CN106268539A - 用于沸腾床反应器的气液分布器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，包括：外管，其包括上段部和下段部，下段部的管壁上设有进气孔，上段部的管壁上设有外管开孔；内管，其内部中间位置设有变径通道，内管的下端口设有孔板，内管的上端部分的管壁上设有内管开孔，内管插设在外管的上段部内时内管与上段部组装成套管部，内管开孔与外管开孔对准设置形成过气通道；止逆球，其置于变径通道的上端，止逆球与变径通道的孔壁密封配合；以及泡帽，其套在套管部的外侧，泡帽与外管的上段部的外壁围成环形通道，泡帽的下端具有开口。该气液分布器，气液混合均匀、操作弹性大、结构简单合理、使用安全耐用。

Description

用于沸腾床反应器的气液分布器

技术领域

本发明涉及石油化工中物料分布领域，特别涉及一种用于沸腾床反应器的气液分布器。

背景技术

沸腾床工艺技术具有床层压小、反应温度均匀、无堵塞和易于取热等优点，其在石油化工和环保领域广泛应用。随着世界范围内原油重质化、劣质化的加剧，沸腾床工艺在处理粘度大、杂质多的渣油加氢领域具有巨大的优势。该工艺的基本原理为，沸腾床中的反应器内的固体催化剂颗粒处于不规则运动状态，依靠气相和液相物流自下而上的流动维持沸腾状态，使气相和液相达到较充分的接触。而在沸腾床反应器中，气液分布器是保证气体在床层中均匀分布的重要内构件，其直接影响反应器的平稳运行和反应效率。

目前，国内外沸腾床工业应用中多采用截流型气液分布器，例如美国Texaco公司的专利US4874583介绍了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，该气液分布器由泡帽、上升管、止逆球和阀芯等部件组成。具体地，泡帽为筒体形式，其底部设有条缝，上升管的上部和阀芯的中部设有流体出口，阀芯的下部设有阀座，上升管的下部为带有进气槽(为条缝形式)的气液预混合结构，上升管内设有用于气液混合的孔板混合器。这种气液分布器在使用过程中主要存在以下问题：(1)阀芯内腔顶端封闭，进入到浮起的止逆球和阀芯内腔顶部之间的气液会形成回旋流(气液向下回旋流动)，导致止逆球在气液物流中上下跳动而造成球体和阀芯的碰撞损伤；(2)止逆球处于正常浮起位置时，若气液进料突然中断或压力降低，沸腾床中的物料将从流体出口进入止逆球下方的阀芯内腔，导致止逆球因下方逆流物料瞬间压力过大而不能迅速回落至密封位置实现密封。

中国专利CN202478907公开了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，针对止逆球在气液物流中上下跳动问题和不能迅速回落至密封位置等问题进行了改进，但仍然存在以下问题：(1)上升管上中下三段的内径和壁厚各不相同，制造和组装难度大；(2)由于上升管的上口被连接板封死，管内结焦不易清洗、止逆球磨损后难以更换；(3)螺栓螺母设计在平面泡帽的顶部，位于泡帽上方的螺母部分容易被油气及催化剂颗粒附着，导致催化剂沉积和结焦严重。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于沸腾床反应器的气液分布器，其为上行式套管结构，制造简单，组装容易。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于沸腾床反应器的气液分布器，包括：外管，其包括上段部和下段部，下段部的管壁上设有进气孔，上段部的管壁上设有外管开孔；内管，其内部中间位置设有变径通道，内管的下端口设有孔板，内管的上端部分的管壁上设有内管开孔，内管插设在外管的上段部内时内管与上段部组装成套管部，内管开孔与外管开孔对准设置形成过气通道；止逆球，其置于变径通道的上端，止逆球与变径通道的孔壁密封配合；以及泡帽，其套在套管部的外侧，泡帽与外管的上段部的外壁围成环形通道，泡帽的下端具有开口。

优选地，内管的上端口间隔设有多个向外延伸的定位板，定位板的下表面与外管的上管口的端面贴合，定位板的上表面与泡帽的顶部内壁贴合，定位板的外端面与泡帽的内侧壁贴合，相邻定位板之间形成过气间隙。

优选地，泡帽为圆筒形，泡帽的上端设有与圆筒形等半径的半球形的帽盖。

优选地，泡帽的下端的侧壁上设有条缝。

优选地，变径通道的上端和变径通道的下端均为倒置的圆锥形。

优选地，变径通道的中部为柱面喉道。

优选地，泡帽与套管部通过紧固螺栓固定，紧固螺栓沿泡帽与套管部的外壁穿过，处于内管的紧固螺栓部分用来对止逆球的上浮进行限位。

优选地，外管为等壁厚的直管。

优选地，外管下端的开口侧壁上具有斜切口，外管下端的开口端面上设有挡板。

优选地，外管的上段部的外壁上设有定位凸台，外管插设在用来安装气液分布器的分布板的安装孔内时，定位凸台支撑在分布板上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.气液分布器经过外管-内管-变径通道的3次变径提速，以及孔板和变径通道的次节流作用，大大增强了气液的湍动程度和传质效率，可使气液均匀混合并流动；

2.通过设置外管的进气孔和挡板，操作弹性大，可以有效保证气液相比例的平稳分布；

3.通过横向设置紧固螺栓对止逆球的限位作用，止逆球4的悬浮状态稳定，避免了碰撞损伤，并可在气液进料中断或压力降低时可迅速回落；

4.通过内管插设在外管的内部形成套管式结构，在外管固定的情况下，内管、泡帽和止逆球均可以自由装卸，便于实际使用过程中的检修和清洗，装卸清洗方便。

附图说明

图1是根据本发明的用于沸腾床反应器的气液分布器的结构示意图；

图2是根据本发明的用于沸腾床反应器的气液分布器中定位板的一种排布方式的俯视图；

图3是根据本发明的用于沸腾床反应器的气液分布器中定位板的另一种排布方式的俯视图。

主要附图标记说明：

1-泡帽，2-外管，3-内管，4-止逆球。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的一种用于沸腾床反应器的气液分布器，包括：外管2、内管3、止逆球4以及泡帽1，其中外管2包括上段部和下段部，下段部的管壁上设有进气孔24，上段部的管壁上设有外管开孔22。内管3的内部中间位置设有变径通道33，内管3的下端口设有孔板34，内管3的上端部分的管壁上设有内管开孔32，内管3插设在外管2的上段部内时内管3与上段部组装成套管部，内管开孔32与外管开孔22对准设置形成过气通道。止逆球4置于变径通道33的上端，止逆球4与变径通道33的孔壁密封配合。泡帽1套在套管部的外侧，泡帽1与外管2的上段部的外壁围成环形通道7，泡帽1的下端具有开口。

作为一种优选实施例，内管3的上端口间隔设有多个向外延伸的定位板6，定位板6的下表面与外管2的上管口的端面贴合，定位板6的上表面与泡帽1的顶部内壁贴合，定位板6的外端面与泡帽1的内侧壁贴合，相邻定位板6之间形成过气间隙61。

上述方案中，参见图2和图3，定位板6的个数为3～6个，其均匀分布在内管3的上端口的外沿。定位板6可以先由内管3的管壁上部开出条缝之后，再将形成的条片向外弯曲90°而制成，或者将3～8mm厚的金属条片直接焊接在内管3的上管口的断面而制成。其中相邻定位板6之间形成过气间隙61的总面积可通过改变定位板6的个数、宽度或厚度来进行调节，一般为内管开孔32总面积的20％～40％。本实施例中，通过定位板6的外沿与泡帽1的内壁的接触，可以固定内管3与泡帽1在水平方向的相对位置，保证泡帽1、外管2和内管3的同轴定位，同时定位板6可以将内管3支承于外管2的上口，方便安装和拆卸。

作为一种优选实施例，泡帽1为圆筒形，泡帽1的上端设有与圆筒形等半径的半球形的帽盖12，帽盖12可以采用焊接、卡接等方式与泡帽1固定在一起，帽盖12可以改善催化剂颗粒在泡帽1顶部的沉积和结焦问题。

作为一种优选实施例，泡帽1的下端的侧壁上设有条缝13，条缝13一般均匀设置8～30个，条缝13的宽度一般为1～8mm，优选为2～5mm，高度一般为3～12mm，优选为5～9mm。

作为一种优选实施例，变径通道33的上端和变径通道33的下端均为倒置的圆锥形，变径通道33的中部为柱面喉道，上端的圆锥形的锥角α为60-120°，下端的圆锥形的锥角β为60-120°。

作为一种优选实施例，泡帽1与套管部通过紧固螺栓5固定，紧固螺栓5沿泡帽1与套管部的外壁穿过，相应的，在内管3的管壁上设有内管螺栓孔31，在外管2的管壁上设有外管螺栓孔21，在泡帽1的外壁上设有泡帽螺栓孔11，处于内管3的紧固螺栓部分用来对止逆球4的上浮进行限位。本实施例中，止逆球4为一圆形球，其表观密度一般为1.5～15g/cm³，材料可选用陶瓷或金属，止逆球4的直径一般为变径通道33的最小截面直径的1.1～1.5倍，并小于内管3的上部内径4～8mm。另外，止逆球4从内管3的上口装卸，最大浮起高度由紧固螺栓5的位置限定。在改变反应器的操作条件时，可以更换止逆球4，改变止逆球4的大小和密度以满足操作需要。

上述方案中，泡帽螺栓孔11、外管螺栓孔21和内管螺栓孔31均为2个，大小相同，沿直径方向分布，其作用在于通过紧固螺栓5固定泡帽1、外管2和内管3在竖直方向的相对位置。

作为一种优选实施例，外管2为等壁厚的直管，制造简单，外管2的下段部的上方设有圆形的进气孔24，直径为1～8mm，沿外管2的长度方向设置1～6圈，每圈2～8个均匀分布。

作为一种优选实施例，外管开孔22和内管开孔32均为竖直长方形，大小相同，最大宽度应小于止逆球4的直径，分别设置2～8个，同一水平高度均匀分布。

作为一种优选实施例，孔板34的开口面积为内管2最大流通面积的20％～60％。

作为一种优选实施例，外管2下端的开口侧壁上具有斜切口25，外管2下端的开口端面上设有挡板26，斜切口25所在平面与外管2的下口圆面相交于管口直径，斜口25与挡板26的夹角θ为30°～60°。

作为一种优选实施例，外管2的上段部的外壁上设有定位凸台23，外管2插设在用来安装气液分布器的分布板8的安装孔内时，定位凸台23支撑在分布板8上。本实施例中，气液分布器可以采用正三角形或正方形网格排列等方式安装固定在分布板8上，其中外管2***分布板8上的安装孔内时，定位凸台23的下表面支承于分布板8的上表面上，定位凸台23的下方的管段与安装孔紧密贴合，以此将本气液分布器固定在分布板8上。

以下为本实施的气液分布器的工作原理：

在实际操作过程中，气液两相混合物料自下而上流动，由于挡板26的遮盖，混合物不能直接进入外管2内，防止大气泡直接进入管内造成断塞流和脉动流。气体因密度较轻继续向上流动至分布板8的下方聚集，液体绕过挡板26之后由斜切口25进入外管2内，进入外管2内的液体向上流动，与来自进气孔24的气体混合，再经过孔板34进入内管3，由于孔板34的节流作用使得气液进料加速流动，增大气液的湍动程度，达到增强气液混合的效果。

接着，进入内管3的气液进料因管径变小流速增大，继续向上经过变径通道33，并推动止逆球4浮起。由于变径通道33的文丘里结构，使气液进料的流速及混合程度进一步加大，再次增强气液分布效果。止逆球4的正常浮起的位置在内管开孔32的顶端与紧固螺栓5的下方之间的区域内。

然后，流经变径通道33的气液进料大部分从内管开孔32、外管开孔22流出至环形通道7，少部分气液进料通过止逆球4与内管2的内壁间隙之后，再经过过气间隙61流出至环形通道7，防止了回旋流的形成。进入到环形通道7内的气液进料从环形通道7的底部流出，经泡帽1下端的条缝13破碎液相并折流向上进入沸腾床，进行反应。

其中，止逆球4在正常浮起位置时，如果气液进料中断或压力降低，沸腾床中的浆液会进入环形通道7内，一部分浆液从上方过气间隙61逆流进入内管3，可以抵消浆液从内管开孔32流入而对止逆球4下方产生的瞬间过大压力，因此，止逆球4可以迅速回落至密封位置。同时，由于紧固螺栓5的阻挡作用，限定了止逆球4的最大浮起位置，缩短了回落的路程，也有利于其快速回落。

综上，本实施例的用于沸腾床反应器的气液分布器经过外管2-内管3-变径通道33的3次变径提速，以及孔板34和变径通道33的2次节流作用，大大增强了气液的湍动程度和传质效率，可使气液均匀混合并流动；通过设置外管2的进气孔24和挡板26，操作弹性大，可以有效保证气液相比例的平稳分布；通过横向设置紧固螺栓5对止逆球4的限位作用，止逆球4的悬浮状态稳定，避免了碰撞损伤，并可在气液进料中断或压力降低时可迅速回落；通过内管3插设在外管2的内部形成套管式结构，在外管2固定的情况下，内管3、泡帽1和止逆球4均可以自由装卸，便于实际使用过程中的检修和清洗，装卸清洗方便。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，包括：

外管，其包括上段部和下段部，所述下段部的管壁上设有进气孔，所述上段部的管壁上设有外管开孔；

内管，其内部中间位置设有变径通道，所述内管的下端口设有孔板，所述内管的上端部分的管壁上设有内管开孔，所述内管插设在所述外管的上段部内时所述内管与所述上段部组装成套管部，所述内管开孔与所述外管开孔对准设置形成过气通道；

止逆球，其置于所述变径通道的上端，所述止逆球与所述变径通道的孔壁密封配合；以及

泡帽，其套在所述套管部的外侧，所述泡帽与所述外管的上段部的外壁围成环形通道，所述泡帽的下端具有开口。

2.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述内管的上端口间隔设有多个向外延伸的定位板，所述定位板的下表面与所述外管的上管口的端面贴合，所述定位板的上表面与所述泡帽的顶部内壁贴合，所述定位板的外端面与所述泡帽的内侧壁贴合，相邻定位板之间形成过气间隙。

3.根据权利要求2所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述泡帽为圆筒形，所述泡帽的上端设有与圆筒形等半径的半球形的帽盖。

4.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述泡帽的下端的侧壁上设有条缝。

5.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述变径通道的上端和所述变径通道的下端均为倒置的圆锥形。

6.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述变径通道的中部为柱面喉道。

7.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述泡帽与所述套管部通过紧固螺栓固定，所述紧固螺栓沿所述泡帽与所述套管部的外壁穿过，紧固螺栓的处于所述内管中的那部分用来对所述止逆球的上浮进行限位。

8.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述外管为等壁厚的直管。

9.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述外管下端的开口侧壁上具有斜切口，所述外管下端的开口端面上设有挡板。

10.根据权利要求1所述的用于沸腾床反应器的气液分布器，其特征在于，所述外管的上段部的外壁上设有定位凸台，当所述外管插设在用来安装所述气液分布器的分布板的安装孔内时，所述定位凸台支撑在所述分布板上。