CN111558340A - 一种气液混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气液混合装置。该装置包括催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器、分配盘、再分配盘和壳体，所述催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器、分配盘和再分配盘均固定于壳体内壁上；冷氢分布器主要由冷氢分布管和直喷嘴组成，冷氢分布管包括分布环管和分布直管，分布环管和分布直管均位于同一平面内，分布环管呈同心圆状排布，分布直管与分布环管交叉贯通，分布管上沿分布管轴线间隔设有成对设置的斜向上的直喷嘴，其中一根分布直管的一端为冷氢进口，各个直喷嘴为冷氢出口；本发明结构简单、紧凑，能使冷氢在反应器全截面上分布的更加均匀，与反应油气能充分混合，保障传质、传热的均匀进行，提高反应器内介质的传热效率。

Description

一种气液混合装置
技术领域
本发明属于石油加工领域，涉及一种用于加氢反应器的气液混合装置，具体地说，涉及一种气液混合装置。
背景技术
加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应，欲使反应进料(气、液两相)与催化剂(固相)充分、均匀、有效地接触，加氢反应器一般设计有多个催化剂床层，在每个床层的顶部都设置有分配盘，并在两个床层之间设有温控结构(冷氢箱)，以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。
烃类加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。冷氢加入系统的作用和要求是：均匀、稳定地供给足够的冷氢量；必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。
冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将上层流下来的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免反应器超温。
冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢与上一床层反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上层下来的热油气经过反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层—筛板盘，在筛板盘上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下还有一层再分配盘对预分配后的油气再作最终的分配。
再分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。再分配盘在催化剂床层上面，目的是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。分配器种类比较多，我国自行设计制造的加氢反应器多采用泡帽型分配器。
专利CN201620014039.3公布了一种混合系统，包括：外壳、上催化剂层、下催化剂层以及加氢管；上催化剂层与下催化剂层由上至下间隔地设置在外壳内，且上催化剂层与下催化剂层之间形成混合腔；加氢管的一端设置在混合腔内；加氢管的侧壁上设置有多个出气孔。冷氢气从多个出气孔内流至混合腔，反应流体流至混合腔内时，可与冷氢气充分混合，加氢管在通入冷氢气的同时可使反应流体与冷氢气充分混合，减少了混合腔的空间，但传热传质不够均匀，反应不够稳定。
目前随着加氢装置的大型化以及新的加氢技术的发展，加氢反应器的直径越来越大，单个加氢反应器催化剂床层增加。加氢反应器大型化以后，内构件的先进适用性将更加重要，如何实现气-液两相流体在床层内的均匀分布，保障传质、传热的均匀进行，和提高反应器内介质的传热效率将变得更为困难和更加重要。如国外先进的气液分配器，结合先进的催化剂装填技术使得反应器内截面上的温度非常均匀，温差达到≤1℃水平，不仅有利于反应器的操作控制，也可以大大延长催化剂的使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术存在的气液两相流体在催化剂床层内难以分布均匀、传质传热不够均匀及传热效率低的技术问题，本发明提供了一种气液混合装置。
该装置包括催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器、分配盘和壳体；催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器、分配盘均设于壳体内；冷氢分布器设于催化剂格栅下方，气液分配器竖直固定于分配盘上设于冷氢分布器的下方，催化剂格栅、分配盘均固定于壳体内壁上。
作为改进的方案，在气液分配器下方设置固定于壳体内壁上的圆盘状再分配盘，再分配盘上均布分配孔。
所述冷氢分布器主要由冷氢分布管和直喷嘴组成，冷氢分布管包括分布环管和分布直管，分布环管和分布直管均位于同一平面内，分布环管呈同心圆状排布，分布直管与分布环管交叉贯通，分布管上沿分布管轴线间隔设有成对设置的斜向上的直喷嘴，其中一根分布直管的一端为冷氢进口，各个直喷嘴为冷氢出口；所述成对设置的两个直喷嘴呈轴对称设置，每个直喷嘴与水平面呈30～60度角。
作为改进的方案，每个直喷嘴的端部设有收缩孔，靠近直喷嘴端部沿周向均匀设有喷射孔，喷射孔的数量为2～8个，以保证冷氢的均匀分布。
本发明提供的气液混合装置的工作原理为：
上层催化剂床层反应油气通过催化剂格栅向下流动，为了下一床层继续有效反应的需要，在两床层间引入冷氢气来控制温度。冷氢通过冷氢分布器引入床层间，从上层下来的反应油气与冷氢均匀混合，继续向下，通过气液分配器进一步混合和分配。混合油气继续向下通过再分配盘进行再次分配，减少了死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀，有利于下一床层反应更加有效。
本发明具有如下有益效果：
1)冷氢分布器的独特结构，使得冷氢在反应器全截面上分布的更加均匀，与反应油气能充分混合，保障传质、传热的均匀进行，提高反应器内介质的传热效率；
2)冷氢分布器由分布管和直喷嘴组成，结构简单、紧凑，可以大幅节省反应器投资，安装与拆卸更加方便，适于大直径下流式反应器催化剂床层间使用。
3)再分配盘的设置，使反应油气在经过气液分配器的混合分配后再一次得以充分混合分配，使反应油气在催化剂床层间分布的更均匀，反应更稳定，更易于控制反应器的运作。
附图说明
图1为本发明的冷氢分布器的结构示意图；
图2是图1中A-A向的结构示意图；
图3是图2中直喷嘴的结构示意图；
图4是本发明的气液混合装置的结构示意图；
图5是再分配盘的分配孔示意图；
图中：1-分布环管，2-分布直管，3-直喷嘴，4-冷氢分布管，5-收缩孔，6-喷射孔，7-冷氢进口，8-壳体，9-催化剂格柵，10-催化剂格柵支撑梁，11-冷氢分布器支撑梁，12-冷氢分布器，13-气液分配器，14-分配盘支撑梁，15-分配盘，16-分配盘支撑梁，17-再分配盘，18-催化剂床层，19-分配孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
如图1～3所示，本发明的冷氢分布器包括分布环管1、分布直管2和直喷嘴3，图2中的冷氢分布管4既包括分布环管1又包括分布直管2。分布环管1和分布直管2均位于同一平面内，分布环管1呈同心圆状排布，分布直管2与分布环管1交叉贯通，冷氢分布管上沿分布管轴线间隔设有成对设置的斜向上的直喷嘴3，其中一根分布直管2的一端为冷氢进口7，直喷嘴3为冷氢出口；图2中成对设置的两个直喷嘴呈轴对称设置，每个直喷嘴与水平面呈30～60度角。图3中直喷嘴的端部设有收缩孔5，靠近直喷嘴端部沿周向均匀设有喷射孔6，喷射孔6的数量为2～8个，以保证冷氢的均匀分布。
如图4所示，本发明的气液混合装置包括壳体8、固定于壳体8的内壁及催化剂格柵支撑梁10上的催化剂格柵9、通过冷氢分布器支撑梁11固定于催化剂格柵9下方的冷氢分布器12、位于冷氢分布器12下方且固定于分配盘15上的气液分配器13，以及位于分配盘15下方的再分配盘17及位于再分配盘17下方的为催化剂床层18，分配盘15、再分配盘17固定于壳体8的内壁上。
再分配盘17呈圆盘状，如图5所示；板面上都均布分配孔19。
下面结合附图说明本发明的工作原理：
上层催化剂床层反应油气通过催化剂格栅9向下流动，为了下一床层继续有效反应的需要，在两床层间引入冷氢气来控制温度。冷氢经冷氢进口7进入冷氢分布器12，由设置于分布环管1和分布直管2上的直喷嘴3的收缩孔6和喷射孔5喷出，进入床层空间，在反应器全截面径向和周向方向上均匀分布，与从上层下来的反应油气均匀混合，继续向下。经设置于冷氢分布器12下方的分配盘15和气液分配器13的进一步混合分配后进入下方的再分配盘17进行再一次分配，减少了死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀，有利于下一催化剂床层18反应更加有效。

Claims (4)

1.一种气液混合装置，其特征在于：该装置包括自上而下设置的催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器、分配盘、再分配盘以及壳体；所述催化剂格栅、分配盘和再分配盘均固定于壳体内壁上；所述冷氢分布器设于催化剂格栅下方，所述气液分配器竖直固定于分配盘上设置于冷氢分布器下方，所述分配盘下方设置再分配盘，所述再分配盘为圆盘状，再分配盘上均布分配孔；所述冷氢分布器主要由冷氢分布管和直喷嘴组成，冷氢分布管包括分布环管和分布直管，分布环管和分布直管均位于同一平面内，分布环管呈同心圆状排布，分布直管与分布环管交叉贯通，分布管上沿分布管轴线间隔设有成对设置的斜向上的喷孔，其中一根分布直管的一端为冷氢进口，各个喷孔为冷氢出口。
2.根据权利要求1所述的气液混合装置，其特征在于：所述成对设置的两个直喷嘴呈轴对称设置，直喷嘴的端部设有收缩孔，靠近直喷嘴端部沿周向均匀设有喷射孔。
3.根据权利要求1所述的气液混合装置，其特征在于：所述成对设置的两个直喷嘴呈轴对称设置，每个直喷嘴与水平面呈30～60度角。
4.根据权利要求1所述的气液混合装置，其特征在于：所述喷射孔的数量为2～8个。
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