CN106606998B - 上流式分配器和上流式反应器 - Google Patents

上流式分配器和上流式反应器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石油化工领域，公开了上流式分配器和上流式反应器，其中，该上流式分配器包括壳体，该壳体的下部设置有开口，所述壳体上设置有多个第一分配孔，所述多个第一分配孔的轴线设置为从所述壳体向外发散地延伸。本发明在上流式分配器的壳体上设置有第一分配孔，多个该第一分配孔的轴线设置为从壳体向外发散地延伸。通过上述技术方案，流体能够通过第一分配孔从上流式分配器的壳体向外发散地流出，从而使得流体通过上流式分配器后能够均匀地分配，并且能够在分配流体过程中使得混合流体中的气体和液体更加均匀地混合。

Description

上流式分配器和上流式反应器
技术领域
本发明涉及石油化工领域，具体地，涉及一种上流式分配器和上流式反应器。
背景技术
目前，在石油化工领域中，上流式反应器应用较为广泛，如固定床上流式加氢反应器、馏分油液相加氢反应器、悬浮床加氢反应器及沸腾床加氢反应器等。无论哪种上流式反应器，均需使物流在反应器入口处与催化剂床层接触时达到均匀分配，为物流在后续整个催化剂床层你的流动提供一个初始均匀分配。偏流或沟流对催化剂床层的影响是显而易见的，例如会直接导致催化剂床层不同位置反应程度产生差异，反应程度的差异导致反应放热不同，进一步导致床层热点或结焦的产生。
在上流式反应器中，气相和液相物流从反应器底部入口进入，随后一起向上流动，在反应器催化剂床层入口横截面上要将气液两相尽可能分配均匀以优化反应器内的气液接触并使得反应器内不同反应区域都处于相同流动状态。目前常采用的技术是通过在催化剂床层入口位置单独设置分配盘来实现。现有技术的上流式分配器虽然能够起到一定的均匀分配流体以及气液混合效果，但是由于结构的限制，其效果有限。
目前的上流式反应器分配装置中存在的主要问题在于无法消除反应器入口处大流股物流对流体分配的影响，易产生分配不均的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种上流式分配器，该上流式分配器能够均匀分配混合流体并提高气体和液体在混合流体中的混合效果。
为了实现上述目的，本发明提供上流式分配器，其中，该上流式分配器包括壳体，该壳体的下部设置有开口，所述壳体上设置有多个第一分配孔，所述多个第一分配孔的轴线设置为从所述壳体向外发散地延伸。
优选地，所述壳体包括侧壁和与该侧壁的上周缘连接的顶壁，所述第一分配孔设置在该顶壁上，所述侧壁上设置有第二分配孔。
优选地，所述壳体为圆筒状，该第二分配孔的轴线沿所述侧壁的径向方向延伸。
优选地，所述壳体还包括基壁，该基壁与所述壳体的侧壁相互连接。
优选地，所述基壁的上周缘的部分连接有连接板，所述侧壁的下周缘的部分连接有法兰板，所述连接板上与所述法兰板上设置有相对应的连接孔，所述基壁与所述侧壁通过穿过所述连接板和所述法兰板的连接孔的连接件而相互连接。
优选地，所述基壁的横截面积大于所述侧壁的横截面积。
本发明的另一方面提供了一种上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层，该催化剂床层的下方的反应器壳体上设置有反应器入口，其中，所述上流式反应器还包括根据本发明所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述反应器入口与所述催化剂床层之间，所述壳体的开口与所述反应器入口相对地设置。
优选地，所述壳体与所述反应器入口周围的所述反应器壳体连接。
优选地，所述反应器入口周围的反应器壳体上还连接有基壁，该基壁围绕所述反应器入口设置且所述基壁与所述壳体的下周缘相互连接。
优选地，所述基壁的横截面积大于所述侧壁的横截面积。
优选地，所述催化剂床层包括用于支撑催化剂的支撑板，该支撑板包括多孔板层和设置在该多孔板层上方的栅条层。
本发明在上流式分配器的壳体上设置有第一分配孔，多个该第一分配孔的轴线设置为从壳体向外发散地延伸。通过上述技术方案，流体能够通过第一分配孔从上流式分配器的壳体向外发散地流出，从而使得流体通过上流式分配器后能够均匀地分配，并且能够在分配流体过程中使得混合流体中的气体和液体更加均匀地混合。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明优选实施方式的安装在上流式反应器中的上流式分配器的示意图；
图2是图1的上流式分配器的上流式分配器的示意图；
图3是图1的催化剂床层的剖视图。
附图标记说明
1反应器入口；2多孔板层；3栅条层；10顶壁；11第一分配孔；20侧壁；21第二分配孔；30基壁；40连接板；50法兰板。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词应当结合上下文和实际使用中的方向来适当解释。
本发明提供一种上流式分配器，其中，该上流式分配器包括壳体，该壳体的下部设置有开口，所述壳体上设置有多个第一分配孔11，所述多个第一分配孔的轴线设置为在从所述壳体向外发散地延伸。
根据上述实施方式，流体从上流式分配器壳体的下部的开口进入到壳体内并向上流动，该流体通过壳体上的第一分配孔11而向壳体外流动。因此，该第一分配孔11优选地设置为能够使得流体向上流式分配器的壳体四周均匀分配。由于流体在通过第一分配孔11流出壳体时，通常沿第一分配孔11的轴线方向流出，因此在本发明提供的优选实施方式中，该多个第一分配孔11的轴线设置为发散地，即轴线在从壳体向外的方向上彼此相对地发散，从而使得通过第一分配孔11流出的流体能够向四周发散。
但是，本发明对第一分配孔11的轴线从壳体向内延伸的相对位置关系并不加以限定。例如，该多个第一分配孔11的轴线从壳体向内延伸能够相交于同一点，或者多个第一分配孔11中的一部分的轴线向壳体内延伸能够相交，或者全部的多个第一分配孔11从壳体向内延伸也都不能相交。另外，第一分配孔11中也可以有一部分的轴线相互平行。
并且，优选地，多个所述第一分配孔11中任意两个的轴线方向均不相同且不相互平行。更优选地，全部的该多个第一分配孔能够通过整体地合理设置，其轴线能够均匀地向壳体的四周发散，从而使得流体能够均匀地发散到上流式分配器的壳体周围，并且能够在分配流体过程中使得混合流体中的气体和液体更加均匀地混合。
需要说明的是，本发明的上流式分配器的壳体可以根据需要而形成为适用的形状，本发明对此不加以限制。例如该壳体形成为球面，在该球面的下部设置有入口，该球面上设置的第一分配孔11的轴线方向可以设置为沿着该球面的径向方向。
本发明在上流式分配器的壳体上设置有第一分配孔，多个该第一分配孔的轴线设置为从壳体向外发散地延伸。通过上述技术方案，流体能够通过第一分配孔从上流式分配器的壳体向外发散地流出，从而使得流体通过上流式分配器后能够均匀地分配，并且能够在分配流体过程中使得混合流体中的气体和液体更加均匀地混合。
根据上文优选实施方式的上流式分配器，优选地，所述壳体包括侧壁20和与该侧壁20的上周缘连接的顶壁10，所述第一分配孔11设置在该顶壁10上，所述侧壁20上设置有第二分配孔21。
在本优选实施方式中，该顶壁10可以为平板也可以为具有弧面的板。即使当顶壁10为平板时，顶壁10上的多个第一分配孔11的轴线也可以设置为沿不同的方向延伸，优选地，第一分配孔11可以沿顶壁10的厚度方向倾斜地设置。
该侧壁20为围绕该顶壁10设置，因此侧壁20上的第二分配孔21也能够使得通过该第二分配孔21流出壳体的流体向周围发散。当然该第二分配孔21的轴线也可以设置为从侧壁20向外发散地延伸。例如，优选地，所述壳体为圆筒状，该第二分配孔21的轴线沿所述侧壁20的径向方向延伸，此时，该第二分配孔21可以优选为沿侧壁20的周向方向均匀地设置；或者当侧壁20的横截面为多边形时，该第二分配孔21能够通过整体地合理设置，其轴线能够均匀地向壳体的四周发散，从而使得流体能够均匀地发散到侧壁20的周围。
或者，第二分配孔21的轴线在从壳体向外的方向上彼此相对地发散。本发明对第二分配孔21的轴线从壳体向内延伸的相对位置关系并不加以限定。例如，该多个第二分配孔21的轴线从壳体向内延伸能够相交于同一点，或者多个第二分配孔21中的一部分的轴线向壳体内延伸能够相交，或者全部的多个第二分配孔21从壳体向内延伸也都不能相交。另外，第二分配孔21中也可以有一部分的轴线相互平行。
由于本发明的上流式分配器通常在一个更大的容器中用于分配流体，为了便于本发明的上流式分配器的固定，优选地，所述壳体还包括基壁30，该基壁30与所述壳体的侧壁20相互连接。该基壁30可以包括相互间隔的几个壁板，也可以设置为围绕侧壁20且周向相对应的连续闭合状，本发明对此不加以限制。
由于该基壁30与侧壁20相互连接。优选地，所述基壁30的上部连接有连接板40，所述侧壁20的下部连接有法兰板50，所述连接板40上与所述法兰板50上设置有相对应的连接孔，所述基壁30与所述侧壁20通过穿过所述连接板40和所述法兰板50的连接孔的连接件而相互连接。
优选地，所述基壁30的横截面积大于所述侧壁20的横截面积。这样，当流体从基壁30进入侧壁20时，流体通道的横截面积减小，从而使得流体的流速提高。
此时基壁30优选为围绕侧壁20的连续闭合的壁，优选地，所述基壁30为围成环状的壁，或者也可以形成为横截面为多边形的壁。该基壁30的横截面的形状优选为与侧壁20的横截面的形状相同，但是本发明并不限于此，基壁30的横截面形状与侧壁20的横截面的形状不同时也能够实现相互连接。并且，附图所示的优选实施方式为基壁30和侧壁20均为圆筒状侧壁，且基壁30的直径大于侧壁20的直径，该基壁30与侧壁20之间通过上文所述的优选实施方式相互连接。
本发明还提供一种上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层，该催化剂床层的下方的反应器壳体上设置有反应器入口1，其中，所述上流式反应器还包括根据本发明所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述反应器入口1与所述催化剂床层之间，所述壳体的开口与所述反应器入口1相对地设置。
上文所述的上流式分配器主要用于上流式反应器中。在本发明提供的上流式反应器的反应器壳体中，本发明的上流式分配器就设置在该催化剂床层0的下方，且上流式分配器的壳体的开口与反应器壳体上设置的反应器入口1相对。
为了起到分配流体的作用，本发明的上流式反应器优选地固定在上流式反应器壳体内部。具体地，该上流式分配器可以采用现有技术中任意适用的技术方案固定在反应器壳体内，本发明对此不加以限制。
优选地，所述壳体与所述反应器入口1周围的所述反应器壳体连接。该上流式分配器的壳体优选为包括侧壁20和顶壁10，这样，侧壁20的下边缘与所述反应器入口1周围的所述反应器壳体连接。该侧壁20的下边缘可以全部与反应器壳体连接，也可以部分地连接。
另外，优选地，所述反应器入口1周围的反应器壳体上还连接有基壁30，该基壁30围绕所述反应器入口1设置且所述基壁与所述壳体的下周缘相互连接。同理地，该基壁可以包括相互间隔地多个壁板，也可以优选地设置为围绕侧壁20的连续闭合的壁。优选地，所述基壁30形成为围绕侧壁20的壁，该基壁30可以为圆筒状的侧壁，也可以形成为横截面为多边形的壁。该基壁30的横截面的形状优选为与侧壁20的横截面的形状相同，但是本发明并不限于此，基壁30的横截面形状与侧壁20的横截面的形状不同时也能够实现相互连接。并且，附图所示的优选实施方式为基壁30和侧壁20均为圆筒状侧壁，且基壁30的直径大于侧壁20的直径，该基壁30与侧壁20之间通过上文所述的优选实施方式相互连接。
优选地，所述基壁30的横截面积大于所述侧壁20的横截面积。这样，当流体从基壁30进入侧壁20时，流体通道的横截面积减小，从而使得流体的流速提高。
并且，为了便于将上流式分配器安装在上流式反应器的反应器壳体内，优选地，该基壁30可以设置为固定连接在反应器壳体上，或者基壁30与反应器壳体一体地形成。由于反应器壳体通常为圆弧面，因此在反应器壳体内部安装上流式分配器的壳体的比较难以操作，并且优选地将基壁30首先安装在反应器壳体上，然后再将上流式分配器的壳体安装在该基壁30上，从而便于上流式分配器在上流式反应器内的拆装和应用。
上流式反应器的催化剂床层包括用于支撑催化剂的支撑板，该支撑板包括多孔板层2和设置在该多孔板层2上方的栅条层3。当流体到达催化剂床层时，需要继续向上流经支撑板而与支撑板上方的催化剂相互接触。
其中，多孔板层2包括设置有多个孔的板，该孔的直径为4-16mm，优选为6-10mm。栅条层3包括多个相互连接的栅条，该栅条上宽狭窄，栅条的下部(尤其是底部)之间的检具为0.1-1mm，优选为0.25-0.75mm，且该栅条优选为横截面为V字形，相连的栅条的上部之间具有缝隙。
下面结合上文所述的上流式分配器的优选实施方式对整个上流式反应器的工作过程进行描述。
在上流式反应器的内部，基壁30可以预先固定在反应器入口1周围的反应器壳体上的内表面上或者与反应器壳体一体地形成，这样该上流式分配器可以通过与该基壁30连接而安装在反应器壳体内。
首先，流体向下向上地通过反应器入口1流入反应器壳体内，该流体首先进入基壁30内，再继续向上进入上流式分配器内，并通过设置在上流式分配器的壳体上的第一分配孔11向壳体外流动，由于流体沿第一分配孔11的轴线方向向壳体外流动，且第一分配孔的轴线设置为从壳体向外发散地延伸，因此流体能够向上流式分配器的壳体外均匀地发散地流动。
进一步地，当上流式分配器的壳体包括顶壁和侧壁且侧壁上设置有第二分配孔21时，流体还能够通过该第二分配孔21向壳体外发散地流动。
优选地，基壁30的横截面积大于侧壁20的横截面积，因此流体在从基壁30流入到侧壁20中时流速提高，因此当流体从壳体上的第一分配孔11(和第二分配孔21)离开壳体内部时的速度也相应地提高，使得流体能够更均匀的在反应器壳体内分布。
这样，进入上流式反应器中的流体在经过上流式分配器之后，能够在反应器壳体内均匀地发散，进而使得均匀地分散在反应器壳体内的流体能够继续向上流动从而与催化剂床层均匀接触。
当流体到达催化剂床层时，需要向上流经支撑板而与支撑板上方的催化剂相互接触。支撑板的多孔板层2能够允许流体通过，而栅条层3中逐渐变窄的缝隙则使得流体在通过该支撑板后获得更加均匀的流速，从而与催化剂接触的反应更加充分和均匀。
其中，上流式分配器的壳体上的第一分配孔11通常为16-50个，优选为24-40个；该顶壁10优选为圆形板，该第一分配孔11通常设置在该顶壁10上，该第一分配孔11的数量通常为16-50个，优选为24-40个，且该第一分配孔11的轴线通常设置为与顶壁10的夹角为15-75度，优选为30-60度；侧壁20优选为圆筒形侧壁，侧壁20上的第二分配孔21通常为2-20个，优选为6-16个，侧壁20的高度通常为侧壁20的直径的0.2-2倍，优选为0.4-1.6倍；基壁30优选为圆筒形侧壁，且基壁30的直径大于侧壁20的直径，该基壁的高度通常设置为其直径的0.1-2倍，优选为0.2-1.6倍；当基壁30与侧壁20之间通过基壁30的上周缘的连接板40和侧壁20的下周缘的法兰板50相互连接时，该连接板40和法兰板50上通常相应地设置6-24个连接孔，优选为10-18个连接孔。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
优选地，基壁30和侧壁20均设置为圆筒状侧壁，基壁30的高度为该基壁30的直径的0.2倍，侧壁20的高度设置为该侧壁20的直径的0.4被，且侧壁20的直径小于基壁30的直径；侧壁20上设置的第二分配孔21的形状为矩形和/或三角形和/或梯形，该第二分配孔21的数量优选为12个；顶壁10上设置有第一分配孔11，该第一分配孔11的轴线的方向与顶壁10的夹角角度为45度；壁30与侧壁20之间通过基壁30的上周缘的连接板40和侧壁20的下周缘的法兰板50相互连接，该连接板40和法兰板50上的连接孔的数量均为12个且分别相互对应。
以上充分说明了本发明的上流式分配器能够使得流体均匀分配的功能，下面对该上流式分配器使得混合流体中的气体和液体更加均匀混合的性能进行说明。
为了表征物流扩散装置对气体和液体的分配效果，一般采用气液两相流在线测量仪对液体在横截面上的气泡速率进行测量，并采用分配不均匀因子Mf来指示气泡速率在横截面上的分布差异。分配不均匀因子Mf按下述公式进行计算：
Figure BDA0000828463090000101
其中，n为测点数量；vi为第i个测点的气体速率，单位为m/s，；
Figure BDA0000828463090000102
为n个测点的平均气体速率，单位为m/s。
分配不均匀因子Mf越小则表明物流扩散装置的流体分配性能越好。
采用冷态模型试验对本发明的上流式分配器以及现有技术的上流式分配器进行截面气泡速率的分配不均匀度因子进行测量对比。试验结果如表1中所示。
表1
实施方式 分配不均匀因子M<sub>f</sub>
现有技术的上流式分配器(包括气液分配盘) 0.36
现有技术的上流式分配器(折流板+气液分配盘) 0.24
本发明的上流式分配器 0.14
本发明的上流式分配器+本发明催化剂床层的支撑板 0.12
可见，与现有技术相比，本发明的上流式分配器具有较低的分配不均匀因子，因此具有较好的分配性能，并且结构简单，便于加工和安装使用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.上流式分配器，其特征在于，该上流式分配器包括壳体，该壳体的下部设置有供混合流体进入的开口，所述壳体上设置有多个第一分配孔(11)，所述多个第一分配孔的轴线设置为从所述壳体向外发散地延伸，所述壳体包括侧壁(20)和与该侧壁(20)的上周缘连接的顶壁(10)，所述第一分配孔(11)设置在该顶壁(10)上，所述侧壁(20)上设置有第二分配孔(21)，所述壳体还包括基壁(30)，该基壁(30)与所述壳体的侧壁(20)相互连接，由所述基壁(30)限定的流道的横截面积大于由所述侧壁(20)限定的流道的横截面积。
2.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述壳体为圆筒状，该第二分配孔(21)的轴线沿所述侧壁(20)的径向方向延伸。
3.根据权利要求1所述的上流式分配器，其特征在于，所述基壁(30)的上周缘的部分连接有连接板(40)，所述侧壁(20)的下周缘的部分连接有法兰板(50)，所述连接板(40)上与所述法兰板(50)上设置有相对应的连接孔，所述基壁(30)与所述侧壁(20)通过穿过所述连接板(40)和所述法兰板(50)的连接孔的连接件而相互连接。
4.上流式反应器，该上流式反应器包括反应器壳体，该反应器壳体内设置有催化剂床层，该催化剂床层的下方的反应器壳体上设置有反应器入口(1)，其特征在于，所述上流式反应器还包括根据权利要求1-3中任意一项所述的上流式分配器，该上流式分配器设置在所述反应器入口(1)与所述催化剂床层之间，所述壳体的开口与所述反应器入口(1)相对地设置。
5.根据权利要求4所述的上流式反应器，其特征在于，所述基壁(30)与所述反应器入口(1)周围的所述反应器壳体连接，所述基壁(30)围绕所述反应器入口(1)设置。
6.根据权利要求4所述的上流式反应器，其特征在于，所述催化剂床层包括用于支撑催化剂的支撑板，该支撑板包括多孔板层(2)和设置在该多孔板层(2)上方的栅条层(3)。
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