專利名稱：一種烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的急冷混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的內(nèi)構(gòu)件，具體地說是一種能實現(xiàn)熱的反應(yīng)物流與補(bǔ)充的冷介質(zhì)充分混合的急冷混合器。
背景技術(shù)：
烴轉(zhuǎn)化過程在石油煉制和石油化工中占有重要的地位，如烷基化、加氫裂化、加氫處理等均是放熱反應(yīng)，通過適當(dāng)?shù)睦鋮s方法來調(diào)節(jié)反應(yīng)物流的溫度并防止飛溫現(xiàn)象的發(fā)生是十分必要的，取熱方式一般有非直接取熱和直接加入冷卻介質(zhì)兩種手段，而后一種方式是通常采用的較好方法，即把反應(yīng)器催化劑床層分成兩個以上床層，在床層之間設(shè)置內(nèi)構(gòu)件并補(bǔ)充冷介質(zhì)，以達(dá)到冷介質(zhì)與熱反應(yīng)物流的充分混合，并能均勻地分布到下一催化劑床層中。
以加氫反應(yīng)為例，在加氫反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物流通常以氣相或氣、液兩相通過催化劑床層，將冷介質(zhì)加入到相鄰的兩個催化劑床層之間與熱的反應(yīng)物流進(jìn)行充分的混合，以使催化劑床層內(nèi)任意徑向位置處的溫度和物流組成接近均勻，因為溫度分布的不一致將導(dǎo)致床層局部過熱，在局部過熱處催化劑的活性提高而選擇性降低，在加氫裂化過程中尤為明顯，這還可導(dǎo)致催化劑的過早老化。反應(yīng)物流分配的不均勻還可使某一局部的氫氣濃度偏低，加快此處催化劑的失活速度，另外，物流分配的不均還可進(jìn)一步導(dǎo)致催化劑床層內(nèi)溫度分布的不一致，從而使床層內(nèi)的催化劑處在不同的反應(yīng)條件下，影響反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率。
在加氫過程中，使物流冷卻和再分配的內(nèi)構(gòu)件的高度應(yīng)盡可能低。因為加氫反應(yīng)器大多數(shù)為高壓反應(yīng)器，反應(yīng)器的直徑較大且器壁較厚，而且一般有多個催化劑床層，因此需要多組內(nèi)構(gòu)件，內(nèi)構(gòu)件高度的降低可以使反應(yīng)器的總高度降低，從而節(jié)約反應(yīng)器制造材料的投資。反應(yīng)器總高的降低，還可以減輕反應(yīng)器的總重量，從而節(jié)省器體支撐結(jié)構(gòu)的投資。此外，較大結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)器還會給運(yùn)輸和安裝帶來困難。
因此，對于放熱的烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器而言，要求內(nèi)構(gòu)件應(yīng)具有如下特點一方面，使加入的冷介質(zhì)與熱反應(yīng)物流混合均勻，并均勻地分配到下一催化劑床層；另一方面，占用反應(yīng)器內(nèi)的空間高度應(yīng)盡可能小。
起混合與分配作用的內(nèi)構(gòu)件一般包括以下幾部分冷介質(zhì)引入裝置，急冷箱，預(yù)分布板和分布板。冷介質(zhì)引入裝置一般為分布盤或分布管，冷介質(zhì)均勻噴出，與上一床層來的反應(yīng)物流初步混合后進(jìn)入急冷箱。急冷箱的作用是使加入的冷介質(zhì)與反應(yīng)物流在其內(nèi)部盡可能地實現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱的平衡，使混合物流的溫度和組成均一。預(yù)分布板的作用是使急冷箱出來的混合物流進(jìn)行預(yù)分布后，到達(dá)分布板。分布板的作用是使混合物流均勻地分布到下一催化劑床層。
急冷箱是放熱烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的重要組成部分，上一催化劑床層出來的熱反應(yīng)物流與補(bǔ)充進(jìn)來的冷介質(zhì)在急冷箱內(nèi)進(jìn)行充分的混合，為了增強(qiáng)混合效果，在急冷箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，一般采用節(jié)流、碰撞與旋流的機(jī)理。US3502445提出的急冷箱是，氣液兩相經(jīng)過收集板上的兩個節(jié)流孔進(jìn)入急冷箱內(nèi)，氣液兩相混合物經(jīng)過對撞后，分成兩路出急冷箱。這種結(jié)構(gòu)已在工業(yè)裝置上得到了廣泛的應(yīng)用，但其混合效果并不理想，從而造成床層內(nèi)較大的徑向溫差。CN2294771Y和CN2448440Y分別提出了獨具特色的急冷箱結(jié)構(gòu)，但歸納起來說，二者均是將氣液兩相混合物分成兩路，只是在急冷箱出口附近分開的兩股物流才匯合在一起，并以旋流的方式出急冷箱。這種氣液兩相混合物流分成兩股的方法，可以使每股物流內(nèi)的氣液兩相混合均勻，但是由于分開的兩股物流匯合后的接觸時間較短，兩股物流之間的不均勻性會導(dǎo)致急冷箱出口物流溫度的不均一，從而使反應(yīng)物流不能以均一的溫度進(jìn)入下一催化劑床層，床層入口存在較大的徑向溫差，這種較大的徑向溫差在催化劑床層內(nèi)隨著反應(yīng)的進(jìn)行還會進(jìn)一步地擴(kuò)大，進(jìn)而影響催化劑性能的發(fā)揮。此外，上述急冷箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造與安裝困難，且操作彈性均很小。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的急冷混合器，該急冷混合器在外形上有別于箱式結(jié)構(gòu)，該急冷混合器使冷介質(zhì)與高溫反應(yīng)物流在急冷混合器內(nèi)進(jìn)行充分地傳熱和傳質(zhì)，避免催化劑床層內(nèi)由于反應(yīng)物流與冷氫混合不均造成的局部高溫對催化劑物理性能的損害及催化劑上積炭的驟增。
本實用新型提供的急冷混合器結(jié)構(gòu)如下急冷混合器呈環(huán)形管狀，由入口1和2、流道3和4、直管流道6、環(huán)形流道8和9、直管流道11、出口12構(gòu)成，其中流道3和4與直管流道6相交于點5，直管流道6與環(huán)形流道8和9相交于點7，環(huán)形流道8和9與直管流道11相交于點10。
本實用新型提供的急冷混合器可以實現(xiàn)高溫反應(yīng)物流與補(bǔ)充的冷介質(zhì)的充分混合，減小下一催化劑床層入口處的徑向溫差，有利于催化劑活性與選擇性的充分發(fā)揮。


圖1為本實用新型提供的急冷混合器俯視圖，圖2為圖1中虛線所圈A部分的側(cè)視圖，圖3為圖1中虛線所圈B部分的側(cè)視圖。
具體實施方式
放熱的烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的催化劑分成多個床層，相鄰床層之間的空間內(nèi)設(shè)有一組內(nèi)構(gòu)件，補(bǔ)充的溫度較低的介質(zhì)與上一催化劑床層來的高溫反應(yīng)物流在急冷混合器內(nèi)實現(xiàn)充分混合，在急冷混合器的結(jié)構(gòu)上采用了節(jié)流、碰撞和強(qiáng)化混合等機(jī)理。急冷混合器以管狀通道為主要結(jié)構(gòu)，物流分別通過急冷混合器的兩個入口進(jìn)入，經(jīng)過一段距離后兩股物流經(jīng)過激烈地碰撞并匯合于直管流道，并在直管流道內(nèi)流向反應(yīng)器的內(nèi)壁附近，而后再分成兩股，分別沿環(huán)形流道流向反應(yīng)器內(nèi)的另一側(cè)，兩股物流經(jīng)過激烈地碰撞后在另一直管流道處匯合，由直管流道流向反應(yīng)器的中心，經(jīng)液相收集板中心的開孔到達(dá)急冷混合器下部的預(yù)分布板。為了強(qiáng)化流體在急冷混合器內(nèi)的混合，在急冷混合器的管狀通道內(nèi)的任意位置可以設(shè)置擋板、節(jié)流孔或混合元件如波紋片、螺旋片等。
以下結(jié)合附圖對本實用新型提供的急冷混合器予以進(jìn)一步的說明，但并不因此而限制本實用新型。
圖1為本實用新型提供的急冷混合器俯視圖，圖2為圖1中虛線所圈A部分的側(cè)視圖，圖3為圖1中虛線所圈B部分的側(cè)視圖。
本實用新型提供的急冷混合器結(jié)構(gòu)如下急冷混合器呈環(huán)形管狀，由入口1和2、流道3和4、直管流道6、環(huán)形流道8和9、直管流道11、出口12構(gòu)成，其中流道3和4與直管流道6相交于點5，直管流道6與環(huán)形流道8和9相交于點7，環(huán)形流道8和9與直管流道11相交于點10。入口1和2位于直管流道6的兩側(cè)，最好處于對稱位置，對稱中心為反應(yīng)器的中心軸。本實用新型中的入口1和2可以合并為一個入口于點5，混合物料由點5處直接進(jìn)入。
本實用新型提供的急冷混合器操作方法如下如圖1所示，上一催化劑床層來的熱反應(yīng)物流與補(bǔ)充的冷介質(zhì)的混合物分別由急冷混合器的入口1和2進(jìn)入管狀急冷混合器，兩股物流分別經(jīng)過流道3和4流向匯合點5，在匯合點5處兩股物流發(fā)生激烈地碰撞并混合，隨后進(jìn)入直管流道6，在直管流道6的另一端7處，混合物流再次分成兩股，分別沿著靠近反應(yīng)器內(nèi)壁的環(huán)形流道8和9流向?qū)γ娴膮R合點10，在匯合點10處兩股物流再次發(fā)生激烈地碰撞并混合，隨后進(jìn)入直管流道11，混合物流在直管流道11內(nèi)進(jìn)一步進(jìn)行強(qiáng)化混合，經(jīng)過充分混合的物流在反應(yīng)器的中心處開孔即出口12處到達(dá)下部的預(yù)分布板。預(yù)分布板為篩板結(jié)構(gòu)，為了防止液相在急冷混合器出口處過于集中地流到下部的預(yù)分布板，在急冷混合器的出口處設(shè)有擋板。
如圖2所示，在液相收集板13上開有圓形凹槽14，收集板上的液相在凹槽處匯集，急冷混合器入口流道3的開口面向凹槽，在入口1的側(cè)面開有條孔15，汽液兩相經(jīng)過條孔進(jìn)入急冷混合器。入口2具有與入口1相同的結(jié)構(gòu)。
如圖3所示，11為急冷混合器的直管流道，12為急冷混合器在液相收集板13上的開孔，混合物流通過開孔12到達(dá)下部預(yù)分布板，為了使液相能夠比較均勻地分布到下部的預(yù)分布板，在急冷混合器開口12的下方設(shè)有擋板16，氣液兩相混合物由擋板16的側(cè)面流出。
本實用新型提供的急冷混合器優(yōu)點如下1、急冷混合器主體為管狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易加工制造。此外，可分割為以法蘭連接的多組部件，便于安裝與拆卸。
2、流體在流道內(nèi)的兩次匯合時，兩股物流都要經(jīng)過激烈地碰撞，從而強(qiáng)化混合效果。
3、混合物料經(jīng)過兩次直管流道混合，可避免因分流導(dǎo)致的偏流而引起的混合不均問題。此外，還可大大提高急冷混合器的操作彈性。
4、在急冷混合器的管狀流道內(nèi)任何位置可設(shè)置混合元件，強(qiáng)化物流的混合。
5、急冷混合器的管狀結(jié)構(gòu)布置在反應(yīng)器內(nèi)的收集板上，在一個平面內(nèi)實現(xiàn)急冷混合器結(jié)構(gòu)的布置，急冷混合器的標(biāo)高低，占用反應(yīng)器的空間高度低，從而有利于減少設(shè)備投資。
權(quán)利要求1.一種烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的急冷混合器，其特征在于該急冷混合器呈環(huán)形管狀，由入口(1)和(2)、流道(3)和(4)、直管流道(6)、環(huán)形流道(8)和(9)、直管流道(11)、出口(12)構(gòu)成，其中流道(3)和(4)與直管流道(6)相交于點(5)，直管流道(6)與環(huán)形流道(8)和(9)相交于點(7)，環(huán)形流道(8)和(9)與直管流道(11)相交于點(10)。
2.按照權(quán)利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道截面為圓形、正方形、長方形或其組合。
3.按照權(quán)利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的所有流道內(nèi)加裝擋板、節(jié)流孔或混合元件。
4.按照權(quán)利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的入口(1)和(2)位于直管流道(6)的兩側(cè)。
專利摘要一種烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器內(nèi)的急冷混合器，該急冷混合器呈環(huán)形管狀，由入口1和2、流道3和4、直管流道6、環(huán)形流道8和9、直管流道11、出口12構(gòu)成，其中流道3和4與直管流道6相交于點5，直管流道6與環(huán)形流道8和9相交于點7，環(huán)形流道8和9與直管流道11相交于點10。該急冷混合器可以實現(xiàn)高溫反應(yīng)物流與補(bǔ)充的冷介質(zhì)的充分混合，減小下一催化劑床層入口處的徑向溫差，有利于催化劑活性與選擇性的充分發(fā)揮。
文檔編號C10G49/00GK2600160SQ0323696
公開日2004年1月21日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者楊克勇, 趙志海, 師峰, 王少兵, 金欣, 付錦暉, 石亞華, 張占柱 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院