管3与该至少一个第一通孔一对一对接固定，如图1所示，该至少一个文丘里管3的外壁与该分配盘4形成开口向下的集气腔42，该注氢管8位于该分配盘4下方，用于使氢气注入该加氢反应器100中。

该至少一个文丘里管3用于使待反应物料流向该第一催化剂床层6。

如图2加氢反应器100中I处的放大图和图3文丘里管喉管处的结构示意图所示，该每个文丘里管3的管壁上设置有至少一个第二通孔13，该每个文丘里管3还用于使该集气室42中的氢气通过该至少一个第二通孔13进入该待反应物料中。

如图2所示，该每个文丘里管3还用于在该待反应物料流过喉管A-A处时，利用该待反应物料流动时产生的剪切作用，使该待反应物料中的氢气形成直径小于指定阈值的气泡，该喉管A-A处为该每个文丘里管3内径最小处。

该第一催化剂床层6用于承载催化剂，使含有该气泡的该待反应物料在该催化剂的催化作用下发生加氢反应。

该进料口1位于该加氢反应器100的壳体下侧，该进料口1用于向该加氢反应器100中注入该待反应物料。

该出料口11位于该壳体上侧，该出料口11用于从该加氢反应器100中排出已反应物料。

其中，上文所述的“下方”、“向下”指的是该加氢反应器100正常工作时朝向水平地面的方向。

需要说明的是，文丘里管指的是两边内径较大，而中间内径较小的空管。实际应用中，向加氢反应器100中注入的待反应物料中溶解有氢气，该氢气会从待反应物料中逸散出来，逸散出来的氢气和部分以气泡形式存在的过量氢气聚集在上文所述的集气腔42中。

还需要说明的是，由于文丘里管的内径不均匀，因此，通过文丘里管内径不同处的待反应物料的流速也不相同，根据流体力学的基本原理，通过文丘里管内径较小处的待反应物料流速较快，相应地，其压强也较低，可以与集气室42中氢气的压强形成压强差，在该压强差的作用下，集气室42中的氢气可以通过至少一个第二通孔13进入文丘里管中的待反应物料中，而且流速较高的待反应物料还会产生剪切作用，在该剪切作用下，待反应物料中的氢气可以形成直径小于指定阈值的气泡。

还需要说明的是，上述至少一个文丘里管3的材质可以为碳素结构钢或奥氏体不锈钢。

还需要说明的是，该加氢反应器100还包括注氢口7，该注氢口7与注氢管8相连。

虽然注入加氢反应器100中的待反应物料溶解有氢气，然而，随着加氢反应的进行，待反应物料中溶解的氢气逐渐消耗，可能会出现贫氢现象，因此，为了保证加氢反应的顺利进行，在加氢反应过程中，需要向加氢反应器100中注入氢气，基于以上的原因，本发明可以在加氢反应器100中设置注氢管8

综上所述，本实施例提供的加氢反应器，通过在加氢反应器中设置带有文丘里管的第一气液分配器，使得待反应物料流经所述文丘里管的喉管处时，由于流速变快，压强变小，使得文丘里管的外壁与分配盘形成的集气腔中的氢气在压强差的作用下进入文丘里管中的待反应物料中，并在流速较快的待反应物料的剪切作用下形成直径小于指定阈值的气泡，含有该气泡的待反应物料在催化剂床层承载的催化剂的催化作用下发生加氢反应，由于氢气在待反应物料中形成的气泡直径较小，使得单位体积氢气与待反应物料的接触面积变大，增加了氢气在待反应物料中的扩散效率，从而保证了加氢反应的反应效率，同时也可以减少向加氢反应器中注入氢气的量，从而节省氢气。

可选的，如图1所示，该第一气液分配器5位于所述进料口1和所述第一催化剂床层6之间。

进一步地，如图1所示，该加氢反应器100还包括至少一个第二催化剂床层9和至少一个第二气液分配器12，该至少一个第二气液分配器中12的每个第二气液分配器位于相邻的上下两个催化剂床层之间。

需要说明的是，在实际应用中，该第二催化剂床层9的个数大于或等于1，图1为了绘图简洁仅示出了第二催化剂床层的个数为1的情况，读者应该理解，在实际应用中，第二催化剂床层9的个数可以依照实际情况按技术人员的设计确定，本发明对此不作具体限定。

还需要说明的是，该第二催化剂床层9位于第一催化剂床层6的上方，且，各个第二催化剂床层9在加氢反应器100中从上到下依次排列。其中，“上方”指的是加氢反应器100正常工作时远离水平地面的方向。

还需要说明的是，该第二气液分配器12的结构与第一气液分配器5的结构相同，包括至少一个文丘里管23和分配盘24，为了简化说明，本发明在此不对第二气液分配器12的结构进行赘述。

还需要说明的是，每一第二催化剂床层9的下方均设置有一个第二气液分配器12，因此，第二催化剂床层9的个数与第二气液分配器12的个数相同。其中，“下方”指的是加氢反应器100正常工作时靠近水平地面的方向。

还需要说明的是，上文所述的“相邻的上下两个催化剂床层”包括“上下相邻的第一催化剂床层6和某一第二催化剂床层9”和“上下相邻的某一第二催化剂床层9和另一第二催化剂床层9”。

可选的，该待反应物料为溶解有氢气的烃类物质。

可选的，该至少一个第二通孔13设置在该每个文丘里管3中内径小于预设阈值处的管壁上。可选的，在实际应用中，该预设阈值可以为100毫米。当然，如图2所示，在实际应用中，该至少一个第二通孔13可以设置在该文丘里管3的喉管A-A处。

本发明提供的加氢反应器可以利用高速流动的待反应物料的剪切作用形成直径小于指定阈值的气泡，为了达到这一目的，本发明首先需要利用高速流动的待反应物料与集气室的压强差令集气室中的氢气进入文丘里管的待反应物料中，因此，本发明提供的加氢反应器可以将第二通孔13设置在文丘里管内径较小处，因为文丘里管内径较小处待反应物料的流速较快，压强较低，这样，一方面可以利用压强差令集气室中的氢气进入文丘里管的待反应物料中，另一方面可以利用高速流动的待反应物料的剪切作用使氢气形成直径小于指定阈值的气泡。

进一步地，如图2所示，该加氢反应器100还包括至少一个挡板14。每个挡板14与该至少一个文丘里管3的任一个的指定端相对，该指定端为该每个文丘里管与任一个第一通孔对接固定的一端的对端。

本发明设置挡板14可以起到分流待反应物料的作用，避免待反应物料直接进入文丘里管3可能对文丘里管3造成的损害，还可以避免氢气从文丘里管3底部直接进入，使得氢气富集在集气腔42。

可选的，该每个挡板14的横截面为圆形，该横截面的直径与该每个文丘里管3中内径最大处B-B的内径值的比值在1到4之间，优选的，该横截面的直径与该每个文丘里管3中内径最大处B-B的内径值的比值在1.5到2.5之间。

可选的，如图2所示，该每个文丘里管3中内径最大处B-B的内径值在10毫米至100毫米之间；喉管A-A处的内径值在2毫米至10毫米之间；该每个文丘里管3的长度h在100毫米到500毫米之间；优选的，该每个文丘里管3中内径最大处B-B的内径值在15毫米至35毫米之间，喉管A-A处的内径值在4毫米至8毫米之间，该每个文丘里管3的长度h在200毫米到400毫米之间，在本发明的一个实施例中，某一文丘里管3中内径最大处B-B的内径值为26毫米，喉管A-A处的内径值为6毫米，长度h为200毫米。

可选的，该每个文丘里管3上该至少一个第二通孔13的个数在1个至20个之间，其中，每个第二通孔13的直径在0.5毫米到5毫米之间，优选的，该每个文丘里管3上该至少一个第二通孔13的个数在3个至6个之间，其中，每个第二通孔13的直径在1毫米到3毫米之间，在本发明的一个实施例中，某一文丘里管3上该至少一个第二通孔13的个数为6，直径为1毫米。

可选的，该每个文丘里管3为马鞍状、喇叭状或者沙漏状。

可选的，如图1所示，相邻的任意两个文丘里管3轴线间的距离在10毫米到180毫米之间。

可选的，该至少一个文丘里管3在该分配盘4上呈正三角形分布、同心圆分布或者正方形分布。

进一步地，如图1所示，该加氢反应器100还包括入口扩散器2，该入口扩散器2与该进料口1相邻，用于将从该进料口1注入的该待反应物料在该加氢反应器100中扩散。

进一步地，如图1所示，该加氢反应器100还包括出口收集器10，该出口收集器10与该出料口11相邻，用于过滤该已反应物料中的杂质。

下面，本发明将结合图1对本发明实施例提供的加氢反应器的工作过程进行简要说明，具体地：

通过进料口1向加氢反应器100中注入待反应物料，该待反应物料为溶解有氢气的烃类物料，通过注氢管8向加氢反应器100中注入氢气，该待反应物料流经入口扩散器2之后在加氢反应器100中扩散，扩散后的待反应物料流经文丘里管3，待反应物料在文丘里管3的内径较小处流速较快，压强较低，因此，在文丘里管3的待反应物料和集气室的压强差下，集气室中的氢气通过第二通孔13进入待反应物料中，同时，利用文丘里管3中高速流动的待反应物料的剪切作用，待反应物料中的氢气形成直径小于指定阈值的气泡，含有该气泡的待反应物料通过文丘里管3进入第一催化剂床层6，并在第一催化剂床层6承载的催化剂的催化作用下发生加氢反应，而后，该待反应物料进入第二气液分配器12上的文丘里管23中，待反应物料在文丘里管23和在第二催化剂床层9中的过程与上同理，本发明在此不再赘述。

综上所述，本实施例提供的加氢反应器，通过在加氢反应器中设置带有文丘里管的第一气液分配器，使得待反应物料流经所述文丘里管的喉管处时，由于流速变快，压强变小，使得文丘里管的外壁与分配盘形成的集气腔中的氢气在压强差的作用下进入文丘里管中的待反应物料中，并在流速较快的待反应物料的剪切作用下形成直径小于指定阈值的气泡，含有该气泡的待反应物料在催化剂床层承载的催化剂的催化作用下发生加氢反应，由于氢气在待反应物料中形成的气泡直径较小，使得单位体积氢气与待反应物料的接触面积变大，增加了氢气在待反应物料中的扩散效率，从而保证了加氢反应的反应效率，同时也可以减少向加氢反应器中注入氢气的量，从而节省氢气。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器包括第一催化剂床层、第一气液分配器、进料口和出料口；

所述第一气液分配器包括分配盘、至少一个文丘里管和注氢管，所述分配盘包括至少一个第一通孔，其中，所述至少一个文丘里管位于所述分配盘下方，所述至少一个文丘里管与所述至少一个第一通孔一对一对接固定，所述至少一个文丘里管的外壁与所述分配盘形成开口向下的集气腔，所述注氢管位于所述分配盘下方，用于使氢气注入所述加氢反应器中。

所述至少一个文丘里管用于使待反应物料流向所述第一催化剂床层；

所述每个文丘里管的管壁上设置有至少一个第二通孔，所述每个文丘里管还用于使所述集气室中的氢气通过所述至少一个第二通孔进入所述待反应物料中；

所述每个文丘里管还用于在所述待反应物料流过喉管处时，利用所述待反应物料流动时产生的剪切作用，使所述待反应物料中的氢气形成直径小于指定阈值的气泡，所述喉管处为所述每个文丘里管内径最小处；

所述第一催化剂床层用于承载催化剂，使含有所述气泡的所述待反应物料在所述催化剂的催化作用下发生加氢反应；

所述进料口位于所述加氢反应器的壳体下侧，所述进料口用于向所述加氢反应器中注入所述待反应物料；

所述出料口位于所述壳体上侧，所述出料口用于从所述加氢反应器中排出已反应物料。

2.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述第一气液分配器位于所述进料口和所述第一催化剂床层之间。

3.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括至少一个第二催化剂床层和至少一个第二气液分配器；

所述至少一个第二气液分配器中的每个第二气液分配器位于相邻的上下两个催化剂床层之间。

4.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述待反应物料为溶解有氢气的烃类物质。

5.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述至少一个第二通孔设置在所述每个文丘里管中内径小于预设阈值处的管壁上。

6.根据权利要求5所述的加氢反应器，其特征在于，所述预设阈值为100毫米。

7.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括至少一个挡板；

每个挡板与所述至少一个文丘里管的任一个的指定端相对，所述指定端为所述每个文丘里管与任一个第一通孔对接固定的一端的对端。

8.根据权利要求7所述的加氢反应器，其特征在于，所述每个挡板的横截面为圆形；

所述横截面的直径与所述每个文丘里管中内径最大处的内径值的比值在1到4之间。

9.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述每个文丘里管中内径最大处的内径值在10毫米至100毫米之间；

所述喉管处的内径值在2毫米至10毫米之间；

所述每个文丘里管的长度在100毫米到500毫米之间。

10.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述每个文丘里管上所述至少一个第二通孔的个数在1个至20个之间，其中，每个第二通孔的直径在0.5毫米到5毫米之间。

11.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述每个文丘里管为马鞍状、喇叭状或者沙漏状。

12.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，相邻的任意两个文丘里管轴线间的距离在10毫米到180毫米之间。

13.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述至少一个文丘里管在所述分配盘上呈正三角形分布、同心圆分布或者正方形分布。

14.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括入口扩散器；

所述入口扩散器与所述进料口相邻，用于将从所述进料口注入的所述待反应物料在所述加氢反应器中扩散。

15.根据权利要求1所述的加氢反应器，其特征在于，所述加氢反应器还包括出口收集器；

所述出口收集器与所述出料口相邻，用于过滤所述已反应物料中的杂质。