CN203565056U - 一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器，主要由中心管、泡帽、支撑杆和分配板组成；中心管下段的端部为中心管的物料进口，上段的端部为物料出口，中心管上段设有限位环，限位环为轮毂式结构，中心为一通孔，支撑杆呈竖直方向设置，支撑杆的上端支撑于泡帽内壁顶部，支撑杆的下端穿过限位环中心的通孔与一个浮动环固定连接，浮动环为轮毂式结构，泡帽通过支撑杆与中心管上段活动连接并罩在物料出口上方，泡帽的底部周边能与分配板相贴合。本实用新型提供的气液分配器强化了气液混合，实现了气液连续均态进料，活动部件稳定，催化剂在反应器底部和泡帽上壁面无沉积。

Description

一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器

技术领域

本实用新型涉及反应器内构件领域，尤其涉及一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器。

背景技术

沸腾床反应器具有全混反应器和流化反应器特征，因此反应器具有良好的动力学平衡，以维持催化剂床层膨胀和流化均匀性，达到催化加氢反应平衡。沸腾床可以在比固定床高得多的反应温度下操作。特别是沸腾床工艺能在不停工的情况下，定期排出废催化剂、补充新鲜催化剂，保证产品性质不会随时间变化，因此沸腾床反应器具有很好的控制反应热能力、加工超重劣质原料能力以及原料性质和目标产品分布改变时灵活调整操作条件的能力。气固液三相的有效混合、传质效率及操作弹性是沸腾床反应器的重要性能，性能优异的气液进料分配器是沸腾床反应器关键内构件之一。

目前国内外公开专利中沸腾床气液分配器根据功能特性分有两大类：截流型(例如US4874583、CN101940897A和CN20198924U等)和非截流型(例如CN101940900A)，现有文献显示目前工业装置上基本采用了美国Texaco公司的带止逆球的泡帽式气液分配器US4874583。

中石化抚研院的专利CN101940900A介绍的结构设置气相围堰与导液管，在导液管内设置喷射盘，在喷射盘和混合盘之间的导液管管壁上开设进气孔，设置雨帽和连接体。利用催化剂堆积角的特性开发了非截流型气液分配器，压降小、传质效率高，有利于实现气液固三相呈沸腾状态，但是在止逆效果上无法完全回避隔板上方物流的逆流，易发生堵塞。

中石化抚研院的专利CN101940897A介绍的结构在气液混合结构上做了大量改进，气液混合进料平稳。但是上部开孔斜向上方，同时没有泡帽结构的折流，催化剂在隔板上方容易沉积，可能造成沸腾床反应器底部过热而烧坏催化剂，由于缺少泡帽的破碎和扩散气泡作用，气体扩散范围较小，产生的气泡较大，由于分配器出口没有泡帽的折流阻挡作用，停工时，由于中心进料管流速较大，物流将瞬间逆流，止逆球不易迅速回位，需要一个短暂的回位过程。

美国Texaco公司的专利US4874583介绍了一种用于沸腾床反应器的气液分配器，为泡帽分配器，主要由泡帽、上升管、止逆球和阀芯等部件组成。泡帽筒体的底部设有条缝，上升管上部和阀芯中部设有流体出口，阀芯下部设有阀座。这种气液分配器在使用过程中主要存在如下问题：(1)由于泡帽是圆柱状的，且其上部有螺母与中心杆连接，整个泡帽只能是固定不动，同时泡帽的面积大于分配盘开孔的面积较多，因此物料中的固体颗粒在泡帽上沉积的可能性也较大，这也有可能引起结焦。(2)采用止逆球来止逆，当气液进料中断或压力降低，浆液将逆流到阀芯内腔；瞬间压力过大，止逆球不能迅速回落实现密封，对球要求苛刻。(3)气液混合结构为孔板混合器，易出现断塞流和脉动流。阀芯内腔封闭，形成回旋流，止逆球上下跳动，造成止逆球和阀芯的碰撞损伤。

神华煤制油公司申请的专利CN20198924U具有圆锥形泡帽，该圆锥泡帽通过多个角尺支腿与该分配盘连接。这种结构的特点是借助了浮阀的特点结构简单，易于操作，密封紧密，流体流量为零时，锥体完全覆盖了分配盘的开孔，隔绝了分配盘上的物料进入分配盘下。该气液分配器在使用过程中存在的问题：缺少气液混合结构，分配板下方的物流在泡帽浮起时进入床层，气泡较大，气泡尾迹影响范围较大，直接导致床层底部波动较大，分配不均。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的易出现断塞流和脉动流、止逆球密封迟滞及分配盘开孔磨损的技术问题，本实用新型提供了一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器，该气液分配器强化了气液混合，实现了气液连续均态进料，活动部件稳定，催化剂在反应器底部和泡帽上壁面无沉积。

本实用新型提供的用于三相沸腾床反应器的气液分配器主要由中心管、泡帽、支撑杆和分配板组成，中心管穿过分配板上的开孔，被分配板分为上中下三段，下段的端部为中心管的物料进口，上段的端部为物料出口，其特征在于：中心管上段靠近物料出口的管内壁上设有一限位环，限位环中心为一圆形通孔，支撑杆呈竖直方向设置，支撑杆的上端支撑于泡帽内壁顶部，与泡冒内壁顶部固定连接，支撑杆的下端穿过限位环中心的圆形通孔与一个浮动环固定连接，浮动环直径小于中心管内径，泡帽通过支撑杆与中心管上段活动连接并罩在物料出口上方。

作为进一步改进的方案，在中心管中段设有一文丘里管混合器，文丘里管混合器管壁上沿圆周方向均匀对称的开有由外而内斜向上方的多个圆孔。

作为更进一步改进的方案，在中心管中段外围设有气相围堰，气相围堰的内壁和文丘里管混合器的外壁之间形成的环形空间与文丘里管混合器管壁上的圆孔共同组成气相通道。

本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型有完善的气液混合单元，可以使气液均匀混合并流动，防止出现断塞流和脉动流。并且，在泡帽浮起时，进入中心管上段的气液，经中心管顶开孔流出至泡帽内侧的环隙空间，不会在中心管形成回旋流，气液流动保持得较为稳定，泡帽不会在气液物流中上下跳动，其悬浮状态稳定，保证内构件长周期运行；

(2)本实用新型泡帽通过支撑杆焊接在浮动环上，中心管上段管壁上还设有一限位环，泡帽不仅有上下运动空间，还有旋转的自由度，不易卡死，灵活自如，不会因剧烈运动导致磨损，使用周期较长；

(3)本实用新型中心管上仅采用文丘里管混合器，不存在其他结构，浮动环和限位环都有较大的开孔率，流通面积大，可以降低气液进料通过气液分配器时的压力降，同时不易发生催化剂堵塞。

附图说明

图1为本实用新型的用于三相沸腾床反应器的气液分配器的结构示意图；

图2为图1中限位环的结构示意图；

图3为图1中浮动环的结构示意图。

图中，1-中心管，2-气相围堰，3-泡帽，4-支撑杆，5-分配板，6-限位环，7-浮动环，8-文丘里管混合器，9-圆孔，10-纵向条缝，11-物料进口，12-限位环轮圈，13-限位环轮辐，14-限位环轮轴，15-浮动环轮圈，16-浮动环轮辐，17-浮动环轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的用于三相沸腾床反应器的气液分配器作进一步的说明。

图1为本实用新型的用于三相沸腾床反应器的气液分配器的结构示意图，如图所示，本实用新型提供的气液分配器主要由中心管1、泡帽3、支撑杆4和分配板5组成。

中心管1穿过分配板5上的开孔，被分配板分为上中下三段。中心管1下段主要用于气液进料，下段的端部为中心管的物料进口11，物料进口11是中心管1主要的气液均相进料通道，设为喇叭状，便于物料更快更平稳的进入中心管，降低进料产生的局部阻力。中心管1上段的端部为物料出口，中心管1上段靠近物料出口的管内壁上设有一限位环6，限位环6为轮毂式结构，中心为一圆形通孔。泡帽3呈锥形，为一底部敞口的罩状物，泡帽3锥形结构的锥角一般应小于催化剂的堆积角，一般为45～70°，可以防止催化剂在泡帽3上的沉积现象。支撑杆4呈竖直方向设置，支撑杆4的上端支撑于泡帽3内壁顶部，与泡冒3内壁顶部固定连接，支撑杆4的下端穿过限位环6中心的圆形通孔与浮动环7固定连接，浮动环7为轮毂式结构，浮动环7的直径小于中心管1的内径，泡帽3通过支撑杆4与中心管1上段活动连接并罩在物料出口上方，泡帽3的底部周边能与分配板5相贴合。

限位环6主要用于浮动环7的定位和限制泡帽3的行程空间，限位环6中心的圆形通孔直径稍大于支撑杆4的外径，此圆形通孔限制了支撑杆4的左右摇晃，从而使泡帽3比较稳定，不易发生卡死现象，运行平稳。支撑杆4的长度一般根据泡帽和中心管的尺寸确定。浮动环7主要用于引导和限制泡帽3的运动。

中心管1上段与中段之间以分配板5的上表面为界，中段主要用于实现气液两相混合。在中心管1中段靠近分配盘5下表面的中心管内设有一文丘里管混合器8，文丘里管混合器8的厚度等于中心管下段壁厚。为使气液实现更好的混合，在文丘里管混合器8的管壁上，沿圆周方向均匀对称的开有由外而内斜向上方的多个文丘里管混合器圆孔9，圆孔9沿圆周方向分层排布，一般设置为1～4层，每一层含4～8个圆孔9，孔径一般为2～5mm，圆孔9的轴向与水平方向所成的倾斜角度为20～60°。

中心管1中段的外围设有气相围堰2，气相围堰2的内壁和文丘里管混合器8的外壁之间形成的环形空间与文丘里管混合器管壁上的圆孔9共同组成气相通道，是主要的气体进料通道。靠近气相围堰2下端的围堰管壁上开有纵向条缝10，纵向条缝10一般为2～8条，沿气相围堰圆周方向均布，优选4～6条，条缝宽度为2～5111m。纵向条缝10的主要作用是液位过高时气体可以在纵向条缝10处由液体携带进入文丘里管混合器8。

图2为限位环6的结构示意图，由图可知，限位环为轮毂式结构，主要由限位环轮圈12、限位环轮辐13和限位环轮轴14组成，限位环轮圈12和限位环轮辐13之间为大面积开孔，限位环轮轴14为空心轴，其中心为一圆形通孔，允许支撑杆穿过并上下移动。

图3为浮动环7的结构示意图，由图可知，浮动环同样为轮毂式结构，主要由浮动环轮圈15、浮动环轮辐16和浮动环轮轴17组成，浮动环轮圈15和浮动环轮辐16之间为大面积开孔，浮动环轮轴17为实心轴，与支撑杆下端相焊接。

如图1所示，本实用新型的气液分配器在正常工作状态下，气液均相物料通过中心管1下段端部的喇叭状物料进口11进入中心管，部分气相物料经中心管1外围的气相围堰2，穿过文丘里管混合器圆孔9进入中心管，气相物料以气泡的形式进入中心管1内物料流中，在液位过高的情况下，部分液相物料还会经气相围堰2下段的纵向条缝10进入中心管，气液混合物料从中心管下段进入中心管沿中心管上行到达中心管上段以后，由物料经中心管1上段端部的物料出口冲出，物料流的冲击作用使泡帽3浮起，气液两相物料流在泡帽3的阻挡作用下，折流进入中心管1上段与泡帽3之间的环隙空间，进而从泡帽3底部边缘处进入反应器床层中。一旦发生进料中断的情况，泡帽3会迅速落下，泡帽3底部周边与分配板5上表面紧密贴合，从而阻断物料通道，使分配板5上方含催化剂的物料不会发生逆流，以实现良好的密封。

另外，浮动环7是自由浮动的，除了用作支撑杆4的行程限制空间，还使泡帽3不仅有上下的自由度，还有旋转的自由度，旋转运动在破碎气泡和防止催化剂在泡帽3上沉积有很好效果，进一步防止催化剂在泡帽上的沉积现象，还可以保证泡帽3在发生进料中断的情况下迅速回落。

本实用新型结合沸腾床的工艺流程、气液混合和气液两相流的特性，提供了一种结构简单合理，安全可靠的三相沸腾床反应器的气液分配器，既可以保证气体在液体中破碎为连续的微气泡，均匀分布，又能有效地解决或缓解在气液压力不稳或气液进料突然中断时携带催化剂的物料的逆流堵塞问题。

Claims (10)

1.一种用于三相沸腾床反应器的气液分配器，主要由中心管、泡帽、支撑杆和分配板组成，中心管穿过分配板上的开孔，被分配板分为上中下三段，下段的端部为中心管的物料进口，上段的端部为物料出口，其特征在于：中心管上段靠近物料出口的管内壁上设有一限位环，限位环中心为一圆形通孔，支撑杆呈竖直方向设置，支撑杆的上端支撑于泡帽内壁顶部，与泡冒内壁顶部固定连接，支撑杆的下端穿过限位环中心的圆形通孔与一个浮动环固定连接，浮动环直径小于中心管内径，泡帽通过支撑杆与中心管上段活动连接并罩在物料出口上方。

2.根据权利要求1所述的气液分配器，其特征在于：所述的中心管中段设有一文丘里管混合器，文丘里管混合器管壁上沿圆周方向均匀对称的开有由外而内斜向上方的多个圆孔。

3.根据权利要求2所述的气液分配器，其特征在于：所述的圆孔沿圆周方向分层排布，分层排布的圆孔为1～4层，每一层含4～8个圆孔，圆孔孔径为2～5mm，圆孔的轴向与水平方向所成的倾斜角度为20～60°。

4.根据权利要求2所述的气液分配器，其特征在于：所述的中心管中段外围设有气相围堰，气相围堰的内壁和文丘里管混合器的外壁之间形成的环形空间与文丘里管混合器管壁上的圆孔共同组成气相通道。

5.根据权利要求4所述的气液分配器，其特征在于：所述的气相围堰下端的围堰管壁上开有纵向条缝。

6.根据权利要求5所述的气液分配器，其特征在于：所述的纵向条缝沿气相围堰圆周方向均布，为2～8条，条缝宽度为2～5mm。

7.根据权利要求1～6所述的任一气液分配器，其特征在于：所述的物料进口呈喇叭状。

8.根据权利要求1～6所述的任一气液分配器，其特征在于：所述的限位环为轮毂式结构。

9.根据权利要求1～6所述的任一气液分配器，其特征在于：所述的浮动环为轮毂式结构。

10.根据权利要求1～6所述的任一气液分配器，其特征在于：所述的泡冒呈锥形，泡帽锥形结构的锥角小于催化剂的堆积角，为45～70°。

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