CN111558345B - 气液混合分布装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液混合分布装置，该装置包括壳体及在壳体内自上而下设置的催化剂格栅、收集盘、冷氢分布器、气液分配器和分配盘；收集盘与冷氢分布器固定连接，分配盘与分配盘支撑梁和壳体内壁分别固定连接，气液分配器竖直固定于分配盘上，分配盘支撑梁两侧的气液喷头朝向呈交错相向设置或两两斜向设置，壳体内壁处的气液喷头朝向呈正对壳体内壁或斜对壳体内壁设置。本发明能使冷氢在反应器全截面上分布的更加均匀，减少了壳体内壁及分配盘支撑梁处的死区，充分保障了气液在反应器全截面上的均匀分布。

Description

气液混合分布装置

技术领域

本发明属于石油加工领域，具体地说，涉及一种气液混合分布装置。

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CN201610010133.6提供了一种加氢反应器旋流冷氢管，包括与冷氢气储罐出口连接的进料管，还包括连接在所述进料管上的分配环管，以及装设在所述分配环管上的多个喷嘴，所述多个喷嘴围绕所述分配环管的圆环外壁均匀排布；所述喷嘴为筒型，所述喷嘴的侧壁末端处开设有切口，所述喷嘴的末端装设有端盖，所述多个喷嘴的切口方向相同或相反。

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分布装置。

本发明提供的气液混合分布装置包括壳体及在壳体内自上而下设置的催化剂格栅、收集盘、冷氢分布器、气液分配器和分配盘；收集盘与冷氢分布器固定连接，分配盘与分配盘支撑梁和壳体内壁分别固定连接，气液分配器竖直固定于分配盘上，分配盘上位于分配盘支撑梁两侧及位于壳体内壁处的位置上设有位于分配盘下方的气液喷头，气液喷头为出口水平的90度弯喷头，分配盘支撑梁两侧的气液喷头朝向呈交错相向设置或两两斜向设置，壳体内壁处的气液喷头朝向呈正对壳体内壁或斜对壳体内壁设置。

所述冷氢分布器主要由进气管、分布环管、分布直管和混合室组成，进气管、分布环管、分布直管和混合室均位于同一平面内；分布环管呈两端封闭的半圆弧状，以混合室为中心呈同心圆状分布；混合室为上端敞口，底部封闭的筒状体；分布直管与分布环管交叉贯通，分布直管一端与混合室侧壁连通，另一端与分布环管连通；分布环管和分布直管上沿轴线间隔设有成对设置的斜向下的喷孔，各个喷孔为冷氢出口；进气管的一端为冷氢进口，进气管的另一端与混合室侧壁连通；冷氢分布器通过其混合室上端的敞口与收集盘中心孔固定连接。

作为进一步的改进方案，混合室内靠近上端敞口的内壁上设有混合室分布板，混合室分布板上均布液体分布孔。

所述成对设置的两个喷孔呈轴对称设置，每个喷孔与水平面呈30～60度角。

所述喷孔上可设置直喷嘴，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。

所述分布环管可以仅设内环管和外环管两层，外环管内侧喷孔上可设置斜向下、朝向反应器中心的带有水平段端口的弯喷嘴。

作为改进的方案，在冷氢分布器下方、气液分配器上方的壳体内空间设有粗分配盘，粗分配盘上均布液体分配孔，粗分配盘上还可以设置泡帽。

本发明提供的气液混合分布装置的工作原理为：

上层催化剂床层反应油气通过催化剂格栅向下流动，经收集盘收集进入混合室；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的进气管进入混合室与反应油气进行混合，混合了反应油气的冷氢经分布直管和分布环管上的喷孔斜向下喷出，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，继续向下经粗分配盘和泡帽的进一步混合分配，经粗分配盘混合分配后的油气进入下方的分配盘、气液分配器和气液喷头进行再一次分配，特别是经气液喷头的分配，减少了壳体内壁及分配盘支撑梁处的死区，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)冷氢分布器由进气管、分布直管、分布环管、混合室和喷嘴组成，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)气液喷头的设置，减少了壳体内壁及分配盘支撑梁处的死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀。

4)粗分配盘的设置，使反应油气在经气液分配器的混合分配前先行充分混合分配，使后续的混合分配进行的更彻底、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为本发明的气液混合分布装置的结构示意图；

图2是冷氢分布器的结构示意图；

图3是分布直管或分布环管与直喷嘴的装配结构示意图；

图4是直喷嘴的结构示意图；

图5是分布环管与弯喷嘴的装配结构示意图；

图6是混合室和收集盘的装配结构示意图；

图7是混合室分布板的结构示意图；

图8是气液喷头与分配盘的装配结构示意图；

图9是分配盘上分配盘支撑梁两侧气液喷头两两斜向设置及壳体内壁处气液喷头斜向设置的结构示意图；

图10是分配盘上分配盘支撑梁两侧气液喷头交错相向设置及壳体内壁处气液喷头斜向设置的结构示意图；

图11是粗分配盘上泡帽的分布示意图。

图中：1-壳体，2-催化剂格栅，3-催化剂格栅支撑梁，4-收集盘，5-冷氢分布器支撑梁，6-泡帽，7-粗分配盘，8-分配盘支撑梁，9-气液喷头，10-分配盘，11-气液分配器，12-冷氢分布器，13-进气管，14-分布直管，15-分布环管，16-混合室，17-冷氢进口，18-直喷嘴，19-收缩孔，20-喷射孔，21-万喷嘴，22-喷孔，23-混合室分布板，24-液体分布孔，25-液体分配孔。

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所示，本发明的气液混合分布装置包括壳体1、固定于壳体1的内壁及催化剂格栅支撑梁3上的催化剂格柵2、固定于壳体1内壁上且位于催化剂格栅2下方的收集盘4、通过冷氢分布器支撑梁5固定于收集盘4下方的冷氢分布器12、位于冷氢分布器12下方且固定于粗分配盘7上的泡帽6以及位于粗分配盘7下方且固定于分配盘10上的气液分配器11。分配盘10与分配盘支撑梁8和壳体1内壁分别固定连接，分配盘10上位于分配盘支撑梁8两侧及位于壳体1内壁处的位置上设有位于分配盘10下方的气液喷头9，气液喷头9为出口水平的90度弯喷头。

图8是气液喷头9与分配盘10的装配结构示意图。

图9给出了分配盘上分配盘支撑梁8两侧气液喷头9两两斜向设置及壳体1内壁处气液喷头9斜对壳体内壁设置的结构示意图，图中的箭头表示气液喷头9的朝向，即分配盘支撑梁8两侧气液喷头9是两两成对设置的，朝向呈一定倾斜角度彼此斜对。

图10给出了分配盘上分配盘支撑梁8两侧气液喷头9交错相向设置及壳体1内壁处气液喷头9斜对壳体1内壁设置的结构示意图，图中的箭头表示气液喷头9的朝向，即分配盘支撑梁8两侧气液喷头9是交错间隔设置的，朝向正对着分配盘支撑梁。

当然，上述壳体1内壁处气液喷头9也可采取正对壳体内壁的设置方式。

如图2和图5所示，冷氢分布器主要由进气管13、分布环管15、分布直管14和混合室16组成，进气管13、分布环管15、分布直管14和混合室16均位于同一平面内；分布环管15呈两端封闭的半圆弧状，以混合室16为中心呈同心圆状分布；混合室16为上端敞口，底部封闭的筒状体；分布直管14与分布环管15交叉贯通，分布直管14一端与混合室16侧壁连通，另一端与分布环管15连通；分布环管15和分布直管14上沿轴线间隔设有成对设置的斜向下的喷孔22，各个喷孔为冷氢出口；进气管13的一端为冷氢进口17，进气管13的另一端与混合室16侧壁连通。

如图6和图7所示，冷氢分布器通过其混合室16上端的敞口与收集盘4中心孔固定连接。混合室16内靠近上端敞口的内壁上设有混合室分布板23，混合室分布板23上均布液体分布孔24。

如图3和图4所示，分布直管和分布环管的喷孔上可设置直喷嘴18，每个直喷嘴18的端部设有收缩孔19，靠近直喷嘴18端部沿周向均匀设有喷射孔20，喷射孔的数量为2～8个，以保证冷氢的均匀分布。

如图5所示，当分布环管仅设内环管和外环管两层时，外环管内侧喷孔上可设置斜向下、朝向反应器中心的带有水平段端口的弯喷嘴21。

如图11所示，粗分配盘上均布液体分配孔25，粗分配盘上还可以设置泡帽6。

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2向下流动，经收集盘4收集通过混合室分布板23进入混合室16内；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17通过进气管13进入混合室16与反应油气进行混合，混合了反应油气的冷氢经分布直管14和分布环管15上的喷孔或喷嘴斜向下喷出，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，继续向下经粗分配盘7和泡帽6的进一步混合分配后，进入下方的分配盘10、气液分配器11和气液喷头9进行再一次分配，特别是经气液喷头9分配，减少了壳体1内壁及分配盘支撑梁8处的死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀，使得下一层催化剂床层的反应更加有效。

Claims (5)

1.一种气液混合分布装置，其特征在于：包括壳体及在壳体内自上而下设置的催化剂格栅、收集盘、冷氢分布器、气液分配器和分配盘；收集盘与冷氢分布器固定连接，分配盘与分配盘支撑梁和壳体内壁分别固定连接，气液分配器竖直固定于分配盘上，分配盘上位于分配盘支撑梁两侧及位于壳体内壁处的位置上设有位于分配盘下方的气液喷头，气液喷头为出口水平的90度弯喷头，分配盘支撑梁两侧的气液喷头朝向呈交错相向设置或两两斜向设置，壳体内壁处的气液喷头朝向呈正对壳体内壁或斜对壳体内壁设置；所述冷氢分布器主要由进气管、分布环管、分布直管和混合室组成，进气管、分布环管、分布直管和混合室均位于同一平面内；分布环管呈两端封闭的半圆弧状，以混合室为中心呈同心圆状分布；混合室为上端敞口，底部封闭的筒状体；分布直管与分布环管交叉贯通，分布直管一端与混合室侧壁连通，另一端与分布环管连通；分布环管和分布直管上沿轴线间隔设有成对设置的斜向下的喷孔，各个喷孔为冷氢出口；进气管的一端为冷氢进口，进气管的另一端与混合室侧壁连通；冷氢分布器通过其混合室上端的敞口与收集盘中心孔固定连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述混合室内靠近上端敞口的内壁上设有混合室分布板，混合室分布板上均布液体分布孔。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述成对设置的两个喷孔呈轴对称设置，每个喷孔与水平面呈30～60度角。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述喷孔上设置直喷嘴，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。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述分布环管仅设内环管和外环管两层，外环管内侧喷孔上设置斜向下、朝向反应器中心的带有水平段端口的弯喷嘴。

Images