上流式分配器和上流式反應器的製作方法

2023-06-01 07:36:31

本發明涉及石油化工領域，具體地，涉及一種上流式分配器和上流式反應器。

背景技術：

目前，在石油化工領域中，上流式反應器應用較為廣泛，如固定床上流式加氫反應器、餾分油液相加氫反應器、懸浮床加氫反應器及沸騰床加氫反應器等。無論哪種上流式反應器，均需使氣液物流均勻分配到催化劑床層界面，避免偏流或溝流帶來的不利影響。

在上流式反應器中，氣液兩相同時向上流動，一般情況下液相為連續相，氣相為分散相，隨著物流向上流動產生的擾動，部分溶解在液相中的氣相會逸出，因此在進入催化劑床層前需設置物流分配裝置來對氣液物流進行重新混合和分配。而物流分配裝置的混合性能則直接影響到氣相在液相中的溶解速率，進而影響反應器內氣液傳質效率。現有技術的上流式分配器雖然能夠起到一定的氣液混合效果，但是由於結構的限制，其氣液混合效果有限。

現有技術中的上流式物流分配裝置中存在的主要問題在於無法提供穩定有效的氣液相間混合，氣液物流間的傳質效率較低。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種上流式分配器，該上流式分配器能夠提高氣體和液體在混合流體中的混合效果。

為了實現上述目的，本發明提供一種上流式分配器，其中，該上流式分配器包括主導流管、氣體導流管和混合部，氣體物流能夠通過該氣體導流管 傳輸，所述主導流管和所述氣體導流管的上端管口均與該混合部連通。

優選地，所述主導流管套設在所述氣體導流管之內。

優選地，所述氣體導流管的管壁的下部與所述主導流管的管壁相互連接且封閉，所述氣體導流管的管壁上設置有通氣孔。

優選地，所述氣體導流管的管壁的上側邊與所述混合部的下側邊相連，所述主導流管的上端延伸到所述混合部之中。

優選地，所述混合部為橫截面從下向上逐漸減小的管。

優選地，所述上流式分配器還包括發散部，所述混合部的上側邊與該發散部的下側邊連接。

優選地，所述發散部為橫截面從下向上逐漸增大的管。

優選地，所述上流式分配器還包括分流盤，該分流盤設置在所述主導流管的下端管口的下方並與所述下端管口相間隔地相對。

本發明的另一個目的是提供一種上流式反應器，該上流式反應器包括反應器殼體，該反應器殼體內設置有催化劑床層，該催化劑床層的下方的反應器殼體上設置有反應器入口，其中，該催化劑床層的下方設置有分配塔盤，所述上流式反應器還包括根據本發明所述的上流式分配器，該上流式分配器設置在所述分配塔盤上。

優選地，所述分配塔盤上設置有安裝孔，所述上流式分配器穿過該安裝孔設置，其中，所述混合部設置在所述分配塔盤的下方，所述發散部設置在所述分配塔盤的上方。

本發明的氣體導流管主要用於傳輸從混合流體中分離出的氣體流體，而主導流管用於傳輸其餘的主要以液體流體為主的流體，流經主導流管和氣體導流管的流體在混合部混合。通過上述技術方案，流經主導流管和氣體導流管的流體到達混合部，該混合部使得該混合流體中氣體和液體能夠更好地相互混合。

本發明的其它特徵和優點將在隨後的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用於解釋本發明，但並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是根據本發明優選實施方式的上流式分配器的示意圖；

圖2是根據本發明優選實施方式的上流式反應器的示意圖；

圖3是根據本發明技術方案與現有技術在不同測點的局部氣含率的對比圖。

附圖標記說明

1主導流管；2氣體導流管；3混合部；4發散部；5分流盤；6環板；7連接杆；10催化劑床層；20分配塔盤。

具體實施方式

以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用於說明和解釋本發明，並不用於限制本發明。

在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞應當結合上下文和實際使用中的方向來適當解釋。

本發明提供一種上流式分配器，其中，該上流式分配器包括主導流管1、氣體導流管2和混合部3，氣體物流能夠通過該氣體導流管2傳輸，所述主導流管1和所述氣體導流管2的上端管口均與該混合部3連通。

氣體導流管2用於傳輸氣體，而主導流管1主要用於以傳輸液體為主的流體。其中，通過主導流管1傳輸的流體主要為液體，但是由於液體中通常 難以避免地混合有少量氣體，因此該主導流管1可以傳輸液體流體或以液體為主的混合流體，為了便於描述，下文將主導流管1傳輸的流體稱為液體流體，但是應當理解的是該流體可以為以液體流體為主的混合流體。

流體從下向上地通過主導流管1和氣體導流管2，並且在本發明中優選地分別通過氣體導流管2傳送氣體並通過主導流管1傳送液體，該主導流管1和氣體導流管2的上端管口均與混合部3連通。因此，當流體進入混合部3中時，氣體和液體分別以一定的流速進入到混合部3中，從而能夠合流並以各自的流速相互碰撞從而更均勻地混合在一起。並且主導流管1和氣體導流管2相互之間的角度也可以根據需要設置，即主導流管1的上端管口和氣體導流管2的上端管口設置為使得氣體和液體流入混合部3的速度的方向之間成適當的角度，以使得氣體和液體的混合效果更好。

具體地，本發明中的主導流管1和氣體導流管2可以根據實際需要適當地設置，例如該主導流管1和氣體導流管2可以並排地設置，並且該主導流管1和氣體導流管2的上端管口均與混合部3連通。下文對主導流管1和氣體導流管2的設置的優選實施方式進行詳細描述。

通常，流入上流式分配器的流體通常為氣體和液體的混合流體。優選地，在該混合流體進入上流式分配器之前，首先經過流體分離裝置從而使得混合流體中的氣體從液體中分離或者基本上從液體中分離。隨後，分離出的氣體通過氣體導流管2向上傳輸，液體則通過主導流管1向上傳輸。下文將對該流體分離裝置的優選實施方式進行詳細介紹。

本發明的氣體導流管主要用於傳輸氣體流體，而主導流管用於傳輸其餘的主要以液體流體為主的流體，流經主導流管和氣體導流管的流體在混合部混合。通過上述技術方案，流經主導流管和氣體導流管的流體到達混合部，該混合部使得該混合流體中氣體和液體能夠更好地相互混合。

該上流式分配器通常用於一個更大的反應容器中，流體在該反應容器中 從下向上流經該上流式分配器，不但使得氣體和液體的混合更加充分，還能夠使得混合流體能夠在流經該上流式分配器後向四周均勻流動。

優選地，所述主導流管1套設在所述氣體導流管2之內。在本優選實施方式中，主導流管1和氣體導流管2相互套設，一方面使得整個上流式分配器的體積更加緊湊，另一方面還能夠使得在氣體和液體在混合部3相互混合時，氣體圍繞液體，從而使得氣體和液體混合的更加均勻。

更優選地，所述氣體導流管2的管壁的下部與所述主導流管1的管壁相互連接且封閉，所述氣體導流管2的管壁上設置有通氣孔21。該通氣孔21的形狀可以設置為任意適合的形狀，例如圓形、三角形、矩形、梯形等，優選為圓形和矩形。

在本優選實施方式中，當主導流管1套設在氣體導流管2之內時，氣體導流管2的下部與主導流管1之間的間隙封閉。優選地，氣體導流管2的下端管口與主導流管1的下端管口相互連接，因此流體不能夠從主導流管1的下端管口和氣體導流管2的下端管口之間的間隙流入。

根據上文所述的優選實施方式，混合流體首先經過流體分離裝置從而使得混合流體中的氣體從液體中分離或者基本上從液體中分離。液體或者基本上為液體的混合流體從主導流管1的下端管口進入主導流管1中，液體則通過主導流管1向上傳輸，氣體則從氣體導流管2的管壁上的通氣孔21進入到氣體導流管2和主導流管1之間的間隙中。

優選地，氣體導流管2的直徑為50-200mm，優選為80-160mm，主導流管1的直徑為20-100mm，優選為40-80mm。

並且，優選地，所述氣體導流管2的管壁的上側邊與所述混合部3的下側邊相連，所述主導流管1的上端延伸到所述混合部3之中。

通過本優選實施方式，由於主導流管1設置在氣體導流管2之內，因此當氣體導流管2的上側邊與混合部3的下側邊相連時，確保通過主導流管1 向上傳輸的液體以及通過主導流管1與氣體導流管2之間的間隙向上傳輸的氣體都能夠進入到混合部3中。並且，設置在氣體導流管2之內的主導流管1的上端延伸到混合部3中。

優選地，所述混合部3為橫截面從下向上逐漸減小的管。由於混合部3中的混合流體繼續向上流動，因此該橫截面從下向上逐漸減小的混合部3能夠使得混合流體的流速增大。優選地，該混合部3的下端的橫截面為上端的橫截面的1.5-6倍，優選為2.5-4倍。

優選地，所述上流式分配器還包括發散部4，所述混合部3的上側邊與該發散部4的下側邊連接。因此，當氣體和液體在混合部3混合之後，混合流體繼續向上流動到發散部4，該發散部4能夠使得混合流體向四周發散的流動，從而使得混合流體在反應容器中的分布更加均勻。優選地，所述發散部4為橫截面從下向上逐漸增大的管。這樣，通過混合部3而提高流速的混合流體在進入發散部4之後繼續向上流動且流速逐漸減小，並且發散部4的從下向上發散的形狀使得混合流體能夠向四周發散。

需要說明的是，上文所述的主導流管1，氣體導流管2，以及形成為管狀的混合部3和發散部4的橫截面並不限制為圓形，也可以為其他適用的形狀，本發明對此不加以限定。

優選地，所述上流式分配器還包括分流盤5，該分流盤5設置在所述主導流管1的下端管口的下方並與所述下端管口相間隔地相對。當混合流體向上朝向主導流管1流動時，在流經該分流盤5的過程中，由於與分流盤5相互碰撞而發生氣液分離，液體流體在流經該分離盤5之後能夠從主導流管1的下端管口進入到主導流管1中，而氣體則大多數沿分流盤5的周緣直接向上運動，而在液體的上方聚集，並通過氣體導流管2的管壁上的通氣孔21進入氣體導流管2和主導流管1之間的間隙中，從而使得混合流體中的氣體和液體分別通過不同的通道而向上流動，再重新混合，以使得混合流體中的 氣體和液體混合更均勻。

通過上文所述的優選實施方式可知，混合流體在經過分流盤5之後，液體從主導流管1向上傳輸，氣體則在主導流管1和氣體導流管2之間的間隙中向上傳輸。當氣體與液體都向上流動到混合部3中時，能夠進行更加充分混合。

該分流盤5可以通過任意適用的方式設置在主導流管1的下端管口的下方相對位置處，例如通過將該分流盤5固定在周圍結構上。優選地，所述分流盤5通過連接杆7與所述主導流管1連接。

而且該分流盤5的形狀也可以根據主導流管1的橫截面形狀來相應地設置，該分流盤5的面積通常大於主導流管1的橫截面的面積。

本發明還提供一種上流式反應器，該上流式反應器包括反應器殼體，該反應器殼體內設置有催化劑床層10，該催化劑床層11的下方的反應器殼體上設置有反應器入口11，其中，該催化劑床層10的下方設置有分配塔盤20，所述上流式反應器還包括根據本發明所述的上流式分配器，該上流式分配器設置在所述分配塔盤20上。

上文所述的上流式分配器主要用於上流式反應器中。在本發明提供的上流式反應器中，上流式反應器的殼體內從上至下依次設置有催化劑床層10和分配塔盤20，而本發明的上流式分配器就設置在該分配塔盤20上。

優選地，所述分配塔盤20上設置有安裝孔，所述上流式分配器穿過該安裝孔設置，其中，所述混合部3設置在所述分配塔盤20的下方，所述發散部4設置在所述分配塔盤20的上方。

本發明的上流式反應器的反應器殼體的下部(即位於分配塔盤20的下方的反應器殼體部分上)設置有入口，通過上文所述的優選實施方式，混合流體從入口進入到反應器殼體中並向上流經上流式分配器，從而從分配塔盤20的下方流動到分配塔盤20的上方，再繼續向上流動到催化劑床層10以進 行反應。

優選地，該分配塔盤20上的每個安裝孔中都安裝有上流式分配器，即混合流體從分配塔盤20的下方流動到分配塔盤20的上方需要經過該上流式分配器，從而使得分配塔盤20上方的流體中氣體和液體混合更加均勻。

其中，當氣體和液體分別通過氣體導流管2與主導流管1之間的間隙和主導流管1向上流動到混合部3中時，氣體和液體能夠充分地在位於分配塔盤20的下方的混合部3中混合。由於混合部3與發散部4上下相對地連接，因此混合部3中的混合流體能夠繼續向上流動到分配塔盤20上方的發散部4中，並通過該發散部4在反應器殼體內部向四周發散地流動，以使流體在分配塔盤20上方的反應器殼體內均勻地分布，並繼續向上以與催化劑床層1均勻接觸並提高催化反應效果。

下面結合上文所述的上流式分配器的優選實施方式對整個上流式反應器的工作過程進行描述。

首先，混合流體通過反應器入口11進入到反應器殼體內，並逐漸上升。優選地，混合流體在流入主導流管1之前首先經過分流盤5。混合流體經過分流盤5時與分流盤5發生衝擊，因此混合流體在與分流盤5撞擊之後，氣體能夠從混合流體中逸出。

在主導流管1套設在氣體導流管2之內的實施方式中，液體繞過分流盤5向上流動並有部分的液體通過分流盤5與主導流管1的下端管口之間的間隙從下端管口進入主導流管1，由於主導流管1與氣體導流管2的下部之間優選為封閉地連接，更優選為主導流管1與氣體導流管2的下端管口之間封閉地連接，因此液體不能進入氣體導流管2與主導流管1之間的間隙內，而氣體則沿分流盤5的邊緣向上運動並聚集在液體的液面上方與分配塔盤20之間的空間內。由於氣體的氣壓使得液體能夠進入主導流管1並沿主導流管1向上流動，而氣體則由於其本身的壓力能夠從氣體導流管2的管壁上的通 氣孔21進入到氣體導流管2與主導流管1之間的間隙中，因此氣體能夠與液體相互獨立地向上傳輸。

當氣體和液體都進入到混合部3中時能夠發生混合，由於混合部3優選為橫截面從下向上逐漸減小的管，氣體以一定加速度和角速度向上流動，對從主導流管1內向上流出的液體進行碰撞、剪切和破碎，從而發生劇烈混合和有效傳質，還能夠由於減縮的管橫截面積而提高混合流體向上流動的流速。

由於上流式分配器安裝在分配塔盤20上的安裝孔內時，混合部3位於分配塔盤20的下方，發散部4位於分配塔盤20的上方，因此重新混合的混合流體繼續向上流動而從混合部3流動到發散部4中時，就在上流式反應器中從分配塔盤20的下方流動到分配塔盤20的上方。由於發散部4優選為橫截面從下向上逐漸增大的管，因此不但使得混合流體能夠沿發散部4的向外傾斜的管壁向外發散地流動，還能夠由於減擴的管橫截面積而降低混合流體的流速，液體在氣體的攜帶下由於流速的減小而發生進一步破碎，從而完成氣體和液體的再次混合和傳質。從而，使得混合流體在分配塔盤20與催化劑床層10之間的空間內發散地均勻分配，並與催化劑床層10之間均勻接觸而發生反應。

以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。

如圖1所示，主導流管1和氣體導流管2的下端管口之間通過環板6相互連接並封閉。分流盤5為圓形平板，分流盤5的面積為氣體導流管2的橫截面積的2.5倍。分流盤5通過連接杆7與主導流管1和氣體導流管2的下端管口之間的環板6連接，該連接杆7為本技術領域內常用的支條、螺栓等結構。主導流管1套設在氣體導流管2內且二者均為直筒體，氣體導流管2的直徑為120mm，主導流管1的直徑為70mm。氣體導流管2的管壁上設置有兩個通氣孔21，該通氣孔21的形狀分別為圓形和矩形。混合部3位於氣 體導流管2的上方，該混合部3與氣體導流管2之間通過焊接連接，主導流管1的上端的部分管段延伸到混合部3的內部。該混合部3為橫截面積從下向上逐漸減小的錐形筒體，混合部3的下端管口的橫截面積為上端管口的橫截面積的3倍。發散部4設置在混合部3的上方，發散部4為橫截面積逐漸增大的錐形筒體，發散部4的上端管口的橫截面積為下端管口的橫截面積的3倍。混合部3的上端埠的橫截面積與發散部4的下端管口的橫截面積相同。

針對不同的上流式反應器，均可採用本發明的上流式分配器。表1中列出了針對工業上不同裝置的物流分配裝置設計應用。表1表示了如圖所示的本發明的上流式分配器在不同裝置上的設計與應用。

表1

為表徵氣體和液體流體之間的混合效果，通常採用氣液兩相流在先測量 儀進行液體中氣含率的測量。術語「氣含率」指氣體佔氣液混合物體積的百分率，通常通過差壓法、體積膨脹法、雙電導探針法等來進行測量。本實施例中採用雙電導探針法對本發明技術方案以及現有技術方案進行局部氣含率測量對比試驗。試驗結果如圖3所示。可以看到，與現有技術相比，本發明的上流式分配器在各測點上具有更高的局部氣含率，氣液兩相的混合效果更好，傳質效率更高。

以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明並不限於上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思範圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬於本發明的保護範圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特徵，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重複，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。