CN205599125U - 一种旋流-喷射型冷氢箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋流‑喷射型冷氢箱，用于加氢加氢反应器内构件之一，由冷氢喷射环管、气液预分配盘板、气液喷射盘板、桁架支撑梁、二‑至十二个旋流‑喷射器、紧固件、二至四个催化剂卸料管等不锈钢构件组成。气液两相流经过旋流‑喷射器的螺旋通道后，会产生匀性很好的空心圆柱形液幕，并被高速气相流产生的负压区抽吸剪切成为细小雾滴，实现一次雾化目的。气液喷射盘板上设置了二次环形喷嘴，实现二次雾化目的。特点是新注入的冷氢气对高温液相流的雾化效果明显，反应物流之间扩散效果极佳、无论反应器直径大小均体现喷洒均匀性高且无偏流问题。

Description

一种旋流-喷射型冷氢箱

技术领域

本实用新型涉及石油化工机械设备技术领域，具体的说是一种石油或煤焦油炼制用加氢反应器内构件旋流-喷射型冷氢箱。

背景技术

近年来，随着全球经济的快速发展和环保意识的增强，国内的环保法规日趋严格，对洁净燃油的要求越来越高，石油炼制及煤化工企业不得不提高自身各种油品的产品质量，而油品加氢技术便是提高油品质量的最有效的方法之一。加氢工艺技术水平的高低，主要取决于加氢原料油预处理的质量、加氢催化剂（保护剂）的性能和加氢反应器内件三个主要因素。

目前，为了提高燃料油品加氢反应的质量，就必须提高加氢催化剂的反应活性。但是，采用高活性的催化剂，一旦气相流对液相流的扩散性不好，催化剂床层就会出现“局部沟流”区域，即气液分配器正下方局部区域内液相流相对偏多，因其阻力大，气相流相对偏少，引起“局部缺氢”问题。当氢气在液相流中的溶解程度较低和加氢反应中接触不到氢气两种情况同时存在时，就是严重的“缺氢”现象，此时该区域会出现“局部热点”，不饱和烃或重质油品中的残留稠环芳烃等物质，非常容易发生叠合 、缩聚和缩合等有害反应，导致催化剂表面积炭失去活性、缩短加氢催化剂的使用寿命。

如何提高加氢反应质量和延长催化剂的使用寿命，在很大程度上也取决于反应器内构件的先进性和合理性。当加氢反应放热过大及加氢反应耗氢大氢分压低时，对进一步加氢反应质量和催化剂使用寿命均不利，此时需要从催化剂床层下部注入急冷用的冷氢，以达到降温和提高氢分压的目的，为了让新注入的冷氢在进入催化剂床层前，冷热反应物流之间的扩散度、温度及氢气溶解度都要达到理想状态，要求采用先进性高的冷氢箱（也称为急冷箱）。必须确保气液两相流经过充分扩散后，确保气液两相流温度均匀性和液相流的高度分散性。液相流的雾化程度越高，雾滴直径尺寸越小，就意味着气液两相流的扩散性越好，液体单位体积的比表面积越大，有利于提高氢气向液相流中的溶解速度和增加氢气的溶解度，还可以将液相流均匀地喷洒到催化剂床层上，最终有效地避免“有害反应”的发生，对提高加氢反应质量和延长催化剂使用寿命是非常有利的。

目前，随着国内外加氢技术的发展，出现了多种结构形式的冷氢箱，如中国专利CN 200954445Y扁平式冷氢箱、CN200952000旋流式冷氢箱、CN202506372U一种冷氢箱、CN200510068654.9的一种冷氢CN201220608970.6一种冷氢箱。其按照结构原理大致可分为对撞型冷氢箱和旋流型冷氢箱两种形式。对撞型冷氢箱分为二层，其中第一层为气液预分配盘板、第二层为筛孔盘板。在气液预分配盘板设置了一对喷洒下降孔，在每个喷洒下降孔的下边还设置了凹形扩散槽，两个凹形扩散槽开口正对面布置，两股气液两相流正以对撞形式喷射达到扩散目的，然后在两凹形扩散槽轴线的两侧喷出，进入到下部筛孔盘板上，随着两股反向气液两相流，由中心向外扩散，在液相流经过φ25mm筛孔向下喷射。旋流型冷氢箱是前者的改进型，它分成两层旋流-下降型冷氢箱和三层溢流-旋流型冷氢箱两种结构形式，旋流-下降型冷氢箱上层为气液预分配盘板、下层为筛孔盘板，气液两相流先进入气液预分配盘板上部设置的旋流通道内进行扩散，然后再由中心设置的扩散下降孔进入到筛孔盘板上，最后由各个筛孔下降到气液再分配盘板上。溢流-旋流型冷氢箱上层为气液预分配盘板，中层为旋流盘板，下层为筛孔盘板，气液两相流先从气液预分配盘板上设置的一对喷洒下降孔进入到下一层，再进入旋流通道进行气液扩散，然后再从旋流盘板中心下降孔进入到筛孔盘板，最后由各个筛孔下降到气液再分配盘板上。两种方式都是利用旋流通道方式和喷洒扩散方式来实现对流换热和扩散。

以上几种结构形式的冷氢箱虽然在节省投资，增加气液两相流的停留时间等方面做了改进，但是还存在几方面的不足：1、气相流对液相流的扩散作用和对流作用都很差，体现在反应物流之间温差高达14℃以上；2、冷氢气向液相流溶解的速度不高；3、筛孔盘板下方的液相流偏流现象严重，对配合新型加氢催化剂发挥良好作用的效果不佳。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够增加气液扩散性和减少液相流偏流的旋流-喷射型冷氢箱。

为解决上述技术问题，本实用新型的旋流-喷射型冷氢箱，由冷氢喷射环管、气液气液预分配盘板、气液喷射盘板、桁架支撑梁、二至十二个旋流-喷射器、紧固件、二至四个催化剂卸料管（如有）等不锈钢构件组成，其中，位于冷氢喷射环管下方的冷氢箱部分为上、下二层，上部为气液预分配盘板、下部为气液喷射盘板，其中，上部的气液预分配盘板与下部的筛孔盘板分别安装在桁架支撑梁上下翼缘板和反应器上下水平支撑圈板上。

其中，位于最上部的冷氢喷射环管由入口管、带孔环管、连接用法兰（包括紧固件和密封件）等组成。在带孔管的管壁设置了不同喷射方向的冷氢喷射孔。该孔喷射出来的高速冷氢流具有很强的抽吸作用，将下降的反应物流混入高度扰动的喷射流体之中，达到预混合的目的。

旋流-喷射器由齿形筒体、上部圆封板（在催化剂卸料管的位置不设置）、螺旋下降管、八个空心螺旋叶片、空心圆锥斗体、一级喷嘴圆锥形圆板（在催化剂卸料管的置为空心圆板结构）等构件组成。齿形筒体的顶部端口圆周布置了锯齿形开口，目的是减轻气液预分配盘板水平度超差造成的液相流偏流问题；八个空心螺旋叶片安装在齿形筒体与螺旋下降管之间，组成了八个螺旋流道，设置螺旋流道的目的是利于离心力将液相流与气相流分开，在离心力作用下得到厚度均匀性很好的旋转液相膜；空心圆锥斗体的上部端圆口直径与外筒体圆口一致，且相互焊接在一起；一级喷嘴圆锥形圆板安装在螺旋下降管底端口，且与空心圆锥斗体的下部圆口留有一定距离，组成了一级环形喷嘴，设置一级环形喷嘴的目的是为了冷热气相流能够有效雾化高温液相流。

旋流-喷射型冷氢箱由上部气液预分配盘板和下部气液喷射盘板两层组成，且分别安装在桁架支撑梁的上下翼缘和反应器器壁上设置水平支撑圈上。其中，气液预分配盘板分为几块，且能够组成圆形盘板，气液预分配盘板板还设置了二至十二个用于安装旋流-喷射器的圆孔，数量是根据反应器直径大数量相应增加，催化剂卸料管（如有）数量一般为二至四个，数量也是直径大数量多原则。其中，气液喷射盘板分为几块，且能够组成圆形盘板，盘板的钢板面上被冲压了呈三角形排列的空心圆锥形孔，二级喷嘴圆锥形圆板通过弧形连接条板安装在空心圆锥形孔的下方，留有一定环向缝隙，组合成了二级环形喷嘴。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：一是通过环形喷嘴雾化原理，利用高速气相流来雾化液相流成为细小雾滴，大大增加了气液两相流的扩散和热交换性能；二是采取环形喷嘴的放射形喷射和旋流-喷射器数量多（在催化剂卸料管处也可以设置）两种措施，可以有效解决液相流在气液喷射盘板下部产生的偏流问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的冷氢喷射环管俯视结构示意图。

图3是本实用新型的气液预分配盘板俯视结构示意图。

图4是本实用新型的气液喷射盘板俯视结构示意图。

图5是本实用新型的带卸料管旋流-喷射器结构示意图。

图6是本实用新型的带卸料管旋流-喷射器俯视结构示意图。

图7是本实用新型的旋流-喷射器结构示意图。

图8是本实用新型的旋流-喷射器俯视结构示意图。

图9是本实用新型的二级环形喷嘴结构示意图。

图中，1为冷氢喷射环管，2为气液预分配盘板，3为气液喷射盘板，4为桁架支撑梁，5为旋流-喷射器，6为紧固件，7为催化剂卸料管，11为入口管，12为带孔管，13为连接用法兰，14为冷氢喷射孔。

具体实施方式

图1所示旋流-喷射型冷氢箱由冷氢喷射环管1、气液预分配盘板2、气液喷射盘板3、桁架支撑梁4、二-至十二个旋流-喷射器5、紧固件6、二至四个催化剂卸料管（如有）7等不锈钢构件组成。位于冷氢喷射环管1下方的冷氢箱部分，分为上、下二层，上层为气液预分配盘板2、下层为气液喷射盘板3，其中，上层的气液预分配盘板2与下层的气液喷射盘板3分别安装在桁架支撑梁4上下翼缘板和反应器上下水平支撑圈板上。本实用新型的所有零部件均可采用不锈钢制作。

图2所示冷氢喷射环管1由入口管11、带孔环管12、连接用法兰（包括紧固件和密封件）13、在带孔管12的管壁设置了不同喷射方向的冷氢喷射孔14，该孔喷射出来的高速冷氢流具有很强的抽吸作用，将一部分下降的反应物流抽吸进入高度扰动的喷射流体之中，达到预混合的目的。

图3所示气液预分配盘板2分为若干块能从人孔进入的气液预分配盘板块21，安装在桁架支撑梁4的上翼缘表面上和反应器器壁设置的水平支撑圈板上，组装后为圆形盘板，其中，在二-至十二个旋流-喷射器5的位置上的盘板块21上开设了圆孔22，用于安装旋流-喷射器5，数量是根据反应器直径大小来确定，气液两相流只能通过旋流-喷射器5进入到下一层。

图1、3、5、6、7、8所示，旋流-喷射器5安装在气液预分配盘板所开的圆孔22内。每个旋流-喷射器由齿形筒体51、上部圆封板（在催化剂卸料管的位置不设置）52、螺旋下降管53、八个空心螺旋叶片54、空心圆锥斗体55、一级喷嘴圆锥形圆板（在催化剂卸料管的位置为空心圆板结构）56等不锈钢零件件组成。其中，齿形筒体5的顶部端口开设了锯齿形开口57，目的是减轻气液预分配盘板2水平度较大时，造成的液相流偏流问题。八个空心螺旋叶片54、安装在齿形筒体51与螺旋下降管53之间，组成了八个螺旋流道100，设置螺旋流道100的目的是利用离心力将液相流与气相流分开，得到旋转液相流101，且沿着空心圆锥斗体下降到下部端圆口处形成了空心圆柱形低速旋转液幕102。

图1、3、5、6、7、8所示，空心圆锥斗体55的上部端圆口直径与外筒体圆口一致，且相互焊接在一起，一级喷嘴圆锥形圆板56安装在螺旋下降管53的底部，且与空心圆锥斗体55的下部圆口留有一定距离，组成了一级环形喷嘴200。从一级环形喷嘴200喷射高速气流201所产生的负压区202将抽吸空心圆柱形低速旋转液幕102进入到高速气流201之中，被其剪切成为微小雾滴，达到雾化的目的。

图1、4、9所示，气液喷射盘板3分为若干块能从人孔进入的气液预分配盘板块31，安装在支撑梁4下翼缘上表面和反应器器壁设置的水平支撑圈板上，组装后为圆形盘板。其中，气液预分配盘板块31板面上，被直接冲压了三角形排列的空心圆锥形斗体32，其下部为开孔33；弧形连接条板34是用的3×3mm方钢或直径3mm左右的圆钢丝冲压成弧形钢条；二级喷嘴圆锥形圆板35的内圈水平圆板36外直径应等于、小于或大于下部开孔33内径；二级喷嘴圆锥形圆板35为空心倒碟形38，圆锥角为60°-120°，空心倒碟形38能使一些吸附在倒圆锥形37外边缘液体被抽吸到上方的负压区302内，再次被高速气相流302剪切成微小雾滴，这样可以有效阻止中间滴流现象产生。二级喷嘴圆锥形圆板35安装在下部开孔33的下方，通过一对弧形连接条板34上下连接，留有一定环向缝隙，由此组成了二级环形喷嘴300。处于二级环形喷嘴300中间的高速水平气流302以放射状向外喷射，在二级环形喷嘴300的上方产生环形负压区303，将空心圆柱形旋转液膜抽吸到高速水平气流302中，被其所雾化。其中，可以通过下弧形连接条板34上的弧型钢条的弯曲程度改变二级环形喷嘴300的喷射间隙和喷射角度或是可以调整制造环形喷嘴时的缝隙误差。

工作时，注入的冷氢由冷氢喷射环管的均匀分布的喷射孔向催化剂支撑盘板的下部空间（气液预分配盘板的上部空间）喷射，由于各射流产生的负压抽吸作用，一部分反应物流（气液两相流）得到预混合， 液相流落到气液预分配盘板上，然后经过形齿筒体的锯齿形开口，流到旋流-喷射器内与上部气相流一起进入到各螺旋流道内，在离心力作用下，得到旋转液相流，且沿着空心圆锥斗体下降到下部端圆口处形成了空心圆柱形低速旋转液幕，并被一级环形喷嘴所喷射的高速水平气相流所抽吸到气相流之中，并被雾化成为细小雾滴后，均匀地喷洒到气液喷射盘板上，最后由各个二级环形喷嘴到下部空间。

Claims (6)

1.一种旋流-喷射型冷氢箱，由冷氢喷射环管（1）、气液预分配盘板（2）、气液喷射盘板（3）、桁架支撑梁（4）、二-至十二个旋流-喷射器（5）、紧固件（6）、二至四个催化剂卸料管（7）不锈钢构件组成，其特征在于：位于冷氢喷射环管（1）下方的冷氢箱部分为上、下二层，上部为气液预分配盘板（2）、下部为气液喷射盘板（3），其中，上部的气液预分配盘板（2）与下部的筛孔盘板（3）分别安装在桁架支撑梁（4）上下翼缘板和反应器上下水平支撑圈板上。

2.根据权利要求1所述的一种旋流-喷射型冷氢箱，其特征在于：冷氢喷射环管（1）由带孔环管（12）、连接用法兰（13）、在带孔环管（12）的管壁设置了不同喷射方向的冷氢喷射孔（14）。

3.根据权利要求1所述的一种旋流-喷射型冷氢箱，其特征在于：旋流-喷射器（5）安装在气液气液预分配盘板（2）的圆孔（22）内。

4.根据权利要求1所述的一种旋流-喷射型冷氢箱，其特征在于：桁架支撑梁(4)的腹板为桁架结构，由不锈钢方钢或圆钢以桁架结构形式焊接而成。

5.根据权利要求1所述的一种旋流-喷射型冷氢箱，其特征在于：旋流-喷射器（5）由齿形筒体（51）、上部圆封板（52）、螺旋下降管（53）、八个空心螺旋叶片（54）、空心圆锥斗体（55）、一级喷嘴圆锥形圆板（56），在催化剂卸料管的位置为空心圆板结构组成，其中，齿形筒体（51）顶部端口为锯齿形开口（60）；空心螺旋叶片（54）为空心结构，行程为0.2-0.5个螺距，且安装在齿形筒体（51）与螺旋下降管（53）之间，组成了八个螺旋流道（100），空心圆锥斗体（55）的圆锥角为90°-120°，其上部端口内直径与齿形筒体（51）内直径一致，下部端口为圆形口；一级喷嘴圆锥形圆板（56），在催化剂卸料管的位置为空心圆板结构，圆锥角为90°-120°，其上部内圈为圆形平板（57），外圈为圆锥形（58），其底部为空心倒碟形（59），一级喷嘴圆锥形圆板（56）安装在螺旋下降管（53）的下部端口处，且处于空心圆锥斗体（55）的下方，与之留有一定缝隙，组成了一级环形喷嘴。

6.根据权利要求1所述的一种旋流-喷射型冷氢箱，其特征在于：气液喷射盘板（3）的气液预分配盘板块（31）板面上，被直接冲压了三角形排列的空心圆锥形斗体（32），其下部为开孔（33）；弧形连接条板（34）为弧形钢条；二级喷嘴圆锥形圆板（35）的内圈水平圆板（36）外直径应等于、小于或大于下部开孔（33）内径；二级喷嘴圆锥形圆板（35）为空心倒碟形（38），圆锥角为60°-120°，二级喷嘴圆锥形圆板（35）安装在开孔（33）的下方，通过一对弧形连接条板（34）上下连接，留有一定环向缝隙，由此组成了二级环形喷嘴（300）。