CN100386140C - 一种曝气式冷氢箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝气式冷氢箱。包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫组件、环流箱、导流管、混合箱、气体收集分配器和锥体；冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，冷却盘上靠近边缘处开设两个对称的导流孔，液封迷宫组件连接在鳞片式冷却盘及布氢箱底板上，与布氢箱侧壁形成液封、排液结构；环流箱设置在冷却盘下面，内设若干个气体收集分配器；混合箱设置在布氢箱下面，中间设节流管，节流管的下方设置锥体。与现有技术相比，本发明冷氢箱将冷、热介质多次直接混合，并均匀分布，从而提高换热效率，同时具有结构简单、体积小、安装方便、气液相分布均匀等特点。适用于用冷气相降低热液相的混合过程，如加氢反应过程。

Description

一种曝气式冷氢箱

技术领域

本发明涉及一种冷氢箱，属于气液混合、换热设备领域，适用于温度不同的气液两相间的换热，尤其是一种用于加氢反应器内热的液相和气相与冷氢进行混合、换热的设备。

背景技术

加氢反应属放热反应，特别加氢裂化反应过程放热更多。因此，对于多床层加氢反应器来说，油和氢气在上一床层反应后温度升高，为了下一床层继续加氢反应的需要，就必须采用中间加入冷氢的方式来控制温度，即用冷氢降低反应物料温度。由于加氢反应多为高温、高压工况，靠增加冷氢输入量或增加空间，都会大大增加设备投资和运作成本。因此，冷氢与热的反应物料必须进行充分的混合，获得较好的换热效率，以便减少内件空间，提高反应器使用效率，使下一床层可得到更均匀的温度和物料分布。随着加氢技术的进步，反应器越来越庞大，在催化剂床层径向截面上换热不均匀会导致物料温度分布不均匀，径向截面上的温度分布出现差异，即出现局部过热，甚至会导致催化剂结焦，不但损害催化剂的性能，反应器还出现偏流现象，从而大大降低催化剂的使用周期，同时还引起反应器的操作波动。因此，冷氢和高温反应物料高效均匀换热，使下一床层得到更均匀的床层径向截面上的温度和物料分布是充分发挥催化剂性能以及装置平稳运行的前提。

加氢反应器中冷氢箱的主要结构型式有：蜂窝管式、歧管式、带齿盒式、绕流式、旋叶式、带折流式以及抽吸式，其中最常用的是抽吸式冷氢箱。上述结构型式都存在或多或少的缺点或不足，主要体现在混合效果不佳、换热效率低、压降大、再分布差等。专利CN2448440Y公开了一种旋流式冷氢箱，该冷氢箱由冷气管、档板、半圆形混合通道、切向导流管、混合箱构成。专利CN2294771Y公开了一种急冷混合器，该急冷混合器由冷气管、物流导向盘、环形节流板、物流分散盘、弧形混合槽、隔板、物流导向板构成。专利CN2167776Y披露了一种并流向下的气液混合急冷箱，该混合急冷箱由上塔盘、中间混合箱和下筛孔板构成。专利US3723072披露了一种急冷箱，该结构为高温物流通过一环形截面流入急冷箱，冷氢导入中心区域的四周开设若干小孔的圆形箱体内，急冷箱与中心区域的四圆形箱间有圆环形混合箱，高温物流与冷氢相向而入，在此完成混合、换热，底面设筛板，用于分布物流。专利US3880961披露了一种急冷箱，该结构为设置锥形受液盘及冷氢管，冷热相从受液盘的小孔进入混合箱，然后从混合箱的侧壁条缝进入筛板分配盘。专利US3787189披露了一种急冷箱，该结构为在一隔板(盘)上凸、下吊的带叶片的急冷箱，上下两层叶片弯曲方向相反。专利US3502445披露了一种急冷箱，该结构设置两个对称的梯形冲击箱，利用折流、喷溅实现冷热物流换热。

上述冷氢箱设置各种结构目的是：延长冷热物流流动路程，便于延长接触时间，或扰动物流，增加接触面积，从而实现冷热物流的换热。但这些冷氢箱主要采用冷物流与热物流并流动方式，因为冷物流是气相，热物流主要需被冷却的部分是液相，并流方式不易使气、液两相充分换热，特别是液相可能产生温度不均匀的现象，换热效率和均匀性需进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明将冷、热物流进行直接混合，并均匀分布，从而提高换热效率，缩短混合、换热时间，达到减小冷氢箱所占空间的目的。

本发明曝气式冷氢箱包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫组件、环流箱、导流管、混合箱、气体收集分配器及锥体组合而成。冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，冷却盘上靠近边缘处开设两个或几个对称的导流孔(一般可以设2～4个)，液封迷宫组件连接在鳞片式冷却盘及布氢箱底板上，与布氢箱筒体形成液封排液结构。环流箱设置在冷却盘下面布氢箱外侧，由隔板隔为两部分或几部分(与导流孔数量对应)，每部分物料进口与冷却盘导流孔对应，每部分通过导流管与混合箱相通，每部分内设若干个气体收集分配器。混合箱设置在布氢箱下面，中间设节流管，节流管的下方设置锥体。

本发明曝气式冷氢箱各部件具体结构如下：冷氢分布器呈直管、环管状或耙状结构，其下表面或侧面均匀开设若干个小孔。鳞片式冷却盘上开设两个或几个对称的导流孔，导流孔最好为长方形，在冷却盘上设置若干个鳞片式折流板，其形状为U型、倒置V型、矩形、半圆形或其它几何形状，边缘均匀分布若干个小齿，开设的缝隙正对相近的导流孔。布氢箱设置在鳞片式冷却盘的下面，由筒体和底板构成，在筒体的上部、位于鳞片式折流板上的导流孔处开设流体通道，底板适宜位置开设若干放净孔。设置液封迷宫组件，液封迷宫组件由内环、外环及布氢箱筒体构成，外环连接在鳞片式冷却盘的下面、置于布氢箱内部，其底沿与布氢箱的底板存在间隙；内环连接在布氢箱底板上，其上沿与鳞片式冷却盘存在间隙，内、外环呈同心圆布置。液封迷宫组件可是整体环形，也可以仅在流体通道处设置。设置环流箱，环流箱由布氢箱筒体、冷却盘、环流箱底板和冷氢箱筒体构成的环形流体通道，流体通道内设置若干个气体收集分配器构成，气体收集分配器由布气板、折流板、底板和侧板组成，并形成一端开口的空间，布气板呈U型，在两翼上开设若干个小孔，孔的直径为∮0.5mm～∮30mm。设置呈弧形的导流管，构成环流箱与混合箱间的物流通道；混合箱由筒体和底板构成，节流管置于混合箱内，在节流管的下方设置锥体。

本发明通过设置冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱及液封迷宫组件，构造了冷氢输入和分布所需的空间和场所；鳞片式冷却盘上设置若干个鳞片式折流板，其缝隙构成冷氢分布通道，盘面为液相的聚集及流动场；设置液封迷宫组件，该液封迷宫组件外环的底沿及内环的上沿存在间隙，构成冷氢箱集液***通道；设置环流箱，导流管、混合箱及节流管，构造冷热两相多次再混合的场所；设置锥体，实现液相的初分布。通过上述可以看出，本发明通过设置上述构件，将冷、热介质直接混合，并反复混合、换热，提高换热效率。本发明冷氢箱适用于热的液相和冷氢进行混合、换热。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为俯视图。

图3为气体收集分配器的结构示意图。

图4为气体收集分配器的俯视图。

图5为气体收集分配器的A-A剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。如图1～5所示，本发明的结构由冷氢分布器1、鳞片式冷却盘2、布氢箱6、液封迷宫组件、环流箱5、导流管7、冷氢箱筒体8、混合箱10、气体收集分配器9及锥体11组合而成。

冷氢分布器1设置在布氢箱6的内部，呈直管、环状或耙状结构，其下表面或侧面均匀开设若干个小孔。布氢箱6由筒体和底板构成，位于鳞片式冷却盘2下面，筒体和鳞片式冷却盘密封连接；在筒体的上部、位于鳞片式折流板上的导流孔处，开设任何几何形状的流体通道，其高度不大于布氢箱高度的1/2；底板边缘处或其它适宜位置开设若干放净孔，孔径一般为0.5～5mm，用于排净冷氢箱内可能存在的液体；布氢箱的底板呈圆形平整板形、外沿低的阶梯形或外沿向下倾斜。设置鳞片式冷却盘2，该盘上开设两个呈轴向对称的导流孔，并在适当的区域里设置若干个鳞片式折流板；鳞片式折流板呈U型、倒置V型、矩形、半圆形或其它几何形状，其边缘均匀分布若干个齿，齿形呈V型、半圆形或其它几何形状，鳞片式折流板与鳞片式冷却盘面的夹角为0.5～10°优选为2°；开设的缝隙均面对相近的导流孔，即若干个鳞片式折流板呈扇形排布。液封迷宫组件由外环4、内环3、布氢箱筒体构成；外环4连接在鳞片式冷却盘2的下面、置于布氢箱内部，其底沿与布氢箱的底板存在间隙；内环3连接在布氢箱底板上，其上沿与鳞片式冷却盘存在间隙；上述两处间隙的结构为环形或其它任何几何形状；其结构为其它任何几何形状时，数量若干，呈规则或不规则排列，其间隙高度均不大于布氢箱高度的1/3。内环3的高度一般可以是布氢箱筒体高度的1/10～9/10。环流箱5内设置若干个气体收集分配器9，气体收集分配器9呈规则或不规则排列，排列方向为同向，与鳞片式冷却盘的夹角为1～90°。气体收集分配器9由布气板12、折流板14、底板13和侧板15组成；其布气板12呈U型，在两翼上开设若干个小孔，孔的直径为∮0.5mm～∮30mm，优选为8mm；其折流板14呈U型，与布气板平行或开口端间距大于连接端的间距，但两者间成锐角；其底板13与布气板、折流板、底板和侧板的连接为密封连接；其侧板15呈U型，与布气板、折流板、底板和侧板为密封连接。底板与布气板、折流板一端密封连接，底板和侧板的连接为密封连接，布气板和折流板另一端为开口结构。气体收集分配器上部与环流箱顶部(即冷却盘)、以及气体收集分配器的两侧与环流箱两侧面密封联接，底部与环流箱底部设适宜空隙，开口端向着流体流动方向。上述布气板、折流板、侧板也可以是其它各种适宜形状。导流管7连通环流箱与混合箱，呈弧状且为螺旋下降式结构，混合箱10由筒体和底板构成，节流管置于混合箱的内部中心位置，其高度低于混合箱的筒体高度。在混合箱、节流管的下方设置锥体11。上述结构和参数不构成对本发明的限制，具体结构和参数可以根据设备规模和流体的性质及操作要求由本领域一般知识设计确定。

工作时，液相自上一催化剂床层滴落至鳞片式冷却盘上，并形成较均匀分布、有序流动的液层，冷氢自反应器外通过冷氢分布器输入到布氢箱内，在气体压力的作用下充满布氢箱，冷氢通过鳞片式冷却盘与鳞片式折流板间的缝隙吹入到鳞片式冷却盘上流动的液层里，由于鳞片式折流板的边缘开设均匀分布若干个齿，冷氢通过齿间时形成一串串的气泡，如同曝气一般，气泡穿过液层，与液相混合，进行换热过程。鳞片式折流板的翘起，扬起流经此处的液相，利于冷氢完成碎流动作，便于气液充分混合。由于在整个反应器截面上分布了若干个鳞片式折流板，而且鳞片式折流板的布置与液相流动的方向一致，这种曝气式的气液混合会在流体流出鳞片式冷却盘之前会进行若干次，所以，气液两相有了充分混合的机会，换热效率高。气液两相混合后经鳞片式冷却盘上的导流孔进入环流箱时，由于节流作用在导流孔处气液两相流速增大，便于液相碎流，完成再混合过程。在环流箱内设置若干个气体收集分配器，冷氢流经该气体收集分配器时，被重新收集，并利用布气板开设的若干小孔进行重新分布，由于气体收集分配器半潜液相中，重新分布的冷氢形成一串串的气泡，如同曝气一般，重复了混合过程。气液两相流经呈圆弧形导流管时，形成旋转流态，进入混合箱后形成漩涡，产生抽吸现象。气液流体流经节流管，因节流产生高流速，喷至锥体时不但完成气液混合，还实现初分配功能。经过鳞片式冷却盘的若干次曝气式混合、换热，鳞片式冷却盘导流孔处的碎流、混合，环流箱内的气体收集、分配器里的混合、换热，混合箱内因抽吸引起的混合、换热以及锥体引起的混合、换热等多个过程，大大提高了换热效率。

Claims (9)

1.一种曝气式冷氢箱，其特征在于包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫组件、环流箱、导流管、混合箱、气体收集分配器和锥体；冷氢分布器设置在布氢箱内，布氢箱上面设置鳞片式冷却盘，冷却盘上靠近边缘处开设两个或几个对称的导流孔，液封迷宫组件连接在鳞片式冷却盘及布氢箱底板上，与布氢箱筒体形成液封排液结构；环流箱设置在冷却盘下面布氢箱外侧，由隔板隔为两部分或几部分，每部分物料进口与冷却盘导流孔对应，每部分通过导流管与混合箱相通，每部分内设若干个气体收集分配器；混合箱设置在布氢箱下面，混合箱内部中心位置设置节流管，节流管的下方设置锥体；所述的液封迷宫组件由内环、外环及布氢箱筒体构成，外环连接在鳞片式冷却盘的下面、置于布氢箱内部，其底沿与布氢箱的底板存在间隙；内环连接在布氢箱底板上，内环上沿与鳞片式冷却盘存在间隙；内、外环呈同心圆布置。

2.按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的冷氢分布器呈直管、环管状或耙状结构，其下表面或侧面均匀开设若干个小孔。

3.按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的鳞片式冷却盘上设置若干个鳞片式折流板，鳞片式折流板形状为U型、倒置V型、矩形或半圆形，边缘均匀分布若干个小齿，开设的缝隙正对相近的导流孔。

4.按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的布氢箱由筒体和底板构成，在筒体的上部、位于鳞片式折流板上的导流孔处开设流体通道，底板适宜位置开设若干放净孔。

5.按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的环流箱是由布氢箱筒体、冷却盘、环流箱底板和冷氢箱筒体构成的环形流体通道，流体通道内设置若干个气体收集分配器，气体收集分配器由布气板、折流板、底板和侧板组成，并形成密闭空间，布气板呈U型，在两翼上开设若干个小孔，小孔的直径为∮0.5mm～∮30mm。

6.按照权利要求1所述的冷氢箱，其特征在于所述的混合箱由筒体和底板构成，节流管置于混合箱内，在节流管的下方设置锥体。

7.按照权利要求3所述的冷氢箱，其特征在于所述的鳞片式折流板与鳞片式冷却盘面的夹角为0.5～10°，开设的缝隙均面对相近的导流孔。

8.按照权利要求5所述的冷氢箱，其特征在于所述的环流箱内的气体收集分配器呈规则或不规则排列，排列方向为同向，与冷却盘的夹角为1～90°。

9.按照权利要求5所述的冷氢箱，其特征在于所述的折流板呈U型，与布气板平行或开口端间距大于连接端的间距，两者间成锐角；底板与布气板、折流板一端密封连接，底板和侧板的连接为密封连接，布气板和折流板另一端为开口结构；气体收集分配器上部与环流箱顶部密封联接，底部与环流箱底部设适宜空隙，开口端向着流体流动方向。

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