一种物流混合分散设备

摘要

一种物流混合分散设备，由同心设置的圆柱形筒体(1)、漩涡混合室(2)、提升管(3)以及整流板(4)组成，所述的圆柱形筒体(1)由顶盖板(5)、圆筒(8)及圆筒体底板(9)组成，其中顶盖板(5)中央设有开孔(6)，圆柱形筒体(1)的内部为漩涡混合室(2)和提升管(3)，顶盖板(5)下方为漩涡混合室(2)，漩涡混合室(2)的下方为提升管(3)，提升管(3)的底部与圆筒体底板(9)连接，整流板(4)位于圆柱形筒体(1)的下部，通过筋板(17)连接于圆筒体底板(9)下方。本发明提供的气液物流混合分散设备可用于加氢反应器中进行气液物流的混合与分散，物流经过旋涡折流、气相提升及旋流分散，可将高速气液物流完成气液两相充分混合、减缓流体冲力并均匀分散流体。

权利要求

1.一种物流混合分散设备，其特征在于该设备由同心设置的圆柱形筒体(1)、漩涡混合室(2)、提升管(3)以及整流板(4)组成，所述的圆柱形筒体(1)由顶盖板(5)、圆筒(8)及圆筒体底板(9)组成，其中顶盖板(5)中央设有开孔(6)，圆柱形筒体(1)的内部为漩涡混合室(2)和提升管(3)，顶盖板(5)下方为漩涡混合室(2)，漩涡混合室(2)的下方为提升管(3)，提升管(3)的底部与圆筒体底板(9)连接，整流板(4)位于圆柱形筒体(1)的下部，通过筋板(17)连接于圆筒体底板(9)下方。

2.按照权利要求1的设备，其特征在于，所述的圆柱形筒体(1)的圆筒(8)的外部、顶盖板(5)下方设有定位板(7)。

3.按照权利要求1的设备，其特征在于，所述的漩涡混合室(2)由混合室筒体、其内部设置的多个轴向对称的折流板(10)和混合室底板(11)组成。

4.按照权利要求3的设备，其特征在于所述的漩涡混合室(2)内的折流板(10)的形状为V型或W型或S型。

5.按照权利要求4的设备，其特征在于所述的折流板(10)的形状为V型。

6.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的折流板(10)的长度为相邻两个折流板之间的距离的3～15倍。

7.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的提升管(3)由泡冒(12)及设置于泡冒(12)内的下圆筒(14)组成，泡冒(12)与混合室底板(11)相连，与圆柱形筒体的底板(9)之间有空隙；下圆筒(14)位于圆筒体底板(9)中央、与圆柱形筒体的底板(9)相连，与混合室底板(11)之间留有空隙。

8.按照权利要求7的设备，其特征在于所述的泡冒(12)上设置条缝， 下圆筒(14)底部设置溢流孔(15)

9.按照权利要求1的设备，其特征在于所述的整流板(4)为开有多个整流孔的多孔筛板或旋流分散板。

10.按照权利要求9的设备，其特征在于所述的整流板为旋流分散板。

11.按照权利要求1的设备，其特征在于所述顶盖板(5)中央的开孔(6)的直径为反应器入口直径的1/5～2/3。

说明书

一种物流混合分散设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种物流混合分散设备，适用于流体从小截面流域进入大截面流域时，实施消减冲力，流体分散和气液混合，更具体地说，涉及一种固定床加氢反应器中气液混合物流在进入反应器时，将气液混合物流混合均匀并均匀分散至整个反应器截面的设备。

背景技术

[0002] 在石油加工领域，馏份油、石蜡、润滑油的加氢精制、蜡油的加氢裂化和大部分的渣油加氢处理工艺中广泛应用固定床滴流反应器。在固定床滴流反应器内，气液混合物流并流向下通过催化剂床层进行反应。加氢反应器内催化剂能否充分发挥作用、产品质量是否能够达到优质，很大程度上取决于反应器床层入口处的物流分布效果。气液混合物由管道并流进入加氢反应器顶部时，流体流经的截面面积突然扩大80倍以上，流体流速高、易偏流，同时气液两相存在较大的温度梯度。流体如果直接喷到顶部分配盘上，会产生强大的冲击力，影响顶部分配盘的物流分布效果，进而影响到顶部分配盘下方催化剂床层的物流分布效果及催化剂利用率，缩短催化剂的使用寿命，迫使反应器过早停工。因此，为减缓反应器入口高速物流对顶部分配盘的冲击并将流体尽可能均匀分散到整个顶部分配盘，同时使气液两相产生预混合以消除温度梯度，一般在反应器入口处设置物流扩散器。近年来加氢装置处理量不断增加，加氢反应器的规模趋于大型化，因此对物流扩散器的性能及其设计提出了更高的要求。

[0003] 《加氢处理工艺与工程》(李大东主编，2004年出版，第797页)的第五章加氢工程与设备所提及的入口扩散器为美国联合油公司加氢反应器的入口扩散器。入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件，它的作用是，(1)将进入的介质扩散到反应器的整个截面上，(2)消除气液介质对顶分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；(3)通过扰动促使气液两相混合；该入口扩散器是一种双层多孔板结构，两层孔板上的开孔大小和疏密不同。反应介质在上部锥形体整流后，经两层孔的节流、碰撞后被扩散到顶部分配盘上。研究表明该结构在多孔板下液量很集中、气 液物流混合效果有限，适用于小型加氢反应器；这种扩散器的应用效果良好，目前国内设计的加氢反应器大多采用这种形式。工业应用表明在大直径加氢反应器内会造成偏流而导致顶部床层入口径向温差偏大。 [0004] 专利US4788040提出的一种入口扩散器，带有一个上小下大的锥形入口导管，正对入口导管的下端设置了一个变流圆锥体，在变流圆锥体侧面设有多个飞溅板。气液两相介质从入口导管内流出后，在变流圆锥体和多个飞溅板的共同作用下，液体发生偏转，分配到下方的分配盘上。该入口扩散器的优点是结构简单，缓冲效果也较好；缺点是：在变流圆锥体和多个飞溅板的共同作用下，液体发生偏转的方向和发生偏转后各个方向的液相量难以控制，因此液相偏流程度较大，液相沿径向分配的峰值也较高。

[0005] 专利CN 100340331C提出的一种入口扩散器，由外筒体、底板、盖板、内外锥筒构成，内锥筒和外锥筒之间形成环隙，内锥筒与外锥筒的锥形壳体上开设螺旋线型导流口。在由盖板和底板构成的挡板处流体流向发生改变并得以缓冲流体冲力，气相物流进入内锥筒并通过导流口向环隙喷射，液相物流进入环隙并通过外锥筒导流口向反应器内喷射。因气液分流，存在气液物流混合效果差的缺点。

[0006] 专利CN 201042663Y提出的一种入口扩散器，由内外两个圆筒组成，在内圆筒上部开有数个V型缺口，内圆筒顶部盖板边缘处相应也有数个缺口槽，内圆筒底部有一条型或多孔型分液板，以利流体分散。该结构也存在气液物流混合效果差的缺点。 [0007] 综上所述，目前使用的入口扩散器主要存在以下两个缺点：(1)气液物流混合时间短，混合不充分。(2)对于反应器直径较大的情况，入口扩散器很难将物料均一地分散至整个顶部分配盘，物流偏流影响了分配盘的物流分配性能。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种用于流体在进入加氢反应器，能使气液两相充分混合、减缓冲力并均匀分散流体的物流混合分散设备。

[0009] 本发明提供的物流混合分散设备由同心设置的圆柱形筒体1、漩涡混合室2、提升管3和整流板4组成，所述的圆柱形筒体1由顶盖板5、圆筒8及圆筒体底板9组成，其中顶盖板5有中央开孔6，漩涡混合室2位于圆 柱形筒体1的内部，顶盖板5的下方，漩涡混合室2的下方为提升管3，提升管3的底部与圆筒体底板9连接，整流板4位于圆柱形筒体1的下部，通过筋板17连接于圆筒体底板9下方。

[0010] 本发明提供的物流分散设备中，所述的圆柱形筒体1由顶盖板5、圆筒8及圆筒体底板9组成，其中，圆筒8的直径略小于反应器入口内径，圆形顶盖板5的直径略大于反应器入口内径，圆柱形筒体1的圆筒8外部、顶盖板5下方设有定位板7。所述的顶盖板5的中央设有开孔6，开孔6的直径为反应器入口直径的1/5～2/3。

[0011] 本发明提供的气液物流混合分散设备中，所述的漩涡混合室2由混合室筒体和内部设置的多个呈轴向对称的折流板10组成(如图1、图3所示)。所述的混合室筒体外径小于圆柱形筒体1的内径。漩涡混合室2位于圆柱形筒体1的内部，设置于顶盖板5下方、提升管3上方。

[0012] 所述的折流板10的正投影形状为V型、W型或S型，优选为V型。相邻的两块折流板之间的间隙为折流板狭缝，折流板狭缝和折流板长度的比值为1∶3～15。 [0013] 本发明提供的物流混合分散设备中，所述的提升管3由提升管泡冒12及设置于其内的下圆筒14组成，提升管泡冒12上均布条缝13，与漩涡混合室2底部相连，与圆柱形筒体的底板9之间有空隙；下圆筒14位于圆筒体底板9中央、与圆柱形筒体的底板9相连，下圆筒14底部设数个溢流孔15，其上部与漩涡混合室底板11之间留有空隙。 [0014] 本发明提供的物流混合分散设备中，所述的整流板4通过筋板17连接于圆柱形筒体1的下方，整流板4为开有多个整流孔的多孔筛板或旋流分散板，优选为旋流分散板。 [0015] 本发明提供的物流混合分散设备具有以下优点：

[0016] 气液物流经过漩涡混合室内旋涡折流板时产生高速旋流，液体在狭缝内被气体破碎为小液滴；气液混合物流经过漩涡混合室时产生径向射流，可迅速消除物流的入口垂直能量且有利于防止物流偏流或短路。物流经过提升管时液相被气相抽吸携带，利用气相提升技术的高换热性能强化气液相物流混合；物流经过提升管时，经过泡冒上的条缝产生旋流以进一步强化气液相物流混合效果。提升管下方的整流板将物流垂直能量耗散。因此，物流经过本发明提供的物流混合分散设备，经过旋涡折流、气相提升及旋 流分散，可将高速气液物流完成气液两相充分混合、减缓流体冲力并均匀分散流体。本发明提供的气液物流混合分散设备不仅可以安装在加氢反应器入口，还可用在加氢反应器内相邻催化剂床层间，用于气液两相物流的混合和初始分配；还可用于物流混合过程以达到流体温度或浓度的均一场合。

附图说明

[0017] 图1为竖条缝提升管-筛孔板物流混合分散设备的主视图；

[0018] 图2为斜条缝提升管-旋流板物流混合分散设备的主视图；

[0019] 图3为带有折流板的漩涡混合室的结构示意图；

[0020] 图4为提升管的圆形外筒条缝形状结构示意图；

[0021] 图5为多孔筛板结构示意图；

[0022] 图6为旋流分散板结构示意图；

[0023] 图7为实施例中氧解析效率E随气相质量流量的变化关系曲线； [0024] 图8为实施例中物流混合设备中液量沿测点分布曲线图；

[0025] 图9为现有技术加氢反应器中的入口扩散器。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明提供的气液物流混合分散设备予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。

[0027] 图1为一种带有竖条缝的提升管和整流板为筛孔板结构的物流混合分散设备的主视图，由图可见该物流混合分散设备由圆柱形筒体1、漩涡混合室2、提升管3及整流板4组成，漩涡混合室2、提升管3及整流板4与圆柱形筒体1同心。圆柱形筒体1由顶盖板5、圆筒8及底板9组成，其中顶盖板5中央开圆孔6，圆筒8外部、顶盖板5下方设有定位板7。折流板10位于顶盖板5下方、圆板11上方，顶盖板5、折流板10及圆板11组成漩涡混合室2。位于漩涡混合室2下方的提升管3由均布条缝13的泡冒12及下圆筒14组成，泡冒12与圆板11相连、与底板9留有空隙，下圆筒14位于底板9中央、与圆板11留有空隙，下圆筒14底部设数个溢流孔15。整流板4通过筋板17连接位于提升管3下方，整流板4为开有多 个整流孔16的多孔筛板。

[0028] 图2为斜条缝提升管-旋流板物流混合分散设备主视图，由图2可见，该物流混合分散设备由圆柱形筒体1、漩涡混合室2、提升管3及整流板4组成。所不同的是，泡冒12上的条缝13为螺旋形，整流板为由多个折流片组成的旋流分散板。提升管泡帽采用螺旋形条缝可为气液混合物混合提供更长的混合时间，同时使物流经过提升管产生旋流以进一步强化气液相物流混合效果。

[0029] 本发明提供的物流混合分散设备中，顶盖板中央开孔直径为反应器入口直径的1/5～2/3。

[0030] 本发明提供的气液物流混合分散设备中，所述的漩涡混合室2位于顶盖板5下方、提升管3上方，漩涡混合室2外径小于圆柱形筒体1的内径，其内部设置多个呈轴向对称的折流板10。

[0031] 所述的漩涡混合室2内折流板的结构为V型或W型或S型，优选为V型(如图3所示)。本发明提供的气液物流混合分散设备中，折流板长度约为折流板狭缝3～15倍。 [0032] 提升管位于漩涡混合室正下方，且提升管带条缝的圆形外筒外径与漩涡混合室外径相当。

[0033] 本发明提供的物流混合分散设备中，所述的提升管3由均布条缝13的上泡冒12及设置于其内的下圆筒14组成，泡冒12与漩涡混合室2底部相连，与圆柱形筒体的底板9之间有空隙；下圆筒14位于圆筒体底板9中央、与圆柱形筒体的底板9相连，与漩涡混合室底板11之间留有空隙，下圆筒14底部设数个溢流孔15。下圆筒14的外径小于带条缝的泡冒12的内径且同心设置。

[0034] 提升管位于漩涡混合室正下方，且提升管带条缝的圆形外筒外径与漩涡混合室外径相当。

[0035] 本发明提供的气液物流混合分散设备中，提升管的内置中空圆筒外部设置多个螺旋上升的导流片，中空圆筒底部开有2～8个溢流孔，以防止停工时物流滞留在圆柱形筒体底部。

[0036] 本发明提供的气液物流混合分散设备中，提升管的圆形外筒条缝位于圆形外筒底部，条缝为矩形或△形或梯形或螺旋形，优选为螺旋形(如图4所示)。

[0037] 本发明提供的物流混合分散设备中，所述的整流板4通过筋板17连接于圆柱形筒体1的下方，整流板为多孔筛板或旋流分散板。所述的多孔筛板可为平面形或锥形筛板，筛板上开孔形状为圆形或条形孔，优选为呈轴向对称、放射性分布的条形孔或圆孔16(如图5所示)。

[0038] 所述的旋流分散板由多个折流片组成，折流片向下倾斜一定角度，折流片为流线型或V形，优选为V形。图6为旋流分散板的示意图，整流板4为旋流分散板，均布多个向下倾斜的V形折流片18及圆孔16。整流板的结构优选为旋流分散板，当气液物流由提升管进入下方的整流板时，将物流垂直能量耗散，旋流分散板更有利于促使物流在旋流过程中均匀分散，同时也可有效减小压降。

[0039] 本发明提供的气液物流混合分散设备工作过程为：加氢反应器入口的高速气液混合物流由顶盖板5上的圆孔6进入漩涡混合室2，气液混合物流在漩涡混合室2内被旋涡折流板10折流产生高速径向旋流喷至圆筒8并向下流动至底板9，液体在旋涡折流板狭缝内被气体破碎为小液滴。底板9上的液相被气相抽吸经过泡冒12及下圆筒14组成的环隙提升至下圆筒14的顶部，并向下喷射至整流板4。喷射至整流板4的液相经过整流后以雾化流的状态向下均匀分散到顶部分配盘上，同时将物流垂直能量耗散以缓解物流对顶部分配盘的冲击。

[0040] 气液混合物流经过漩涡混合室时产生径向射流，迅速消除物流的入口垂直能量且有利于防止物流偏流或短路。物流经过提升管时液相被气相抽吸携带，利用气相提升技术的高换热性能强化气液相物流混合；提升管泡帽采用螺旋形条缝可为气液混合物混合提供更长的混合时间，同时使物流经过提升管产生旋流以进一步强化气液相物流混合效果。提升管下方的整流板将物流垂直能量耗散，旋流分散板更有利于促使物流在旋流过程中均匀分散，同时也可有效减小压降。因此，本发明提供的气液物流混合分散设备用于气液两相物流混合分散，可满足高速气液物流在进入加氢反应器时，完成气液两相充分混合、减缓流体冲力并均匀分散流体的要求。

[0041] 下面的实施例和对比例将对本方法予以进一步的说明，但并不因此限制本发明。 [0042] 实施例1

[0043] 实施例1说明本发明提供的气液物流混合分散设备的混合效果。 [0044] 试验方法：采用本发明提供的气液物流混合分散设备，结构如图2所示，以水和空气作为模拟介质、在直径为1000mm的冷模试验装置内进行。经计量的空气与富氧水一起通过气液物流混合分散设备进行氧脱吸，采用溶解氧分析仪在线检测气液物流混合分散设备进出口水中溶解氧浓度C入、C出，查表得出试验条件下氧气在液相中平衡浓度Ce，按照下面的算式计算氧解吸效率，分析气液物流混合分散设备进出口液相氧含量变化，所得结果见图7。

[0045] 氧解吸效率计算方法：

[0046] 氧解吸效率：

[0047] C入——气液物流混合分散设备入口液相氧浓度，μg/ml

[0048] C出——气液物流混合分散设备出口液相氧浓度，μg/ml

[0049] Ce——试验条件下氧气在液相中平衡浓度，μg/ml

[0050] 对比例1

[0051] 对比例1说明现有技术中的气液物流混合分散设备的混合效果。 [0052] 采用如图9所示的入口扩散器，该入口扩散器为《加氢处理工艺与工程》(李大东主编，2004年出版，第797页)第五章加氢工程与设备中的加氢反应器中介绍的入口扩散器，为现有技术中广泛应用的入口扩散器。记为入口扩散器A，该入口扩散器是一种双层多孔板结构，两层孔板上的开孔大小和疏密不同。反应介质在上部锥形体整流后，经两层孔的节流、碰撞作用被扩散到顶部分配盘上。

[0053] 试验和计算方法同实施例1，结果见图7。

[0054] 实施例2

[0055] 实施例2说明本发明提供的气液物流混合分散设备的分配效果。 [0056] 采用本发明提供的气液物流混合分散设备结构如图2所示。以水和空 气作为模拟介质、在直径为1000mm的冷模试验装置内进行。经计量的空气与富氧水气液两相经过预分配、混合后并流进入气液物流混合分散设备进行流体的分配，在气液物流混合分散设备的下方采用三维同步多点测液装置进行液相采样计量得到液量沿测点分布曲线，绘制液相分配曲线，结果见图8。

[0057] 对比例2

[0058] 对比例2说明现有技术中的气液物流混合分散设备的分配效果。 [0059] 采用入口扩散器A进行试验，试验方法同实施例2，结果见图8。 [0060] 由实例及对比例可知，由图7可见，与现有技术相比，采用本发明提供的气液物流混合分散设备的氧解析效率提高约9％，表明本发明提供的气液物流混合分散设备的物流混合传质效果更好，由于混合传热机理类似于混合传质机理，则其传热效果也更好。由图8可见，现有技术中的入口扩散器液相分配曲线呈三峰分布、而且峰值非常高，说明物流分配不均，不利于其下方顶部分配盘的稳定工作。本发明提供的气液物流混合分散设备的液相分配曲线比较平缓、基本没有峰值，分配效果要明显好于现有技术中广泛采用的入口扩散器。