CN201505526U - 一种气液固三相分离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气液固三相分离器，以解决现有的气液固三相分离器分别存在的占据反应器的容积较大、结构复杂或气液固三相的分离效果有限等问题。本实用新型包括外套筒(2)、内套筒(3)，两者之间形成环形通道(7)。外套筒自上而下依次由外套筒上锥段(21)、外套简直筒段(22)和外套筒下锥段(23)组成；外套筒上锥段的顶部设有升气管(1)。内套筒自上而下依次由内套筒上锥段(31)、内套简直筒段(32)和内套筒下锥段(33)组成。外套筒上锥段的上部设有开孔(4)，内套筒上锥段上设有条形孔(5)。本实用新型可用于石油炼制行业中的沸腾床加氢过程，也可用于多种其它的过程，进行气液固三相的分离。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气、液、固混合物的分离装置。
背景技术
在石油炼制行业中，沸腾床加氢工艺是一种高转化率的加工过程。烃类液体进料与氢气混合后从反应器的下部进入反应器，流经分布板后向上通过催化剂床层，进行反应；催化剂被流化，处于具有返混的沸腾状态。在该过程中，反应生成的液相产品和油气同参与反应的催化剂和氢气相混合、形成气液固三相混合物；需在反应器内设置分离器，进行气液固三相分离。美国专利US 4753721公开了一种用于沸腾床加氢反应器的气液固三相分离器，主要由下降管和位于其顶部的循环杯、流出产物管线和循环泵组成。催化剂、液相和气相在下降管外混合沸腾，由于密度不同使得催化剂沉积分离。循环杯进行气液分离；分离出的液相油进入下降管，由循环泵抽出，部分进行再循环；分离出的油气和氢气经流出产物管线由反应器抽出。这种分离器的气液固分离效率较好，但存在如下问题：占据反应器的容积较大(主要是下降管、循环杯和流出产物管线占据)，使催化剂装填量一般只有反应器容积的35％，并使反应器内预留沸腾反应空间较少，降低了生产效率。另外，分离器的结构复杂、检修困难，循环泵的维修费用较高。中国专利CN 1185047C公开的沸腾床反应器中所用的气液固三相分离器主要由内筒和外筒组成，能够解决US 4753721存在的问题。但这种结构的分离器，气液固三相的分离效果有限，主要是气-液、液-固的分离效果不太好。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种气液固三相分离器，以解决现有的气液固三相分离器分别存在的占据反应器的容积较大、结构复杂或气液固三相的分离效果有限等问题。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种气液固三相分离器，设于圆筒型反应器壳体内的上部，包括外套筒、内套筒，外套筒与内套筒之间形成环形通道，其特征在于：外套筒自上而下依次由外套筒上锥段、外套筒直筒段和外套筒下锥段组成，外套筒上锥段的顶部设有升气管，内套筒自上而下依次由内套筒上锥段、内套筒直筒段和内套筒下锥段组成，外套筒上锥段、外套筒下锥段和内套筒下锥段为截头圆锥面形，内套筒上锥段为倒置截头圆锥面形，外套筒直筒段、内套筒直筒段和升气管为圆筒形，外套筒上锥段的上部设有开孔，内套筒上锥段上设有条形孔，内套筒上锥段的顶部位于外套筒上锥段上部所设开孔与外套筒上锥段的底部之间，内套筒直筒段的顶部位于外套筒直筒段的顶部与底部之间，外套筒下锥段的底部位于内套筒下锥段的顶部与底部之间，内套筒下锥段的底部圆孔直径大于外套筒下锥段的底部圆孔直径。
采用本实用新型，具有如下的有益效果：(1)本实用新型气液固三相分离器所占据的反应器容积较小(一般占5％～20％)，所以反应器内催化剂的装填量和预留沸腾反应空间较大、反应器空间利用率较高，可以提高生产效率。催化剂装填量一般可以达到反应器容积的50％～70％。(2)结构简单、易于检修，维修费用低。(3)能有效地将气相、液相、固相分离，分离效果较好。具体的分离过程，详见本说明书具体实施方式部分的说明。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。
附图说明
图1是设于反应器壳体内的本实用新型气液固三相分离器的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的气液固三相分离器设于圆筒型反应器壳体9内的上部，反应器为沸腾床加氢反应器。反应器壳体9的顶部设有催化剂装填管14、气相出口管12，上侧部设有液相出口管13，底部设有入口管11和催化剂卸出管15。反应器壳体9内的下部设有分布板10。这些结构都是常规的。本实用新型的气液固三相分离器(简称为分离器)，包括外套筒2、内套筒3，外套筒2与内套筒3之间形成环形通道7。外套筒2自上而下依次由外套筒上锥段21、外套筒直筒段22和外套筒下锥段23组成，外套筒上锥段21的顶部设有升气管1。内套筒3自上而下依次由内套筒上锥段31、内套筒直筒段32和内套筒下锥段33组成。外套筒上锥段21、外套筒下锥段23和内套筒下锥段33为截头圆锥面形，内套筒上锥段31为倒置截头圆锥面形，外套筒直筒段22、内套筒直筒段32和升气管1为圆筒形。
外套筒上锥段21的上部设有开孔4，开孔率根据通过开孔4的气相流速确定。开孔4一般为圆形孔、正方形孔或条形孔等。开孔4具有降低进入外套筒上锥段21中的气相的流速、促使气相中部分反应生成油气冷凝的作用。内套筒上锥段31上设有条形孔5，开孔率根据沸腾层6中的液相通过条形孔5的流速确定。条形孔5的宽度要求小于催化剂颗粒的尺寸，以阻挡催化剂颗粒。
内套筒上锥段31的顶部位于外套筒上锥段21上部所设开孔4与外套筒上锥段21的底部之间，内套筒直筒段32的顶部位于外套筒直筒段22的顶部与底部之间，外套筒下锥段23的底部位于内套筒下锥段33的顶部与底部之间，内套筒下锥段33的底部圆孔直径大于外套筒下锥段23的底部圆孔直径。外套筒下锥段23的底部边缘与内套筒下锥段33外表面之间留有环形间隙，为环形通道7的底部出口。
本实用新型气液固三相分离器的主要结构参数一般如下：气液固三相分离器的总高度H占反应器壳体9高度的5％～30％，升气管1顶部至反应器壳体9顶部所设气相出口管12底部的距离a为气液固三相分离器总高度H的10％～50％，升气管1的高度占气液固三相分离器总高度H的5％～30％。外套筒上锥段21顶部圆孔直径为内套筒直筒段32直径的50％～120％。外套筒直筒段22的直径为反应器壳体9内直径D的35％～75％，高度占气液固三相分离器总高度H的15％～30％。外套筒下锥段23底部圆孔直径为反应器壳体9内直径D的50％～80％。内套筒上锥段31顶部圆孔直径为外套筒直筒段22直径的60％～90％。内套筒直筒段32的直径为外套筒直筒段22直径的50％～80％，高度占气液固三相分离器总高度H的15％～30％。内套筒下锥段33底部圆孔直径为反应器壳体9内直径D的55％～95％。
根据以上数据计算，分离器一般占据5％～20％的反应器容积(实际上是反应器壳体9的容积)。
升气管1的直径、外套筒上锥段21顶部圆孔的直径相等，外套筒直筒段22的直径、外套筒上锥段21底部圆孔的直径、外套筒下锥段23顶部圆孔的直径相等，内套筒直筒段32的直径、内套筒上锥段31底部圆孔的直径、内套筒下锥段33顶部圆孔的直径相等。各构件的板厚一般为几毫米到十几毫米；对于分离器结构参数的计量，板厚可以忽略不计。
本实用新型的气液固三相分离器，一般采用不锈钢、抗氢腐蚀钢制造，各构件一般是焊接连接。可以参照石油炼制行业中固定床加氢反应器内构件常用的固定方法，将本实用新型分离器固定在沸腾床加氢反应器壳体内。
下面以本实用新型分离器用于沸腾床加氢反应器(简称为反应器)为例，说明其分离气液固三相的过程。参见图1，烃类液体进料与氢气混合后从入口管11进入反应器，流经分布板10后向上通过催化剂床层，进行反应。反应生成的液相产品和油气同参与反应的催化剂和氢气相混合、形成气液固三相混合物，向上随机运动进入分离器的内套筒下锥段33、内套筒直筒段32，在内套筒直筒段32中加速。之后进入内套筒上锥段31并减速，形成气液固三相的沸腾层6(沸腾层6基本上是在内套筒上锥段31中)。沸腾层6中的催化剂颗粒被条形孔5阻挡，大部分向下回落(如图1中的空心箭头所示)，与向上运动的气液固三相混合物处于返混状态。沸腾层6中的大部分液相流经条形孔5，进入外套筒2与内套筒3之间的环形通道7。沸腾层6中少量的催化剂和液相经内套筒上锥段31的顶部也进入环形通道7。沸腾层6中的气相(包括反应生成油气和氢气)基本上全部与液固相分离，向上流动至外套筒上锥段21中。
在环形通道7内，催化剂和液相向下流动，由环形通道7的底部出口加速流出。一部分液相向上流动，进入外套筒2与反应器壳体9之间所形成的液相产品区8；另一部分液相和全部催化剂向下流动，经内套筒下锥段33的底部与反应器壳体9之间所形成的环形间隙返回反应区。液相产品区8的上部为澄清液体层，进一步分离出少量气体后(进入气相空间16)，澄清的液相产品经液相出口管13导出反应器。气相空间16位于反应器壳体9内的上部、液相产品区8的上方。
进入外套筒上锥段21中的气相，在外套筒上锥段21的上部所设开孔4的作用下减速；气相中的一部分反应生成油气冷凝成液相，与未冷凝的反应生成油气及氢气分离。冷凝油气(液相)一部分沿外套筒上锥段21的内表面向下流动，进入环形通道7，参与环形通道7中已有的液相和催化剂的流动及后续分离过程；另一部分冷凝油气经开孔4流至外套筒上锥段21的外表面，并沿该外表面向下流动，进入液相产品区8。外套筒上锥段21中与冷凝油气分离的未冷凝油气(气相)及氢气向上流动进入升气管1，在升气管1中加速后进入气相空间16，最后经气相出口管12导出反应器。升气管1可以强化气相的分离。
通过上述的过程，能有效地将气相、液相、固相分离。沸腾床加氢反应器基本上仍按常规方式操作，详细说明从略。
本实用新型的气液固三相分离器，不仅可以用于上述的沸腾床加氢过程，而且还可以用于化工行业中的干燥、粉煤气化、废塑料热裂解等过程，以及污水处理过程，对多种气相、液相、固相的三相混合物进行分离。当然，设计分离器时必须要考虑实际的使用场合、工艺操作条件等因素，以达到较好的分离效果。
Claims (3)
1.一种气液固三相分离器，设于圆筒型反应器壳体(9)内的上部，包括外套筒(2)、内套筒(3)，外套筒(2)与内套筒(3)之间形成环形通道(7)，其特征在于：外套筒(2)自上而下依次由外套筒上锥段(21)、外套筒直筒段(22)和外套筒下锥段(23)组成，外套筒上锥段(21)的顶部设有升气管(1)，内套筒(3)自上而下依次由内套筒上锥段(31)、内套筒直筒段(32)和内套筒下锥段(33)组成，外套筒上锥段(21)、外套筒下锥段(23)和内套筒下锥段(33)为截头圆锥面形，内套筒上锥段(31)为倒置截头圆锥面形，外套筒直筒段(22)、内套筒直筒段(32)和升气管(1)为圆筒形，外套筒上锥段(21)的上部设有开孔(4)，内套筒上锥段(31)上设有条形孔(5)，内套筒上锥段(31)的顶部位于外套筒上锥段(21)上部所设开孔(4)与外套筒上锥段(21)的底部之间，内套筒直筒段(32)的顶部位于外套筒直筒段(22)的顶部与底部之间，外套筒下锥段(23)的底部位于内套筒下锥段(33)的顶部与底部之间，内套筒下锥段(33)的底部圆孔直径大于外套筒下锥段(23)的底部圆孔直径。
2.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于：外套筒上锥段(21)的上部所设的开孔(4)为圆形孔、正方形孔或条形孔。
3.根据权利要求1所述的气液固三相分离器，其特征在于：气液固三相分离器的总高度H占反应器壳体(9)高度的5％～30％，升气管(1)顶部至反应器壳体(9)顶部所设气相出口管(12)底部的距离a为气液固三相分离器总高度H的10％～50％，升气管(1)的高度占气液固三相分离器总高度H的5％～30％，外套筒上锥段(21)顶部圆孔直径为内套筒直筒段(32)直径的50％～120％，外套筒直筒段(22)的直径为反应器壳体(9)内直径D的35％～75％，高度占气液固三相分离器总高度H的15％～30％，外套筒下锥段(23)底部圆孔直径为反应器壳体(9)内直径D的50％～80％，内套筒上锥段(31)顶部圆孔直径为外套筒直筒段(22)直径的60％～90％，内套筒直筒段(32)的直径为外套筒直筒段(22)直径的50％～80％，高度占气液固三相分离器总高度H的15％～30％，内套筒下锥段(33)底部圆孔直径为反应器壳体(9)内直径D的55％～95％。
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100728 CHAOYANG, BEIJING TO: 471003 LUOYANG, HENAN PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130326 Address after: 471003 Zhongzhou West Road, Henan, China, No. 27, No. Patentee after: Luoyang Petrochemical Engineering Corporation /SINOPEC Address before: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No. Patentee before: China Petrochemical Group Corp. Patentee before: Luoyang Petrochemical Engineering Corporation /SINOPEC |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20100616 |
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| CX01 | Expiry of patent term |