CN111992145A - 一种气液分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液分配装置，包括自上而下设置的伞帽、溢流管和分配盘；伞帽为锥形伞状，设于溢流管上端；溢流管为两端敞口的圆管，下端固定于分配盘的安装孔上，与伞帽连接处设有气相通道，管壁上沿周向均匀开设一层或两层或多层溢流孔作为液相通道，溢流管内每层溢流孔下方设置集液盘，集液盘为凹形平底圆盘，以凸起的凹边与溢流管管壁固定连接，集液盘盘底均布分配孔，供气液两相通过。本发明可以增大气液两相的接触，促进气液两相的雾化效果，减少溢流管内的壁流现象。

Description

一种气液分配装置

技术领域

本发明属于石油炼制和化工设备领域，涉及一种反应器内构件，具体地说，涉及一种气液分配装置。

背景技术

近年来，随着石化产品质量标准的逐渐升级和环保法规的日益严格，加氢技术在炼油工业中发挥着越来越重要的作用，加之对原料油“吃干榨尽”的要求，国内外炼油企业为提高经济效益和应对环保的要求，迅速扩大各类油品加氢处理能力。

加氢处理关键核心设备为加氢反应器，在加氢反应器内部，一定比例氢气(气相)和原料油(液相)的混合物在一定温度和压力下，借助催化剂的作用，完成各类加氢反应。固定床加氢反应器作为加氢反应器一种重要的类型，气液混合物流并流向下通过催化剂床层进行反应。由于加氢反应是气、液、固三相存在的强放热反应，如果催化剂床层入口处的物流分配不均匀，催化剂床层物流就会形成“局部偏流”或“局部轴向沟流”，床层截面上各点反应快慢不一致，导致床层出现局部过热，影响产品的质量，催化剂在温度过高时会失活甚至结焦、板结。另外，液相流中氢气溶解度较低或液相物流接触不到氢气等“缺氢”条件下反应器内会发生缩聚、缩合等“有害反应”，导致催化剂失去活性，阻碍装置的平稳运行。因此，为了使催化剂性能稳定和装置平稳运行，需要在催化剂床层上方设置分配盘，分配盘上设置多组气液分配器，一方面提高氢气在液相流中的溶解度，另一方面将催化剂上方的气液两相均匀、快速地分配到整个反应器截面上。加之，目前反应器正朝着大型化的方向发展，对整个反应器截面气液均匀分配带来更大的挑战，气液均匀分布的要求更加迫切。

现有的气液分配器按液相进入气液分配器的方式，可分为三类：溢流型、抽吸型和二者混合型。溢流型气液分配器的主要特点是压降小，尺寸小，单位面积等效分配器个数多，气相与液相流动方向基本为垂直，结构简单，制造难度较低，适用于高粘度介质，缺点是对分配盘安装水平度的要求较苛刻。抽吸型分配器主要是泡帽型结构分配器，依靠气体在泡帽条缝处的抽吸作用，把液体冲碎成液滴并被气体携带进入中心管，实现气液混合和分配，但存在液相流通面积较小、分配盘压降较大、操作弹性较低的问题，并且对粘度大的介质适应性差。混合型气液分配器是在中心管的中下部下设溢流孔，其压降性能和操作弹性较单纯的溢流型和抽吸型气液分配器均有所改善，但是分配性能有所下降。

美国专利US3524731公开了一种溢流型长短管气液分配器，从局部看，气液分配不均匀，但通过整个气液分配盘上多对长短管的组合，气液两相基本上能实现均匀分布。中国专利CN200520032630.3公开了一种溢流型分配器，为V型开口气液分面器，更适用于大型加氢反应器使用；中国专利CN205216800U公开了一种溢流型分配器，以喉管状结构扩大气液相喷洒范围；中国专利CN201220737754.1公开了一种溢流-喷射管型分配器，促进了气液两相的混合，但分配器高度相对较高。

上述气液分配器都有各自的优点和使用范围，但总体来说存在气相雾化液相能力较差、气相与液相接触时间短、气在液相中溶解度低、气液两相喷洒面积小、喷洒液滴大、喷洒不均匀、气液分配器管内壁流严重等问题，需要进一步改进。

发明内容

为了解决现有技术存在的气相雾化液相能力较差、气相与液相接触时间短、气在液相中溶解度低、气液两相喷洒面积小、喷洒液滴大、喷洒不均匀、气液分配器管内壁流严重等技术问题，本发明提供了一种气液分配装置，以增大气液两相的接触，促进气液两相的雾化效果，减少气液分配器管内的壁流现象。

本发明提供的气液分配装置包括自上而下设置的伞帽、溢流管和分配盘；伞帽为锥形伞状，设于溢流管上端；溢流管为两端敞口的圆管，下端固定于分配盘的安装孔上，与伞帽连接处设有气相通道，管壁上沿周向均匀开设一层或两层或多层溢流孔作为液相通道，溢流管内每层溢流孔下方设置集液盘，集液盘为凹形平底圆盘，以凸起的凹边与溢流管管壁固定连接，集液盘盘底均布分配孔，供气液两相通过。

所述伞帽锥角大端为溢流管直径的1.2～3倍，伞帽主要起阻止上部液相直接进入溢流管的作用，确保上部液相全部收集在分配盘上，全部液相须经溢流管上的液相通道进入溢流管，消除上部液相的不均匀带来的下部液相分配不均匀现象。

所述溢流管与伞帽连接处设置有气相通道，气相通道可以为在溢流管上开设的圆孔、槽孔，也可以用一个或两个或多个支柱成一定角度将伞帽和溢流管连为一体，连接处的间隙部位作为气相通道。

所述溢流管直径一般为20～200mm，溢流管管壁上的溢流孔可以为圆孔也可为条缝或其它任何形状，从加工方便的角度，溢流孔宜为圆孔。溢流孔为等距开设，每层设2～10个开孔，开孔直径为2～30mm，上下相邻两层溢流孔交错排布。若设置为两层或多层溢流孔，沿溢流管管壁从上至下开孔尺寸宜逐层减小，这样设置的目的是最下层(最常用的)液相通道中液相流速大，减少溢流管内的壁流，使液相尽可能往溢流管中心喷射。上层开孔大，则在液相增多的情况也可以通过上层的较大开孔，尽快完成液相分配，液相过高的极端情况下，液相也可通过气相通道进入溢流管并完成分配。

所述集液盘四周高，中间低，呈凹形，这样设置的目的是将从溢流孔中进入的液相全部引流进入集液盘，避免液相沿溢流管内壁向下流动，从根本上避免了溢流管内的壁流现象。集液盘上按正方形或正三角形或环形均匀分布若干分配孔，供气液两相通过。分配孔可以为圆孔也可为条缝或其它任何形状，从加工方便的角度，宜为圆孔。开圆孔时，开孔直径一般为2～20mm。为加大气液两相在溢流管内的行程，相邻两层集液盘的分配孔呈交错排列，即下层集液盘的分配孔对应于上层集液盘未开孔部分的中心区域。通过一层或两层或多层集液盘，气液两相接触时间长，促进氢气在液相中的溶解，同时避免了溢流管管内壁流现象。

作为改进的方案，在分配盘下方固定有与溢流管同轴设置的分散板，分散板可采用不同的结构：

结构之一：分散板为椭球板或球状板，位于溢流管下方，固定于分配盘下表面，直径为溢流管直径的1.2～3倍，椭球板或球状板上呈圆周形排布有2～10排喷射孔，气液两相从溢流管内进入分散板和分配盘之间的空间，从喷射孔离开气液分配装置。喷射孔为圆孔，直径为3～20mm；喷射孔可以为等径孔、缩径孔、扩径孔，为减小喷洒出的液相对下方瓷球、催化剂的冲击，扩大喷射范围，有效促进气相对液相的雾化效果，喷射孔优选等径孔和扩径孔；进一步，椭球板或球状板上可设置一圈或两圈或多圈环向导向板，环向导向板将分散板分割成包含不同数量喷射孔的环形区域，环向导向板起引流和分隔的作用，将最后一层集液盘上分配孔中喷出的气液两相进行分流和分隔的作用，确保每个区域内都有液相，实现气液两相的均匀分配，椭球板或球状板具有喷洒面积大、喷洒均匀的优点；

结构之二：分散板为锥形板,位于溢流管下方，通过一个或两个或多个支撑板固定于分配盘下方。分散板大端直径宜为溢流管直径的0.6～2倍，锥角角度为70～160度；分散板上开喷射孔供气液两相离开气液分配装置，锥形板中心设有一较大中心喷射孔，中心喷射孔开孔直径为溢流管直径的0.2～0.8倍，锥面上设有1～5排锥面喷射孔，锥面喷射孔为圆孔，沿圆周排布，开孔直径为5～50mm；分散板中心喷射孔使一部份气液两相直接离开气液分配装置，另一部分气液两相在锥形板的导流作用下，以较大的扩散角离开气液分配装置，扩散面积大；同时气液两相可通过锥面喷射孔离开气液分配装置，使得气液两相分布更均匀，使得分配装置下方的催化剂床层能均匀接收到的气液两相。锥形板分散板具有结构简单、压降小，喷洒面积大、喷洒均匀的优点。

本发明的工作过程为：

自上方流下的液相经伞帽的遮挡作用，在重力的作用下，液相全部收集于分配盘上，进行二次分配。气相积聚于上方，从气相通道进入溢流管中，液相沉积于分配盘上，待积聚到一定液高后，在压差的作用下，经溢流孔进入溢流管中。液相经过溢流孔时，由于溢流孔流通面积小，流速增加，形成喷射流，在惯性的作用下喷射到集液盘上。当然也有部分液相进入溢流管后会沿溢流管内壁流动，在四周高、中间低的集液盘的收集作用下，液相全部收集到集液盘上。气液两相通过集液盘上的分配孔离开溢流管后，经分散板的进一步分散，实现气液两相的充分接触、均匀分配。

本发明具有如下有益效果：

1)所有液相物料全部收集在分配盘上再进行分配，避免了不均匀的进料导致的分配不均匀；

2)气液两相接触时间长，促进气相在液相中的溶解，同时有效避免了溢流管内壁流现象；

3)气相雾化液相能力好、气液两相分散面积大、分散液滴小、分散均匀，有助于加氢反应的平稳运行。

附图说明

图1是本发明气液分配装置的一种结构示意图；

图2是本发明气液分配装置的另一种结构示意图；

图3是本发明的集液盘的结构示意图；

图4是本发明的分散板为球状板时的结构示意图；

图5是本发明的分散板为锥形板时的结构示意图。

图中：1-伞帽，2-气相通道，3-溢流孔，4-集液盘，5-溢流管，6-分配盘，7-球状板，8-导向板，9-喷射孔，10-支撑板，11-锥形板，12-分配孔，13-中心喷射孔，14-锥面喷射孔。

具体实施方式

如图1所示，本发明的气液分配装置主要包括自上而下设置的伞帽1、溢流管5和分配盘6；伞帽1为锥形伞状，设于溢流管5上端；溢流管5为两端敞口的圆管，下端固定于分配盘6的安装孔上，与伞帽1连接处设有气相通道2，管壁上沿周向均匀开设一层或两层或多层溢流孔3作为液相通道，溢流管5内每层溢流孔下方设置集液盘4，集液盘4为凹形平底圆盘，以凸起的凹边与溢流管5管壁固定连接，集液盘盘底均布分配孔，供气液两相通过。分散板为球状板7，固定于分配盘6下表面，球状板7上设有喷射孔9和环向导向板8。

如图2所示，其与图1的区别在于分散板结构不同，图中的分散板为锥形板11，锥形板11通过支撑板10固定于分配盘6下方。

图3为集液盘的结构示意图，其上均布分配孔12。

图4中，球状板上沿圆周排布有喷射孔9，环向导向板8将分散板分割成包含不同数量喷射孔的环形区域。

图5中，锥形板中心为中心喷射孔13，锥面上设有锥面喷射孔14。

如图1和图2所示，本发明工作时，自上方流下的液相经伞帽1的遮挡作用，在重力的作用下，液相全部收集于分配盘6上，进行二次分配。气相积聚于上方，从气相通道2进入溢流管5中，液相沉积于分配盘6上，待积聚到一定液高后，在压差的作用下，经溢流孔3中进入溢流管5中。液相经过溢流孔3时，由于溢流孔流通面积小，流速增加，形成喷射流，在惯性的作用下喷射到集液盘4上。当然也有部分液相进入溢流管5后会沿溢流管内壁流动，在四周高、中间低的集液盘4的收集作用下，液相全部收集到集液盘4上。气液两相通过集液盘4上的分配孔离开溢流管5后，经分散板(球状板7或锥形板11)的进一步分散，实现气液两相的充分接触、均匀分配。

Claims (9)

1.一种气液分配装置，其特征在于：包括自上而下设置的伞帽、溢流管和分配盘；伞帽为锥形伞状，设于溢流管上端；溢流管为两端敞口的圆管，下端固定于分配盘的安装孔上，与伞帽连接处设有气相通道，管壁上沿周向均匀开设一层或两层或多层溢流孔作为液相通道，溢流管内每层溢流孔下方设置集液盘，集液盘为凹形平底圆盘，以凸起的凹边与溢流管管壁固定连接，集液盘盘底均布分配孔，供气液两相通过。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述溢流孔设置两层或多层，沿溢流管管壁从上至下开孔尺寸逐层减小。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述上下相邻两层溢流孔交错排布。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述相邻两层集液盘的分配孔呈交错排列，即下层集液盘的分配孔对应于上层集液盘未开孔部分的中心区域。

5.根据权利要求1～4任一所述的装置，其特征在于：所述分配盘下方固定有与溢流管同轴设置的分散板。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述分散板为椭球板或球状板，椭球板或球状板上呈圆周形排布有喷射孔，喷射孔为等径孔、缩径孔或扩径孔。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述椭球板或球状板上设置一圈或两圈或多圈环向导向板，环向导向板将分散板分割成包含不同数量喷射孔的环形区域。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述分散板为锥形板,通过一个或两个或多个支撑板固定于分配盘下方。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述锥形板中心设有中心喷射孔，锥面上设有锥面喷射孔。

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