CN109200952B - 一种气液混合组件及用于反应器的催化剂床层结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气液混合组件及用于反应器的催化剂床层结构，涉及反应器技术领域。该气液混合组件包括壳体，壳体上设置有进液管和用于承接气液物料的撞击混合板，进液管的出液口位于壳体的内腔中，撞击混合板位于进液管出液口的下方；撞击混合板上分布有多个喷射管组，且每个喷射管组均包括出料口相对的两个或两个以上的混合喷射管，混合喷射管的顶部进料口位于撞击混合板上方，混合喷射管的底部出料口位于撞击混合板的下方。该催化剂床层结构包上述气液混合组件，通过气液混合组件能够有效提升气液混合的均匀度；对于内部体积相同的反应器，采用本发明的结构意味着可增大固体催化剂的装填体积。

Description

一种气液混合组件及用于反应器的催化剂床层结构

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，具体而言，涉及一种气液混合组件及用于反应器的催化剂床层结构。

背景技术

在石油炼制与石油化工行业中，加氢反应非常普遍，随着油品升级的需要应用越来越广，如加氢裂化、加氢精制等。加氢反应属于放热反应，反应过程中需要对反应物的温度加以控制，防止催化剂床层温度迅速上升引起催化剂的活性降低(即“飞温”现象)。工业设计中通常把固定床加氢反应器内的催化剂分成多个床层，向相邻两催化剂床层之间补充冷氢，一方面降低热反应物的温度，另一方面补充反应器内消耗的氢气。要实现冷热两种物流的充分混合且被均匀地分配到下一催化剂床层，相邻两催化剂床层之间就需要设置一种具有快速混合作用的加氢反应器内构件——急冷混合器。急冷混合器的性能主要从混合效果和压力降两个方面来评价。急冷混合器除了需要实现混合和分布等流体力学功能外，所占用的空间高度也应尽可能低，从而减少设备投资。为了增强混合效果，急冷混合器在结构设计上一般采用节流、碰撞与旋流的机理；按整体结构特点可以分为两大类：箱式结构和管式结构，并都有成功的工业化应用实例。

随着装置大型化的发展，传统的箱式结构和管式结构按流体力学指标设计计算后，轴向尺寸较大，占据反应器有效空间多，设备投资增加。国内部分设计研究单位提出了急冷箱的扁平化设计理念，也推出了新型扁平化急冷箱，但是并没有从根本上改变传统的结构及混合方式。国外的SHELL、IFP公司推出了结构简单的急冷混合***，主要从冷氢管和箱体上做了大量改进，改变了传统的计算方法，可以适当降低急冷混合***，利于设备大型化的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液混合组件，旨在提升气液的混合效果。

本发明的另一目的在于提供一种用于反应器的催化剂床层结构，能够在催化剂床层中使气液更充分的混合。

本发明是这样实现的：

一种气液混合组件，包括壳体，壳体上设置有进液管和用于承接气液物料的撞击混合板，进液管的出液口位于壳体的内腔中，撞击混合板位于进液管出液口的下方；

撞击混合板上分布有多个喷射管组，且每个喷射管组均包括出料口相对的两个或两个以上的混合喷射管，混合喷射管的顶部进料口位于撞击混合板上方，混合喷射管的底部出料口位于撞击混合板的下方。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，壳体上还设置有接液缓冲板，接液缓冲板位于混合喷射管底部出料口的下方。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，撞击混合板包括中心区域和至少一个周边区域，中心区域对应一个喷射管组，每个周边区域均围绕中心区域设置，且每个周边区域对应多个喷射管组。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，中心区域对应的喷射管组包括三个或三个以上出料口相对的混合喷射管，周边区域对应的喷射管组包括两个出料口相对的混合喷射管。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，中心区域对应一个中心接液板，每个周边区域均对应一个周边接液板，中心接液板为圆盘状，周边接液板为截面是槽状的圆环，中心接液板位于周边接液板的空腔中。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，混合喷射管呈L形，且混合喷射管的出料口的口径小于进料口的口径。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，进液管从壳体的侧壁伸入至壳体的内腔中，且进液管的出液口位于撞击混合板上方。

一种用于反应器的催化剂床层结构，包括多个催化剂床层主体和上述气液混合组件，气液混合组件位于相邻的两个催化剂床层主体之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，相邻的两个催化剂床层主体之间还设置有接液缓冲板和气液分布器，气液分布器和接液缓冲板均位于混合喷射管的下方，且接液缓冲板位于气液分布器和喷射管的之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，相邻的两个催化剂床层主体之间还设置有第一瓷球层和第二瓷球层，第一瓷球层位于进液管的上方，第二瓷球层位于气液分布器的下方。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的气液混合组件，进入壳体后的气液混合物与从进液管内输出的液体物料均落入撞击混合板上，气液混合物进入撞击混合板上的喷射管组，气液混合物从两个相对的混合喷射管上喷出时进行撞击，利用撞击效应强化气液混合作用，并通过撞击流的强化作用降低整体高度。

本发明还提供了一种用于反应器的催化剂床层结构，上述气液混合组件位于相邻的两个催化剂床层主体之间，在相邻的两个催化剂床层主体之间进行物料传递过程中，通过气液混合组件能够有效提升气液混合的均匀度；对于内部体积相同的反应器，采用本发明的结构意味着可增大固体催化剂的装填体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的用于反应器的催化剂床层结构的结构示意图；

图2是图1中气液混合组件的第一结构示意图；

图3是图1中气液混合组件的第二结构示意图；

图4是图2中气液混合组件的透视图。

图标：10-用于反应器的催化剂床层结构；100-气液混合组件；200-催化剂床层主体；110-壳体；120-进液管；130-撞击混合板；131-中心区域；132-周边区域；140-喷射管组；141-混合喷射管；150-接液缓冲板；151-中心接液板；152-周边接液板；160-气液分布器；171-第一瓷球层；172-第二瓷球层。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请结合图1-图4，本发明实施例提供了一种气液混合组件100，包括壳体110，壳体110上设置有进液管120和用于承接气液物料的撞击混合板130。气液混合物料从壳体110的顶端进入后与进液管120中进入的液体在撞击混合板130中撞击混合。

具体地，对于反应产热的过程，如加氢反应，进液管120可以用于输送温度较低的物料如冷氢，液态烃和气态氢形成的混合流体在重力作用下向下流动。撞击混合板130的尺寸大于与壳体110的内向相适应，以免撞击混合板130的边缘进行漏液，使气液混合物均进入撞击混合板130上的喷射管组140，从混合喷射管141的出口喷出。

具体地，进液管120的出液口位于壳体110的内腔中，撞击混合板130位于进液管120出液口的下方；撞击混合板130上分布有多个喷射管组140，且每个喷射管组140均包括出料口相对的两个或两个以上的混合喷射管141，混合喷射管141的顶部进料口位于撞击混合板130上方，混合喷射管141的底部出料口位于撞击混合板130的下方。

需要说明的是，气液混合组件100，进入壳体110后的气液混合物与从进液管120内输出的液体物料均落入撞击混合板130上，气液混合物进入撞击混合板130上的喷射管组140，气液混合物从两个相对的混合喷射管141上喷出时进行撞击，利用撞击效应强化气液混合作用，并通过撞击流的强化作用降低整体高度。整体设计思路是借助气液混合体系的撞击流理论，强化气液间的传质，通过提高传质效率来简化混合***结构，降低轴向尺寸。

需要补充的是，每个喷射管组140中的混合喷射管141相对设置是指混合喷射管141的出料口喷出的物料与相对的另一个混合喷射管141喷出的物料会相互碰撞，利用撞击效应强化气液混合效果。

具体地，壳体110的尺寸不限，可以根据工艺需求进行设计，如直径为1-10米，高度为3-20米。进液管120从壳体110的侧壁伸入至壳体110的内腔中，且进液管120的出液口位于撞击混合板130上方。

优选地，混合喷射管141呈L形，且混合喷射管141的出料口的口径小于进料口的口径。利用混合喷射管141管口处的缩径效果使物料以更大的速率输出，使得撞击过程更加猛烈，气液混合效果更好。

进一步地，壳体110上还设置有接液缓冲板150，接液缓冲板150位于混合喷射管141底部出料口的下方。接液缓冲板150可以为整体的槽状结构，用于承接已经混合均匀的物料起到缓冲作用。

进一步地，撞击混合板130包括中心区域131和至少一个周边区域132，中心区域131对应一个喷射管组140，每个周边区域132均围绕中心区域131设置，且每个周边区域132对应多个喷射管组140。

在一些实施例中，撞击混合板130为圆板，根据反应器的直径确定撞击区域，可以分为中心区域131和周边区域132，周边区域132的个数可以根据反应器的直径进行设置。在中心区域131中设置的一个喷射管组140中的混合喷射管141喷出的物料均相互碰撞；周边区域132环绕中心区域131，此区域的一个喷射管组140一般包括两个相对混合喷射管141。也就是说，中心区域131对应的喷射管组140包括三个或三个以上出料口相对的混合喷射管141，周边区域132对应的喷射管组140包括两个出料口相对的混合喷射管141。

为了检修方便，撞击混合板130可以根据梁的情况分块，主要起到截留混合作用。撞击混合板130上部的高度一般为50-200mm，下部高度一般为50-200mm。

进一步地，中心区域131对应一个中心接液板151，每个周边区域132均对应一个周边接液板152，中心接液板151为圆盘状，周边接液板152为截面是槽状的圆环，中心接液板151位于周边接液板152的空腔中。这样，接液缓冲板150的设置就和撞击混合板130中的区域划分相对应。

本发明实施例还提供了一种用于反应器的催化剂床层结构10，包括多个催化剂床层主体200和上述气液混合组件100，气液混合组件100位于相邻的两个催化剂床层主体200之间。在相邻的两个催化剂床层主体200之间进行物料传递过程中，通过气液混合组件100能够有效提升气液混合的均匀度；对于内部体积相同的反应器，采用本发明的结构意味着可增大固体催化剂的装填体积。

具体地，催化剂床层主体200为现有结构，固体催化剂分成多个床层填装，一般是在两个筛网之间填充条状或圆球形的颗粒。

进一步地，相邻的两个催化剂床层主体200之间还设置有接液缓冲板150和气液分布器160，气液分布器160和接液缓冲板150均位于混合喷射管141的下方，且接液缓冲板150位于气液分布器160和喷射管的之间。具体地，气液分布器160为常规技术，有多种形式的结构，可以优选管式气液分布器。管式气液分配器单位面积布点多，均布性能好，可以充分保证气液的混合及均布效果，也可以采用泡罩气液分配器等。

进一步地，相邻的两个催化剂床层主体200之间还设置有第一瓷球层171和第二瓷球层172，第一瓷球层171位于进液管120的上方，第二瓷球层172位于气液分布器160的下方。第一瓷球层171和第二瓷球层172位于催化剂床层的上下，一般由梁和筛网或格栅支承床层。

以催化加氢反应为例说明整个用于反应器的催化剂床层结构10的工作原理。在急冷混合***的上方，来自上一催化剂床层的热反应物与注入的冷氢组成的混合物流向下流动，气液两相物流在进液管120附近发生碰撞、混合，混合物流在撞击混合板130上的混合孔发生激烈碰撞并混合，随后气液混合物通过混合喷射管141加速相互对撞，随后被接液缓冲板150缓冲一下，喷撒到气液分配盘上，然后气液分布器160将混合物流通过整形混合，进一步分配到下一个瓷球床层上方，完成整个急冷混合过程。

综上所述，本发明提供的一种气液混合组件，进入壳体后的气液混合物与从进液管内输出的液体物料均落入撞击混合板上，气液混合物进入撞击混合板上的喷射管组，气液混合物从两个相对的混合喷射管上喷出时进行撞击，利用撞击效应强化气液混合作用，并通过撞击流的强化作用降低整体高度。

本发明提供的一种用于反应器的催化剂床层结构，上述气液混合组件位于相邻的两个催化剂床层主体之间，通过气液混合组件能够有效提升气液混合的均匀度；对于内部体积相同的反应器，采用本发明的结构意味着可增大固体催化剂的装填体积。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气液混合组件，其特征在于，包括壳体，所述壳体上设置有进液管和用于承接气液物料的撞击混合板，所述进液管的出液口位于所述壳体的内腔中，所述撞击混合板位于所述进液管出液口的下方；

所述撞击混合板上分布有多个喷射管组，且每个所述喷射管组均包括出料口相对的两个以上的混合喷射管，所述混合喷射管的顶部进料口位于所述撞击混合板上方，所述混合喷射管的底部出料口位于所述撞击混合板的下方；

所述撞击混合板包括中心区域和至少一个周边区域，所述中心区域对应一个所述喷射管组，每个所述周边区域均围绕所述中心区域设置，且每个所述周边区域对应多个喷射管组；

所述壳体上还设置有接液缓冲板，所述接液缓冲板位于所述混合喷射管底部出料口的下方；

所述中心区域对应一个中心接液板，每个所述周边区域均对应一个周边接液板。

2.根据权利要求1所述的气液混合组件，其特征在于，所述中心区域对应的所述喷射管组包括三个以上出料口相对的所述混合喷射管，所述周边区域对应的所述喷射管组包括两个出料口相对的所述混合喷射管。

3.根据权利要求2所述的气液混合组件，其特征在于，所述中心接液板为圆盘状，所述周边接液板为截面是槽状的圆环，所述中心接液板位于所述周边接液板的空腔中。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的气液混合组件，其特征在于，所述混合喷射管呈L形，且所述混合喷射管的出料口的口径小于进料口的口径。

5.根据权利要求1所述的气液混合组件，其特征在于，所述进液管从所述壳体的侧壁伸入至所述壳体的内腔中，且所述进液管的出液口位于所述撞击混合板上方。

6.一种用于反应器的催化剂床层结构，其特征在于，包括多个催化剂床层主体和权利要求1-5中任一项所述的气液混合组件，所述气液混合组件位于相邻的两个所述催化剂床层主体之间。

7.根据权利要求6所述的用于反应器的催化剂床层结构，其特征在于，相邻的两个所述催化剂床层主体之间还设置有接液缓冲板和气液分布器，所述气液分布器和所述接液缓冲板均位于所述混合喷射管的下方，且所述接液缓冲板位于所述气液分布器和所述喷射管的之间。

8.根据权利要求7所述的用于反应器的催化剂床层结构，其特征在于，相邻的两个所述催化剂床层主体之间还设置有第一瓷球层和第二瓷球层，所述第一瓷球层位于所述进液管的上方，所述第二瓷球层位于所述气液分布器的下方。

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