CN114425280B - 一种进料分布器及反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种进料分布器及反应器，涉及反应器技术领域，包括：液相管，用于输送液相物料；气相管，用于输送气相物料；混合管，一端与液相管相连通，另一端为出料口，混合管中部开设有进气口；气相分支管，一端与气相管相连通，另一端与进气口相连接；限流装置，设置于混合管内；该进料分布器能够使气液相充分混合，提高单位液相体积内的含气率，增加气液相接触面积，提高反应效果。

Description

一种进料分布器及反应器

技术领域

本发明属于反应器技术领域，更具体地，涉及一种进料分布器及反应器。

背景技术

随着国内原油重质化、劣质化趋势加剧，如何高效加工劣质渣油成为关注焦点。目前国内每年加工的渣油约2亿吨，加工劣质渣油的主要手段是延迟焦化、固定床渣油加氢、沸腾床加氢、浆态床渣油加氢等加工工艺。浆态床渣油加氢技术几乎不受反应原料限制，其原料转化率高，可以高达90％，液体收率高，操作周期长，是劣质渣油轻质化的重要途径之一，有望替代延迟焦化装置，是现代炼厂转型发展的重要技术手段。因此，浆态床渣油加氢技术近年来得到广泛关注和大力发展。

浆态床反应器是浆态床渣油加氢技术的核心设备。近年来，随着煤化工、石油化工的大力发展，国内外的科研工作者、工程技术人员经过不断的研发和改进，针对特定的反应体系开发了相应的处理工艺和反应器。

浆态床渣油加氢反应是一个典型的多相流反应过程，气相分布均匀程度、气泡大小，气泡表面更新快慢、单位体积内气泡数量多少等直接影响渣油加氢反应性能。气泡越小，单位液体体积内气含率越大，有利于传质，但气泡越小，其上升速度越低，小气泡间的聚并概率也越小，宏观表现出的结果是反应性能较差。因此既要保持足够多的小气泡，同时还要提高气液相界面的更新速度，增大液相的局部湍动程度，两者的协同效应才能实现高传质速率和较好的换热效果。

在现有浆态床反应器技术中，还存在着反应器气泡尺寸单一、气泡直径大、液体局部湍动程度小、反应器底部固体颗粒沉积以及反应器原料一次转化率低、易堵塞、运行周期短等不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种进料分布器及反应器，该进料分布器能够使气液相充分混合，提高单位液相体积内的含气率，增加气液相接触面积，提高反应效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种进料分布器，包括：

液相管，用于输送液相物料；

气相管，用于输送气相物料；

混合管，一端与所述液相管相连通，另一端为出料口，所述混合管中部开设有进气口；

气相分支管，一端与所述气相管相连通，另一端与所述进气口相连接；

限流装置，设置于所述混合管内。

可选地，所述进气口贯穿所述限流装置，所述限流装置为喉管。

可选地，所述出料口内设置有喷嘴。

可选地，所述液相管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述气相分支管分别设置于所述气相管的两侧，分别与两条所述液相管相连接的混合管设置于所述气相管的两侧。

可选地，所述混合管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述混合管的轴线形成40°～120°的夹角，所述气相管设置于两条所述混合管之间。

可选地，所述气相管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述气相管设置于所述混合管的两侧。

可选地，所述液相管和所述气相管为圆环或圆弧状，所述液相管和所述气相管的轴线同心。

可选地，所述液相管和所述气相管为直管，所述液相管与所述气相管平行。

本发明还提供一种反应器，包括：

反应器本体；

液相进料口和气相进料口，设置于所述反应器本体的下端；

反应产物出口，设置于所述反应器本体的上端；

上述的进料分布器；

所述液相进料口通过液相连接管线与所述液相管相连接，所述气相进料口通过气相连接管线与所述气相管相连接。

可选地，所述进料分布器设置有多个，多个所述进料分布器分布在靠近所述反应器本体的下端，所述出料口朝向所述反应器本体的底部。

本发明提供一种进料分布器及反应器，其有益效果在于：

1、该进料分布器通过限流装置和喷嘴的设置使得气液相在混合管中经过两次节流，气液相实现了充分混合，气相以微气泡的形式存在于液相中，提高了单位液相体积内含气率，微气泡数量大幅增加，增加了气液相接触面积；

2、该进料分布器通过喷嘴喷出的气液相流体流速较大，大大提高了气液相局部湍动程度，强化了反应器内各相传质，增加了气液相界面更新速率，使得液相原料转化率提高；

3、该进料分布器的出料口朝向反应器的底部，通过喷嘴喷出的气液相流体先作用于反应器底部再折反向上流动，不仅提高了气液相混合的剧烈程度，还能防止固体颗粒杂质在反应器底部沉积，延长了反应器操作周期；

4、该进料分布器可以根据实际需求情况进行模块化的设计、制造和安装，结构简单、形式多样、不受尺寸限制、易于建造和安装、成本低。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器的结构示意图。

图2示出了根据本发明的实施例一的一种反应器的结构示意图。

图3示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器在反应器内的第一种分布示意图。

图4示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器在反应器内的第二种分布示意图。

图5示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器在反应器内的第三种分布示意图。

图6示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器在反应器内的第四种分布示意图。

图7示出了根据本发明的实施例一的一种进料分布器在反应器内的第五种分布示意图。

图8示出了根据本发明的实施例二的一种进料分布器的结构示意图。

图9示出了根据本发明的实施例三的一种进料分布器的结构示意图。

图10示出了根据本发明的实施例四的一种进料分布器的结构示意图。

附图标记说明：

1、液相管；2、气相管；3、混合管；4、出料口；5、气相分支管；6、限流装置；7、喷嘴；8、反应器本体；9、液相进料口；10、气相进料口；11、反应产物出口；12、液相连接管线；13、气相连接管线。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种进料分布器，包括：

液相管，用于输送液相物料；

气相管，用于输送气相物料；

混合管，一端与液相管相连通，另一端为出料口，混合管中部开设有进气口；

气相分支管，一端与气相管相连通，另一端与进气口相连接；

限流装置，设置于混合管内。

具体的，液相物料通过液相管进入混合管，气相物料通过气相管进入混合管，在混合管中混合，液相在混合组件中高速流动，气相通过高速液体的剪切破碎以获得微气泡；同时，经过混合管内设置的限流装置实现节流作用，进一步增加了气液相的混合均匀程度和微气泡数量，提高了液相气含率和液相局部湍动程度。

在一个示例中，进气口贯穿限流装置，限流装置为喉管。

具体的，喉管顺着液相流动的方向先渐缩再渐扩，在混合管中形成节流作用，提高气液混合的均匀程度、微气泡数量和液相局部湍动程度。

可选地，喉管的当量直径为混合管内径的0.1-0.65倍。

进一步的，喉管的当量直径优选为混合管内径的0.2-0.5倍。

在其它示例中，限流装置还可以采用孔板、文丘里管或阀门等具有节流作用的部件。

可选地，出料口内设置有喷嘴。

具体的，喷嘴也采用喉管结构，顺着液相流动的方向先渐缩再渐扩，喷嘴配合限流装置，在混合管内形成两次节流作用，进一步提高气液混合的均匀程度、微气泡数量和液相局部湍动程度，并且可以提高出料口外的气液混合相的喷出流速，提高液相气含率。

可选地，气相分支管的轴线与混合管的轴线之间的夹角为30°～120°。

进一步的，气相分支管的轴线与混合管的轴线之间的夹角优选为45°～100°。

具体的，液相物料在通过限流装置时，由于流通截面突然缩小，产生节流效应，液体流速突然增大，压力骤降，气相管中的气体通过气相分支管被吸卷进混合管内，气体通过高速液体的剪切破碎以获得大量的微气泡，气相分支管内气相流速为25-150m/s，喷嘴处的液相表观速度为5-35m/s，混合组管内位于限流装置液相流入端的液相流速为0.3-20m/s。

可选地，液相管的直径为10～300mm，气相管的直径为5～300mm，混合管的直径为10～100mm，气相分支管的直径为3～100mm。

进一步的，液相管的直径优选为20～150mm，气相管的直径优选为10～150mm，混合管的直径优选为15～60mm，气相分支管的直径优选为6～60mm。

本发明对液相管、气相管、混合管和气相分支管的材质不做具体限定可以是金属材质，如：不锈钢、碳钢、低碳合金钢等；也可以是非金属材质，如：高分子复合材料、陶瓷材质等，只要满足分布器的机械强度、耐腐蚀性和气体分布等性能要求，本公开在此不再赘述；例如，当本发明运用于渣油加氢时，液相管、气相管、混合管和气相分支管可以选择的材料是2.25Cr-Mo-V合金钢。

可选地，液相管和气相分支管各设置有两条，两条气相分支管分别设置于气相管的两侧，分别与两条液相管相连接的混合管设置于气相管的两侧。

具体的，采用两条液相管、两个混合管与同一条气相管相连接，适用于液相量远大于气相量的工况。

可选地，采用两条液相管、两个混合管与同一条气相管相连接时，两个混合管的轴线的夹角为40°～180°。

进一步的，采用两条液相管、两个混合管与同一条气相管相连接时，两个混合管的轴线的夹角优选为60°～180°。

可选地，混合管和气相分支管各设置有两条，两条混合管的轴线形成40°～120°的夹角，气相管设置于两条混合管之间。

具体的，采用一条液相管、一条气相管和两条混合管，适用于气液比适中，液相流速偏低的工况。

进一步的，两条混合管的轴线形成的夹角优选为60°～100°。

可选地，气相管和气相分支管各设置有两条，两条气相管设置于混合管的两侧。

具体的，采用两条气相管与同一条液相管相连接，适用于气相量远大于液相量的工况。

可选地，液相管和气相管为圆环或圆弧状，液相管和气相管的轴线同心。

在一个示例中，液相管和气相管为同心环状。

在另一个示例中，液相管和气相管为圆弧状管。

可选地，液相管和气相管为直管，液相管与气相管平行。

本发明还提供一种反应器，包括：

反应器本体；

液相进料口和气相进料口，设置于反应器本体的下端；

反应产物出口，设置于反应器本体的上端；

上述的进料分布器；

液相进料口通过液相连接管线与液相管相连接，气相进料口通过气相连接管线与气相管相连接。

具体的，液相物料从液相进料口通过液相连接管线进入反应器底部的液相管，气相物料从气相进料口通过气相连接管线进入反应器底部的气相管，在进料分布器的作用下，气液相物料混合均匀，含有大量微气泡的流体从出料口高速喷出，达到该反应器底部后向上折返，产生剧烈的混合效应，气液相物料在向上升的过程中发生化学反应，反应产物及未反应物质一同从顶部产物出口离开反应器；本反应器从微观强化了气液相之间的传质，提高了气液相反应的转化率，同时还极大的提高了气相利用效率，降低了气液比，该反应器内部运行十分稳定。

可选地，进料分布器设置有多个，多个进料分布器分布在靠近反应器本体的下端，出料口朝向反应器本体的底部。

具体的，可以根据实际处理量和需求情况对该进料分布器进行模块化的设计、制造和安装，即采用多个该进料分布器进行组合使用，每个进料分布器作为一个分布单元，多个分布单元由液相连接管线和气相连接管线分别供液和供气；根据气液相所需强化传质的情况不同，两相邻分布单元的垂直间距为50～650mm，优选的间距为100～500mm；进一步地，为了充分发挥每个分布单元的气液相均匀混合、增加液体湍动程度的作用，还要降低进料分布器对反应器内气液相流场的影响，相邻分布单元在反应器同一截面上的间距为20～450mm，优选的间距为40～300mm，两者距离太小，相互干扰、影响比较严重，不利于微气泡的分散，两者距离太大，液相湍动程度低，不利于气液表面更新；为了提高液相反应物的转化率，同时防止含固体物质在反应器底部沉积和产生贫气相区域，混合管的出料口向下或斜向下设置，可以有效避免应开停工、操作波动情况下，固体杂质或颗粒进入混合管及其它管内，造成进料分布器的堵塞。

实施例一

如图1至图7所示，本发明提供一种进料分布器，包括：

液相管1，用于输送液相物料；

气相管2，用于输送气相物料；

混合管3，一端与液相管1相连通，另一端为出料口4，混合管3中部开设有进气口；

气相分支管5，一端与气相管2相连通，另一端与进气口相连接；

限流装置6，设置于混合管3内。

在本实施例中，进气口贯穿限流装置6，限流装置6为喉管。

在本实施例中，出料口4内设置有喷嘴7。

在本实施例中的一种情况下，参见图3和图4，液相管1和气相管2为圆环或圆弧状，液相管1和气相管2的轴线同心。

在本实施例中的另一种情况下，参见图5至图7，液相管1和气相管2为直管，液相管1与气相管2平行。

本发明还提供一种反应器，包括：

反应器本体8；

液相进料口9和气相进料口10，设置于反应器本体8的下端；

反应产物出口11，设置于反应器本体8的上端；

上述的进料分布器；

液相进料口9通过液相连接管线12与液相管1相连接，气相进料口10通过气相连接管线13与气相管2相连接。

在本实施例中，进料分布器设置有多个，多个进料分布器分布在靠近反应器本体8的下端，出料口4朝向反应器本体8的底部。

综上，本发明提供的进料分布器及反应器使用时，根据实际处理量和需求情况对该进料分布器进行模块化的设计、制造和安装，即采用多个该进料分布器进行组合使用，每个进料分布器作为一个分布单元，多个分布单元由液相连接管线和气相连接管线分别供液和供气。在本实施例中的一种情况下，参见图3和图4，液相管1和气相管2为圆环或圆弧状，液相管1和气相管2的轴线同心；在本实施例中的另一种情况下，参见图5至图7，液相管1和气相管2为直管，液相管1与气相管2平行；这两种情况下，多个进料分布器可以按照如图3至图7所示出的5种分布示意图进行分布，实现进料反应器的效果。

在一次实施中，限流装置6喉管当量直径为混合管内径的0.4倍，气相分支管5与混合管3轴线之间的夹角为90°，液相管1的直径为100mm，气相管2的直径为50mm，混合管3的直径为20mm，气相分支管5的直径为8mm。将多个半径不等的圆环状的进料分布器设置在反应器内的同一截面上，可以设置多层，相邻层之间的垂直间距为400mm，相邻圆环状的进料分布器的间距为150mm。

将该反应器应用于劣质渣油加氢反应，对进料分布器和反应器性能进行验证。反应器本体和进料分布器材质均采用2.25Cr-Mo-V材质，反应器本体的内径3.0m，采用的渣油性质及操作条件分别如表1、表2所示。

表1渣油性质：

表2操作条件：

混合管3内位于限流装置6液相流入端的液相流速为4.5m/s，气相分支管5内气相流速为30m/s，喷嘴7处的液相表观速度为15m/s。

采用本发明提出的进料分布器进行劣质渣油加氢时，反应的压力由19.2MPa降低到15.4MPa，氢油体积比由1500降低到900，一次转化率由对比例的70％增加到86％；经过实际测量，反应器内最高温度与最低温度相差0.5℃，说明气液相实现了均匀分布；经过8400h长周期反应测试后，发现进料分布器、反应器内壁均无明显变化；与常规浆态床反应器相比，气液相分布均匀，反应器各点温差明显偏小，常规浆态床一般大于5℃，且容易结焦。长周期工业测试结果表明，本发明提供的进料分布器及反应器结构合理，强化反应器气液相传质效果显著。

实施例二

如图8所示，本实施例与实施例一的区别在于：

在本实施例中，液相管1和气相分支管2各设置有两条，两条气相分支管5分别设置于气相管2的两侧，分别与两条液相管1相连接的混合管3设置于气相管2的两侧。

实施例三

如图9所示，本实施例与实施例一的区别在于：

在本实施例中，混合管3和气相分支管5各设置有两条，两条混合管3的轴线形成40°～120°的夹角，气相管2设置于两条混合管3之间。

实施例四

如图10所示，本实施例与实施例一的区别在于：

在本实施例中，气相管2和气相分支管5各设置有两条，两条气相管2设置于混合管3的两侧。

实施例二、实施例三、实施例四中的进料分布器及反应器分别适用于液相量远大于气相量的工况、气液比适中且液相流速偏低的工况和气相量远大于液相量的工况。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (6)

1.一种反应器，其特征在于，包括：

反应器本体；

液相进料口和气相进料口，设置于所述反应器本体的下端；

反应产物出口，设置于所述反应器本体的上端；

进料分布器；

所述液相进料口通过液相连接管线与液相管相连接，所述气相进料口通过气相连接管线与气相管相连接；

所述进料分布器包括：

液相管，用于输送液相物料；

气相管，用于输送气相物料；

混合管，一端与所述液相管相连通，另一端为出料口，所述混合管中部开设有进气口；

气相分支管，一端与所述气相管相连通，另一端与所述进气口相连接；

限流装置，设置于所述混合管内；所述进气口贯穿所述限流装置，所述限流装置为喉管；

所述出料口内设置有喷嘴；所述喷嘴也采用喉管结构；

所述进料分布器设置有多个，多个所述进料分布器分布在靠近所述反应器本体的下端，所述出料口朝向所述反应器本体的底部；

相邻进料分布器在反应器同一截面上的间距为20～450mm。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述液相管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述气相分支管分别设置于所述气相管的两侧，分别与两条所述液相管相连接的混合管设置于所述气相管的两侧。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述混合管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述混合管的轴线形成40°～120°的夹角，所述气相管设置于两条所述混合管之间。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述气相管和所述气相分支管各设置有两条，两条所述气相管设置于所述混合管的两侧。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述液相管和所述气相管为圆环或圆弧状，所述液相管和所述气相管的轴线同心。

6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述液相管和所述气相管为直管，所述液相管与所述气相管平行。

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