CN108097176B - 一种环板式减冲均流盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环板式减冲均流盘，属于化工设备领域。所述环板式减冲均流盘包括塔盘和设置于塔盘上的分配器，所述分配器由若干层减冲环板呈同心圆形式布置在塔盘上，相邻两层减冲环板之间设有用于收集和排出物料的多个降料管。所述环板式减冲均流盘具有减冲均流功能、分布效果好，体积小、安装精度要求低等特点。

Description

一种环板式减冲均流盘

技术领域

本发明涉及化工设备领域，特别是涉及一种反应器内构件。

背景技术

近年来，随着我国国民经济的快速发展和环保意识的增强，对石化产品的质量和环保要求越来越高。为了适应加工含硫原油的需要，满足不断增长的化工原料的需求，提高产品的质量，加氢技术在炼油工业中的重要性和作用越来越大。加氢反应能否稳定操作，加氢催化剂能否充分地发挥其作用，产品质量是否能够达到优质，很大程度上取决于气液物料在加氢反应器内的催化剂床层中分布的均匀性。而气液在催化剂床层中的分布是否均匀，与加氢反应器内构件的设计有着密切的关系。换言之，反应器内构件性能的好坏直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期，即在加氢过程中采用一套性能优良的内构件技术所得到的效果决不亚于换用一种活性更高的催化剂。

加氢反应器内构件有入口扩散器、气液分配器、积垢篮、催化剂床层支承件、冷氢箱、出口收集器以及惰性瓷球等，其中直接关乎催化剂使用效率也是最重要的内构件是气液分配器和冷氢箱。

气液分配器的功能是将气液两相原料进行分配、混合、并均匀地喷洒到催化剂床层表面，改善液相在催化剂床层的流动状态。气液分配器对反应物料的分配有宏观均匀性与微观均匀性。从每个分配器流过的液相量与气体体积相同，保证物料对催化剂床层的“均匀”覆盖，定义为气液分配器的宏观均匀性。达到液体分配的宏观均匀性较高是比较困难的，原因是目前加氢反应器直径越来越大，分配塔盘由分块组合安装，无法精准保证分配板面水平。通常安装误差会使分配板面沿水平方向有1/8°～1/2°的倾斜，最大倾斜可达3/2°。即使塔盘在安装之初其水平度较高，在操作过程中，也会因为热膨胀和物料冲击载荷共同作用下，使分塔盘板面失去水平度。因此，需要靠分配器自身结构实现液相宏观分配的均匀性。通过分配器将液体分布到床层催化剂上。催化剂床层上不存在没有被液体覆盖的空白区域，保证物料对催化剂床层的“完全”覆盖，这就是气液分配器的微观均匀性。它是体现反应器床层局部区域而言的液体分布效果。

加氢过程为放热反应，物料分布不均匀会导致催化剂润湿效果好的部位反应程度剧烈，生成热量较多；即影响反应器的径向温差。当径向温差较大时，催化剂局部温度越高，反应速率越快，两者效果叠加会形成过热点，使这部分催化剂性能过早失活，损害催化剂的性能，甚至会导致催化剂部分区域的结焦、板结，物料无法正常流过，由于固定床加氢反应器为滴流床流态，导致板结区域下方的催化剂不能发挥作用，从而大大降低催化剂的使用寿命与装置的开工周期。局部板结还导致催化剂床层压力降的升高，为了继续运行不得不提高反应器的操作压力，造成能耗的升高；压力降的过快升高达到反应器设计值时，不得不非正常停工，进行撇头处理，额外支出检维修费用，同时催化剂的筛分也会造成催化剂的流失与浪费。

国内外对液体在固定床反应器内分布均匀性的研究已有50多年的历史了，很多研究者发现，液体在催化剂床层上的初始分布是影响其整体分布均匀性的重要因素，因为单股液体往往需要4-5倍反应器直径的距离才能实现在整个床层上的均匀分布。

由于气液分布器无论对于固定床加氢反应器的稳定运行，还是加氢产品的质量都起到了举足轻重的作用，因此对其结构和性能的研究引起了众多专家学者的兴趣，同时也受到了国内外主要石油炼化公司和科研机构的重视。不同的气液分配器实现宏观分配均匀性与微观分配均匀性的方法不同。按照其作用机理主要分为三类：溢流型、抽吸型以及二者的混合型。它们的结构、工作机理各不相同，其微观分配均匀性也差别很大。

总的来说，按照液体的分散机理，上述溢流型、抽吸型及兼具溢流和抽吸作用的混合型三类气液分配盘中，抽吸型气液分布器由于具有较好的液体破碎性能，可以将液体分散为粒径较小的液滴，在其作用下液体在催化剂床层上的分布均匀性较之其他两种类型要好。但由于联合油型气液分布器采用相同的气液入口，其气体入口面积将会随着液位的波动而发生变化，从而引起气速和液体抽吸能力的变化，当气液分配盘存在一定的倾斜度时，处于不同水平高度的气液分布器将具有不同的气体入口面积和液体抽吸能力，导致气液分配盘的液体分布不够均匀，也就是说联合油型气液分布器的抗塔板倾斜能力不强。另外，最近的一些研究报道表明，联合油型气液分布器存在较为严重的中心汇流现象，其液体的分布均匀性也不够理想。

目前，国内外目前加氢反应器气液分布器不同程度存在分布不均匀的情况，如国内广泛使用的分配器大多数为泡帽型分配器或改进型泡帽分配器，气液分布性能存在明显的不均匀情况，该分配器基于抽吸原理依靠气相折流时对液相形成夹带，实现液相分布。泡帽型分配器主要是依靠气相对分配盘上液相的抽吸作用来克服分配板安装倾斜和保持液体宏观分配的均匀性的。但是泡帽型分配器的溢流口属直缝切口，宏观均匀性不如溢流型分配器。并且泡帽分配器尺寸较大，安装间距较大，占用反应器空间较多。泡帽分配器的中心区域流量大，液相的微观分配性不均匀；且由于泡帽分配器的流态为柱塞流，其冲击力较大。基于上述原因，泡帽分配器在使用时不得不填充足够厚度的惰性瓷球层，用于减缓冲击力，并辅助均匀分散液相，而且需流经一定段床层深度后，才能实现液相均匀分散，浪费了宝贵的反应器空间。

此外，随着原料油劣质化日趋严重、加工工艺流程越来越长、连续化程度越来越高，原料油中含酸引起设备及工艺管线腐蚀所产生的锈垢、上游工艺失稳夹带而来的助剂、储运过程中的溶氧等，进入加氢反应器后均会产生垢物，覆盖顶部分配盘。基于抽吸原理的泡帽分配器很容易被覆盖或部分覆盖，导致物料分布不均匀，而入口液体分布不均匀时，会严重影响加氢反应器顶部分配器效果。

针对传统的气液分配器抗塔板倾斜能力较弱、分配盘上液层深度不均匀影响较大的技术问题，必须开发一种分布效果好、安装精度要求低的新型内构件技术，用于消减进入反应器的流体残余动能形成的强大冲击力，用于消除呈倾斜流态的流体对分配盘上液层的“推浪”现象，实现流体的均匀分配。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种环板式减冲均流盘，所述环板式减冲均流盘具有分布效果好，体积小、安装精度要求低和减冲均流功能等特点。

本发明公开了一种环板式减冲均流盘，所述环板式减冲均流盘包括塔盘和设置于塔盘上的分配器，所述分配器由若干层减冲环板呈同心圆形式布置在塔盘上，相邻两层减冲环板之间设有用于收集和排出物料的多个降料管。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述减冲环板下沿开设若干孔，所述孔形成物料流通通道。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述塔盘的最外边沿设置具有向上翻折的折边，折边具有一定高度，所述塔盘可以分割为若干块小塔盘，若干块小塔盘通过支撑梁和塔盘连接件组装成一个整体塔盘。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述分配器在塔盘上呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述分配器与塔盘可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接，优选为螺栓连接。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述降料管为上下两端敞口的圆筒形结构，所述降料管材质为金属材质，优选为钢材。所述降料管上开设一定数量的溢流孔，所述溢流孔中心线与塔盘上表面之间有一定高度。

本发明所述环板式减冲均流盘中，所述环板式减冲均流盘设置于反应器的上封头内，或者设置于反应器筒体上端；当设置于反应器筒体上端时，优选设置于反应器内最顶部分配盘的上方。

与现有技术相比，本发明环板式减冲均流盘具有如下优点：

1、本发明首次提出了在反应器内设置环板式减冲均流盘这种新型反应器内构件的构思，所述环板式减冲均流盘为新增设的反应器内构件，可以削减物料进入反应器时因残余动能形成的强大冲击力；消除因采用现有的中心进料方式导致的呈倾斜流态的物料对反应器内顶部分配盘上液层的“推浪”作用；消除液体物料自反应器入口坠落至顶部分配盘上由势能转化而来的冲击力；实现液体物料流体流态精细化调节；实现物料的初分配。所述环板式减冲均流盘还可以替代顶部分配盘的分配功能，可为顶部分配盘提供良好的入口条件。具有减冲均流功能、而且分布效果好、体积小、安装精度要求低等特点。

2、本发明所述的环板式减冲均流盘，设置若干层减冲环板，所述减冲环板可以阻挡因采用中心进料方式形成的呈倾斜流态的喷射流体，消除流体自反应器入口坠落至顶部分配盘由势能转化而来的冲击力，失去动能的流体被阻挡后在重力作用下，由原来的倾斜流态转化为垂直流态，并实现自然坠落，消除了物料对分配盘上液层的“推浪”现象。流体坠落在塔盘上可以形成深度一致的液层，给分配器提供友好平稳均匀的入口条件，实现流体流态精细化调节及物料的初分配。设置数量适宜、具有减冲功能的环板式减冲均流盘，可替代现有的顶部分配盘，实现物料的均匀分配功能。

3、本发明的环板式减冲均流盘，通过设置减冲环板及降料管实现液相分布，与传统的抽吸原理的泡帽分配器相比，液相分配的分散动力由气相抽吸改为利用势能，形成喷溅，从而减小压降。

4、本发明的环板式减冲均流盘，通过在降料管管壁的合适位置设置适宜形状的溢流孔，保证塔盘上形成并存在一定合理深度的液层，降低由塔盘水平度偏差与液位波动带来的宏观分配不均匀。

5、本发明的环板式减冲均流盘，采用独特的设计原理及流体力学特点，实现物料的均匀分配，尤其在应用于装有催化剂的反应器催化反应时，可以使催化剂床层径向温差降低，催化剂床层径向温差不大于3℃，由于径向温差反映了流体的分布效果，这充分说明了本发明齿堰式均流盘对反应进料物流的分配和气液混合效果较好，对催化反应过程和催化剂结焦控制具有一定的辅助作用。

6、与现有技术相比，本发明的环板式减冲均流盘结构简单，安装方便，操作弹性大，可以安装于反应器上封头内或者设置在反应器筒体上端、顶部分配盘的上面，可以提高反应器的空间利用率、便于反应器内装填更多的催化剂及其他设备或缩小反应器规模。改善反应器顶分物料入口条件、提高反应器进料的径向分布效果、有效消除反应器径向温差，消除催化剂床层因物料分布不均匀引起的过热点，为反应器中催化剂的有效使用提供优良的入口条件，减少催化剂撇头或换剂次数，延长装置的开工周期，提高工艺效果，具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明环板式减冲均流盘结构示意图。

图2是本发明环板式减冲均流盘的分配器示意图。

图3是本发明环板式减冲均流盘的减冲环板结构示意图。

图4是本发明环板式减冲均流盘工作时液体流向示意图。

图5是本发明实施例和比较例中同一床层截面上不同测温点的方位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图4所示，本发明公开了一种环板式减冲均流盘，所述环板式减冲均流盘包括塔盘5和分配器1，所述分配器1由若干层减冲环板1呈同心圆形式布置在塔盘上，所述减冲环板设置层数为2~30层，优选为8~20层；相邻两层减冲环板之间设置有用于收集和排出物料的降料管2；减冲环板高度为10～400mm，优选为80～200mm；减冲环板下沿开设若干个孔101，所述孔101可以为半圆形、圆形、四边形、倒三角形，优选为半圆形结构；每层减冲环板开设的孔101的总截面积为反应器入口管截面积的0.5~1.8倍，优选为0.8~1.2倍；减冲环板下沿开设的相邻两个孔101的间距为30mm~200mm，优选50mm~120mm；相邻两块减冲环板之间的间距为减冲环板高度的0.5～1.5倍，优选为0.8～1.1倍。所述降料管2高度为20~300mm，优选为50~120mm。降料管2在水平方向设置1~6个溢流孔201，优选为1~2个。所述溢流孔201的总截面积为降料管2截面积的10%~100%，优选为30%~50%。降料管2开设的溢流孔201的形状为多边形，具体可以是三角形、四边形或者圆形，优选为圆形。降料管2上设置的溢流孔201中心线距塔盘5上表面5~100mm，优选为30~50mm。所述塔盘5的最外边沿设置具有方向向上翻折的折边501，折边501高度为5~80mm，优选为30~50mm；所述塔盘5可以分割为若干块小塔盘，若干块小塔盘经支撑梁3和塔盘连接件4固定组装成一个整体塔盘。所述分配器1在塔盘2上呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。所述分配器1与塔盘2可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接，优选为螺栓连接。所述环板式减冲均流盘设置于反应器的上封头内，或者设置于反应器筒体上端；当设置于反应器筒体上端时，优选设置于反应器内最顶部分配盘的上方。

结合图1、图2和图3进一步说明本发明所述环板式减冲均流盘的工作过程：所述环板式减冲均流盘工作时，物料由反应器的入口扩散器进入反应器内，因机泵输送具有残余动能，因而物料具有强大的冲击力。由于物料自反应器中心位置进料，虽然现有的反应器均设置入口扩散器，但物料仍然呈斜线流态向四周喷射。当在反应器内设置本发明提供的环板式减冲均流盘后，流体首先撞击到多层减冲环板上上，可有效阻挡呈斜线流态喷射而来的流体，将其冲击力削减掉，而流体被阻挡、失去动能后，在重力的作用下自然坠落，形成垂直流态，并坠落到环板式减冲均流盘的塔盘上，减冲环板下端开设的若干孔形成物料流动通道，实现物料在塔盘上的水平流动，由于降料管2上设置有溢流孔201，即物料通道呈水平布置，且溢流孔201距离塔盘5具有一定高度差，因而物料会在塔盘5上形成具有一定深度的液层，即使塔盘5水平度存在偏差，仍可确保每个分配器1均有液相存在。由于分配器1数量多，可以保证反应器内催化剂床层表面任意一个点均有一定数量的分配器1工作，使得分配器1均匀度得到保障。流体自降料管2管壁上开设的溢流孔201流入反应器内最顶部分配盘上，实现物料的初步分配。由于经过环板式减冲均流盘后的物料在分配到顶部分配盘上时已经转化为垂直流态，且动能消失，因此对顶部分配盘塔盘表面上的液层不再有推力，消除了物料对分配盘上液层的“推浪”作用，给顶部分配盘提供了友好、平稳、均匀的入口条件，与顶部分配盘一起实现了物料在催化剂床层上的均匀分布。

当液相物料量较少工况时，或催化剂床层上部装填保护剂时，本发明的环板式减冲均流盘，可取代反应器内的顶部分配盘，实现减冲、均流及分配一体化，从而大大简化反应器内部结构、降低投资。

下面结合实施例说明本发明的反应效果，但并不因此限制本发明的保护范围。

比较例1

某炼油厂柴油加氢精制装置中的一个加氢反应器，所述反应器直径为4.6m，上封头内闲置，最上层催化剂床层入口处设置有顶分配盘，顶分配盘内使用本领域常规的ERI型泡帽式气液分配器，加氢原料为柴油，催化剂为抚顺石油化工研究院生产的FH-5A型加氢精制催化剂，所述反应器的工艺条件为：氢分压6.5MPa、体积空速1.5h^-1、氢油体积比为400:1，反应器入口温度320℃，催化剂床层径向温度及温差见表1。

实施例1

与比较例1相比，本发明实施例1在加氢反应器的上封头内设置了本发明的环板式减冲均流盘，采用如图1所示的环板式减冲均流盘与普通的ERI型泡帽式气液分配器组合使用。所述环板式减冲均流盘的参数为：所述环板式减冲均流盘包括塔盘和分配器，所述分配器由8层减冲环板呈同心圆形式布置在塔盘上，相邻两层减冲环板之间设置有用于收集和排出物料的降料管2。减冲环板高度为80mm；减冲环板下沿开设半圆形孔作为液相通道，每层减冲环板开设的孔总截面积为反应器入口管截面积的0.8倍；减冲环板下沿开设的两个相邻孔间距为50mm；相邻减冲环板之间的相间距为减冲环板高度的0.8倍，减冲环板下沿开设的相邻两个孔的间距为80mm；相邻两块减冲环板之间的间距为减冲环板高度的1.1倍，减冲环板以同心圆形式布置在塔盘上，并与塔盘焊接固定。降料管高度为120mm；在降料管管壁上，呈水平方向设置2个圆形溢流孔，溢流孔的总截面积为降料管截面积的30%；降料管管壁上设置的溢流孔中心线距塔盘上表面50mm。塔盘的最外边沿设置具有方向向上的折边，折边高度为50mm。所述塔盘由9块小塔盘组装而成，每块小塔盘上均设置有2个环板式减冲均流盘。分配器在塔盘上呈三角形布置。应用结果见表1。

实施例2

与实施例1相同，不同之处在于取消了原加氢反应器中的本领域常规的ERI型气液分配器，仅仅保留了本发明中提供的环板式减冲均流盘，床层径向温度及温差见表1。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (31)

1.一种环板式减冲均流盘，其特征在于：所述环板式减冲均流盘包括塔盘和设置于塔盘上的分配器，所述分配器由若干层减冲环板呈同心圆形式布置在塔盘上，相邻两层减冲环板之间设有用于收集和排出物料的多个降料管，所述减冲环板下沿开设若干个孔。

2.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板设置2~30层。

3.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板设置8~20层。

4.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述孔的形状为半圆形、圆形、四边形、倒三角形中的一种或几种。

5.按照权利要求1或4所述的环板式减冲均流盘，其中，所述孔的形状为半圆形。

6.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，每层所述减冲环板开设的孔的总截面积为反应器入口管截面积的0.5~1.8倍。

7.按照权利要求1或6所述的环板式减冲均流盘，其中，每层所述减冲环板开设的孔的总截面积为反应器入口管截面积的0.8~1.2倍。

8.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板下沿开设的相邻两个孔之间的间距为30mm~200mm。

9.按照权利要求1或8所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板下沿开设的相邻两个孔之间的间距为50mm~120mm。

10.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述相邻两层减冲环板之间的间距为减冲环板高度的0.5～1.5倍。

11.按照权利要求1或10所述的环板式减冲均流盘，其中，所述相邻两层减冲环板之间的间距为减冲环板高度的0.8～1.1倍。

12.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板高度为10～400mm。

13.按照权利要求1或12所述的环板式减冲均流盘，其中，所述减冲环板高度为80～200mm。

14.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述塔盘的最外边沿设置具有方向向上翻折的折边。

15.按照权利要求14所述的环板式减冲均流盘，其中，所述折边高度为5~80mm。

16.按照权利要求14或15所述的环板式减冲均流盘，其中，所述折边高度为30~50mm。

17.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述分配器与塔盘采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接。

18.按照权利要求1或17所述的环板式减冲均流盘，其中，所述分配器与塔盘采用螺栓连接。

19.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述分配器在塔盘上呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。

20.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述降料管上开设有溢流孔。

21.按照权利要求20所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔数量为1～6个。

22.按照权利要求20或21所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔数量为1~2个。

23.按照权利要求20所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔的总截面积为降料管截面积的10%~100%。

24.按照权利要求20所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔的总截面积为降料管截面积的30%~50%。

25.按照权利要求20所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔的形状为多边形。

26.按照权利要求20或25所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔的形状为三角形、四边形或者圆形。

27.按照权利要求26所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔的形状为圆形。

28.按照权利要求20所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔中心线距塔盘上表面5~100mm。

29.按照权利要求20或28所述的环板式减冲均流盘，其中，所述溢流孔中心线距塔盘上表面30~50mm。

30.按照权利要求1所述的环板式减冲均流盘，其中，所述环板式减冲均流盘设置于反应器的上封头内，或者设置于反应器筒体上端。

31.按照权利要求30所述的环板式减冲均流盘，其中，当所述环板式减冲均流盘设置于反应器筒体上端时，设置于反应器内最顶部分配盘的上方。

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