CN104667831A - 滴流床反应装置气液分布器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滴流床反应装置气液分布器，主要包括水平板、帽罩组合结构、进液孔、布液罩、布液管、布液挡板、布液罩底边；水平板上均布若干帽罩组合结构，帽罩组合结构为内层帽罩嵌入水平板内，内层帽罩外设外层帽罩，内层帽罩、外层帽罩均开有若干筛孔；内层帽罩设置进液孔，进液孔处对应设安装布液挡板，布液挡板下部设置布液罩，布液罩上设置筛孔；与进液孔对应的位置设布液挡板；布液罩的底部设置若个布液管。本发明能够使气液充分接触,液体在筛孔区流动被气体带动分散、喷射，同时一部分流到布液罩底二次分布，具有操作弹性大、阻力低、布液效果好、抗堵塞、水平度要求低等优点。

Description

滴流床反应装置气液分布器

技术领域

本发明涉及一种滴流床反应装置气液分布器，具体为一种固定床反应器中的气液两相流分布的气液分布器，广泛应用于煤化工、炼油、石油化工、精细化工、制药、油脂等行业。

背景技术

工业上应用滴流床规模最大的是炼油工业中的加氢过程，如重油或渣油的加氢脱硫、加氢裂解以及柴油、润滑油的加氢精制等。床层中液体分布状况是滴流床反应器的重要特性参数之一，工业反应器对液体分布非常敏感，液体分布不均会引起催化剂润湿不完全，在床层形成沟流和热点等，会降低催化剂的利用效率，缩短使用寿命，并导致产品性质变差。在清洁燃料油生产过程中，采用一套好的内构件技术（ 例如气液分布器）所得到的效果决不亚于换用一种活性更好的催化剂。

众所周知，影响液体分布的因素主要有：液体预分布状况、气/液操作速度、液体性质、催化剂颗粒形状、床层直径和颗粒直径之比值以及固体颗粒和反应器材料润湿性能等。随着世界范围内环保法规定的日益严格、清洁燃料在全球的推广和应用以及未来生产超低硫柴油的要求，传统的炼油技术必须进行升级换代的技术改进。其中关键技术之一就是反应器必须有良好的液体、气体初始分布及床层间再分布以实现催化剂的最大利用率，否则不可能生产出超低硫柴油。

在催化剂床层上面，通常布置入口扩散器、分布盘、气液分布器，扩散器和分布盘的主要作用是粗分布和减少气液高速流动对气液分布器的冲击，催化剂床层正上方的气液分布器的分布器性能至关重要。对于精馏和吸收用塔器，气液逆流比较常见，常用的气液分布器有槽盘式气液分布器、排管式气液分布器、槽式液体分布器、盘式液体分布器等，这些分布器使用的工况大多液体流量相对较大，容易形成稳定、均匀的分布效果，对于气液并流的工况，既要把气液混合均匀，也要把两相同时分布均匀，同时还要具有很好的操作弹性、抗堵及抗污垢性能。

随着装置规模的扩大，反应器的直径在不断加大，气液分布越来越重要。气液分布不均会严重影响反应器操作性能，直接影响滴流床反应器的效率。评价气液分布器性能的几个重要指标包括：1、在较大的气液负荷范围内保持稳定、良好的性能；2、布液点之间距离小、数量足够多；3、对分布器水平度敏感性低；4、压降小；5、不容易被堵塞；目前国内外所用的分配器有多种形式：液流式分配器、筛板式分配器、烟囱式分布盘、长短管分配器、斜口管分配器、V型缺口分配器、泡罩式分配器、气举式分配器等，这些分布器在操作弹性、抗堵性能方面不断改进，但是仍然有提高的空间；在布液点的数量、密度增加方面仍然有不足。面对装置不断大型化的趋势，在气液均匀分布的前提下，如何使气液形成喷射状态成为研究开发的热点。

文献US4708852 介绍了一种滴流床反应器。此反应器包括一进口预分布器，一气液分布器，瓷球床层，催化剂床层。该文献的气液分布器采用开孔波纹板的结构，在波谷内保持一定的液位，谷底、谷坡、峰顶都开孔，液体从谷底的孔以及处于液面下的谷坡上的孔穿出，形成横向流，而气体则从峰顶和处于液面之上的谷坡的孔穿过。气体与液体在波纹板下方接触，提高企业分布均匀性。此气液分布器能够提供气液在不同角度的分布均匀性，但谷中的液位不能控制，如果初始气体或液体分布不均匀，则此气液分布器难于形成均匀的谷内液位，达不到均匀分布的目的，反应器内部滴流效果不佳，影响滴流床反应器的反应效率。

中国专利CN101279229A公布了一种滴流床反应器，在分布板上安装有气体通道管和液体通道管，气体通道管由圆锥顶盖和直立短管组成，液体通道管为垂直短管，垂直短管的上端伸出分布板上方10-100毫米，下端伸出分布板下方200-1000mm，在沿轴向不同位置的横截面上均匀地开有小孔。CN103212345A公布了一种悬空结构的气液分布器，分布器由外管和内管组成，外管和内管靠支撑板连接，外管通过盖板使其顶端封闭，外管壁上开有作为气液流体入口的孔道，外管为支撑管，安装在分布器塔盘上，内管为悬空结构，其下部里塔盘的距离为30-50毫米，通过支撑板安置在外管上；支撑板为内管与外管之间的一块环形板，将内管固定，使其为悬空结构，并阻止流体沿内管与外管之间的环隙向下流动。此分布器的缺陷在于属于适合低压、大气液比工况条件下的应用，对于高压反应装置，大多数情况下气体的动能较低，无法很好地实现抽吸功能和喷射分散功能。

上述滴流床反应器的气液得到一定程度的均布，但是气液相互作用较少，液体分布主要是小流股集中流动，无法以液滴状态喷洒，进而液体在催化剂床层的初始理想均布无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的滴流床反应装置气液分布器，可以克服已有技术的缺陷。本发明基于若干帽罩组合、液体多级均布设计，提供一种成本低，结构简单，分布效果好的滴流床反应装置气液分布器。

本发明提供的气液分布器主要包括水平板、帽罩组合结构、进液孔、布液罩、布液管、布液挡板、布液罩底边；水平盘上均布若干帽罩组合结构，帽罩组合结构为内层帽罩嵌入水平板内，内层帽罩外设外层帽罩，内层帽罩、外层帽罩均开有若干筛孔，内层帽罩无顶盖，外层帽罩有顶盖；内层帽罩在靠近水平板的位置，内层帽罩设置若干进液孔；布液挡板下部设置布液罩，布液罩上设置筛孔；内层帽罩的底部距离水平板的高度设置进液孔，进液孔对应的位置设置布液挡板；布液罩的底部设置若个布液管（例如至少3个），减少了布液罩中心部位的干点，有利于液体的均匀滴落。

所述的布液罩的内安装3-12个布液管。所述的布液管为直管、弯管或者是二者的组合。

所述的内层帽罩和外层帽罩均为立式垂直筛板。

所述的布液罩底边为锯齿式底边。锯齿沿圆周分别向内和向外打开，角度为30-60°，有利于从布液罩外壁滑落的液体的分散和均匀滴落，使气液充分混合并达到均匀分布的效果。

本发明提供了新型的滴流床反应装置气液分布器按照常规安装方式安装（包括支撑梁、卡子、螺栓及压板等安装在滴流床反应器中）。

本发明提供的滴流床反应装置的气液分布器可以直接应用于蓖麻油加氢的工艺，取得优异的效果。本发明同样广泛应用于煤化工、炼油、石油化工、精细化工、制药、油脂等领域。

本发明突出的实质性优点和效果描述如下：

1、本发明能使气液体分布达到良好效果，阻力降较小，可以控制在150Pa—300Pa范围内，布液点密、分布均匀，减少无液区，从而提高催化剂床层的效率，减少局部热点。

2、本发明采用液体多级均布，考虑到了多种气液流动和相互作用模式，气液的操作弹性更大。

3、本发明由于液体分布主要靠液层压力，因而对于分布器安装的水平度要求更低，放大效应更小。

4、本发明内层帽罩和外层帽罩均为垂直筛孔，抗堵性能更高，适合于液体性质较为恶劣的工况。

5、本发明易于安装、拆卸方便。

总之，本发明可以克服已有技术的缺陷。本发明基于若干内外帽罩组合、液体喷射分散、布液管二次分均布、液体滴式分配的设计理念，提供了一种阻力低、抗堵塞、成本低，结构简单，分布效果好的滴流床反应装置气液分布器，应用广泛，具有巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1A为本发明气液分布器结构示意图。

图1B为图1A所示气液分布器的进液孔局部气液状态流向示意图。

图1C为本发明气液分布器在反应器中安装位置及总体结构剖面示意图。

图1D为本发明气液分布器中布液罩、布液管与导流板空间位置，按照图1C E-E剖面示意图。

图2A为文献US4708852滴流反应器示意图。

图2B为图2A所示的滴流反应器的气液分布器的气液状态流向示意图。

图3A为国内现行的滴流床反应器示意图。

图3B 为图3A所示滴流床反应器的气液分布器的气液状态流向示意图。

具体实施方式

    下面结合具体实施例与附图进一步详细阐述本发明。实施例中未注明具体条件的实验、测试方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件；所用的设备、材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图所示，1、外层帽罩；2、内层帽罩；3、布液档板；4、布液罩； 5、布液管； 6、锯齿式导流板； 7、进液孔； 8、水平板；9为反应器，10为瓷球床层，11为进料口，12为催化剂床层，13为出料口； 14为文献US4708852滴流床反应器的气液分布器，15为现行滴流床反应器的气液分布器。

所述的气液分布器安装方式如图1C所示，包括外层帽罩1、内层帽罩2、布液档板3、布液罩4、布液管5、锯齿式导流板6、反应器9、进料口11。

    所述的布液罩结构如图1D所示，反应器9内设置了气液分布器，在分布器下方排布了若干布液罩4，布液罩4上连接布液管5、锯齿式导流板6。

水平板8上均布若干帽罩组合结构，帽罩组合结构为内层帽罩2嵌入水平板8内，内层帽罩2外设置外层帽罩1，内层帽罩2、外层帽罩1均开有若干筛孔；内层帽罩2在靠近水平板8的位置，内层帽罩2设置若干进液孔7，布液挡板3下部设置布液罩4，布液罩4上设置筛孔；内层帽罩2的底部距离水平板8的高度设置进液孔7，进液孔7对应的位置设置布液挡板3；布液罩4的底部设置若个布液管5（例如至少3个），减少了布液罩4中心部位的干点，有利于液体的均匀滴落。

布液罩内安装3-12根布液管。

所述的内层帽罩和外层帽罩均为立式垂直筛板，内层帽罩无顶盖，外层帽罩有顶盖;

所述的布液罩底边被加工成锯齿式导流板，每条导流板的形状可以是三角形、梯形、长条形。锯齿按照奇数和偶数分别向内和向外伸展，有利于从布液罩外壁滑落的液体的分散和均匀滴落。

所述的内层帽罩2嵌入水平板上并焊接。

所述的进液孔可为2-8个。

所述的内层帽罩2与外层帽罩1之间的距离为10-50mm。

所述的筛孔为2-9排，每排4-20个，筛孔直径为4-12 mm。

本发明提供的气液分布器的工作流程详细描述如下：

从反应器9上部落下的气液混合物落下：一部分直接落入水平盘8上，通过内层帽罩2的进液孔进入到内层帽罩2内；一部分落在外层帽罩1上面，液体通过外层帽罩1的侧壁向下滑落，与通过外层罩1的筛孔进入的气体相互作用，气液混合、横向喷射、向下流动，一部分横向喷射的气液混合物喷射到内层帽罩2上，发生二次撞击、破碎、表面更新，大部分液体落到水平盘8上，少量液体以液滴状态进入内层罩2并向下流动到布液罩4内。

设置进液孔7，使流入内层帽罩2内的液体经过（布液挡板3）导流，使得液体沿内层帽罩2下部进入到布液罩4，并沿着布液罩4的筛孔向下流动，被分成三部分下落：气体在筛孔处带动一部分液体喷射、分散而出；一部分液体沿布液罩4内壁落下；一部分液体沿布液罩4外壁滑落，流到锯齿式导流板后，液流被导引分开，形成多股液流沿着导流板的表面流动，散落到催化剂床层。

在布液罩4底部设置多管式二级液体分布器，即在布液罩4底部设计多个布液管，使落到布液罩底部的液体通过布液管5导流，从布液管5下端均匀地分布在催化剂床层上，减少无液区。

本发明提供的气液分布器的应用效果测试：

采用一级蓖麻油加氢作为性能测试的工艺，在相同的工艺参数下，用同样的反应器和催化剂，更换不同类型的气液分布器, 检测加氢后产品的碘值,既可验证分布器对气液两相的分布效果。

本发明应用于蓖麻油加氢的工艺条件：体系用氢气置换，催化剂为雷尼镍催化剂，使用量的硅藻土为载体。选择催化剂用量为2%，在1.15MPa(G)压力，反应温度为150-180℃。

 应用实施例1

按图1A、1B、1C、1D所示，初始蓖麻油的碘值大于85克 I₂/100克 Oil，氢气以氢油比等于320进入滴流床反应器，采用铜镍二元催化剂，采用硅藻土为载体，加氢反应器采用本发明的气液分布器，外层罩直径为80mm，开孔率为20%， 内层罩直径为60mm, 开孔率为15%，进液孔个数为4，直径为3mm, 布液罩直径与内层罩相同，布液罩的开孔率10%，布液罩的底部安装3个布液管 ，布液罩下端设计8个锯齿式导流板，实验证明加氢后的蓖麻油碘值为≤2.8克I₂/ 100克Oil。

应用实施例2

按图1A、1B、1C、1D所示，初始蓖麻油的碘值大于85克 I₂/100克 Oil，氢气以氢油比等于320进入滴流床反应器，采用铜镍二元催化剂，采用硅藻土为载体，加氢反应器采用本发明的气液分布器，外层罩直径为100mm，开孔率为20%， 内层罩直径为80mm, 开孔率为15%，进液孔个数为6，直径为2mm, 布液罩直径与内层罩相同，布液罩的开孔率12%，布液罩的底部安装4个布液管 ，布液罩下端设计10个锯齿式导流板，实验证明加氢后的蓖麻油碘值为≤2.3克I₂/ 100克Oil。

应用实施例3

按图1A、1B、1C、1D所示，初始蓖麻油的碘值大于85克 I2/100克 Oil，氢气以氢油比等于320进入滴流床反应器，采用铜镍二元催化剂，采用硅藻土为载体，加氢反应器采用本发明的气液分布器，外层罩直径为70mm，开孔率为20%， 内层罩直径为40mm, 开孔率为15%，进液孔个数为3，直径为2mm, 布液罩直径与内层罩相同，布液罩的开孔率15%，布液罩的底部安装3个布液管 ，布液罩下端设计6个锯齿式导流板，实验证明加氢后的蓖麻油碘值为≤2.5克I₂/ 100克Oil。

比较例1

按图2A、2B所示，初始蓖麻油的碘值大于85克 I₂/100克 Oil，氢气以氢油比等于320进入滴流床反应器，催化剂采用铜镍二元催化剂采用硅藻土为载体，采用文献US 4708852的滴流床反应器，实验证明加氢后的蓖麻油碘值为： ≤3.0克I₂/ 100克Oil。

比较例2

按图3 A、3B所示，初始蓖麻油的碘值大于85克 I₂/100克 Oil，氢气以氢油比等于320进入滴流床反应器，采用铜镍二元催化剂，采用硅藻土为载体，采用国内现行的滴流床反应器，实验证明加氢后的蓖麻油碘值为： ≤3.5克I₂/ 100克Oil。

通过试验证明，加氢后的蓖麻油碘值排序为：比较例2＞比较例1＞实施例1＞实施例3＞实施例2，进而说明分布器性能对加氢效果的影响，本发明的气液分布器的布液性能较好，同时说明对于本发明，合适的布液管的个数和锯齿式导流板的个数同样发挥着重要的作用。因此，本发明是一种阻力低、抗堵塞、成本低，结构简单，分布效果好的滴流床反应装置气液分布器。

Claims (10)

1.一种气液分布器，其特征在于主要包括水平盘、帽罩组合结构、进液孔、布液罩、布液管、布液挡板、布液罩底边；水平盘上均布若干帽罩组合结构，帽罩组合结构为内层帽罩嵌入水平板内，内层帽罩外设外层帽罩，内层帽罩、外层帽罩均开有若干筛孔，内层帽罩无顶盖，外层帽罩有顶盖；内层帽罩在靠近水平盘的位置，内层帽罩设置若干进液孔，进液孔处对应设安装布液挡板，布液挡板下部设置布液罩，布液罩上设置筛孔；内层帽罩的底部距离水平板的一定高度设置进液孔，与进液孔对应的位置设置布液挡板；布液罩的底部设置若个布液管。

2.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的内层帽罩和外层帽罩均为立式垂直筛板。

3.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的布液罩的内安装3-12个布液管；布液管为直管、弯管或者是二者的组合。

4.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的布液罩底边为锯齿式导流板，每条导流板的形状可以是三角形、梯形、长条形。

5.根据权利要求4所述的气液分布器，其特征在于所述的锯齿沿圆周分别向内和向外打开，角度为30-60°。

6.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的内层帽罩嵌入水平板上并焊接。

7.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的进液孔距离水平板的高度为5-50mm，其个数为3-12个。

8.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的内层帽罩与外层帽罩之间的距离为10-50mm。

9.根据权利要求1所述的气液分布器，其特征在于所述的筛孔为2-9排，每排4-20个，直径为4-12 mm。

10.一种如权利要求1所述的气液分布器的应用，其特征在于它应用于蓖麻油加氢的工艺。