一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，由頂蓋板(1)、文丘里管噴嘴(2)、中間吸液孔管(3)、中間喉管(4)、下降擴(kuò)散管(5)、折流板(6)和凹形連接板(7)組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型解決加氫反應(yīng)器中氣相流對(duì)液相流的霧化程度低，液滴尺寸大，即氣相流與液相流之間的對(duì)流和擴(kuò)散強(qiáng)度低，存在液相流中氫氣溶解度小以及熱解速度低的問題以及現(xiàn)有加氫反應(yīng)器的“氣液分配器”在催化劑床層上部的液相流噴灑不均勻所導(dǎo)致出現(xiàn)“滴流區(qū)域”和“脈沖區(qū)域”的問題。
【專利說明】一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及用于石油煉制(或煤焦油)加氫裝置的固定床加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，尤其是涉及一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器。

【背景技術(shù)】
[0002]在下降流固定床各類加氫反應(yīng)器內(nèi)，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)供反應(yīng)物流(氣相流和液相流)通過的催化劑床層。當(dāng)氫氣在液相流中的溶解度較低和加氫反應(yīng)中接觸不到氫氣兩種情況同時(shí)存在時(shí)，就是嚴(yán)重的“缺氫”現(xiàn)象，尤其是催化劑床層出現(xiàn)“局部溝流”區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加氫時(shí)，未汽化的重質(zhì)油品中的殘留稠環(huán)芳烴及二烯烴類等，在“局部缺氫”的條件下，非常容易發(fā)生疊合反應(yīng)、縮聚反應(yīng)和縮合反應(yīng)等“有害反應(yīng)”，導(dǎo)致催化劑表面積炭失去活性。
[0003]每個(gè)催化劑床層的反應(yīng)物流理想流動(dòng)狀態(tài)，是高速氣相流能夠?qū)Φ退僖合嗔饔休^大的剪切作用力，即催化劑顆粒外部和內(nèi)部的液膜被氣相流吹散(霧化)成許多小液滴，并處于噴灑狀態(tài)，有利于液相流在連續(xù)下降過程中向各個(gè)催化劑顆粒內(nèi)均勻擴(kuò)散，也有利于液相流向催化劑顆粒外部均勻擴(kuò)散，以提高氫氣向液相流中的溶解速度和增加氫氣的溶解度。只有反應(yīng)物流在整個(gè)催化劑床層達(dá)到均勻分布狀態(tài)，才能有效避免“有害反應(yīng)”發(fā)生，對(duì)提高反應(yīng)質(zhì)量和提高催化劑平均使用壽命極為有利。
[0004]根據(jù)上述，每個(gè)催化劑床層上部設(shè)置的氣液頂(再)分配盤板，其核心部件就是各種形式“氣液分配器”。它決定著加氫反應(yīng)器催化劑床層內(nèi)是否會(huì)出現(xiàn)“局部溝流”和“局部缺氫”等“有害現(xiàn)象”發(fā)生。
[0005]目前國內(nèi)外重質(zhì)油品加氫反應(yīng)器床層一般都會(huì)出現(xiàn)不同程度的“局部偏流”現(xiàn)象和“局部軸向溝流”現(xiàn)象，使得催化劑床層內(nèi)呈現(xiàn)不同的流速區(qū)域。
[0006]在液相流多的區(qū)域內(nèi)，氣相流和液相流的流速都相對(duì)較慢，而液相流較少的區(qū)域內(nèi)，兩相流的流速都較快。理論界將不同流速區(qū)域分為三個(gè)類型的流速區(qū):即“滴流區(qū)域”、“脈沖區(qū)域”和“噴灑區(qū)域”，后者是最理想反應(yīng)區(qū)域。
[0007]在液相流偏多的“滴流區(qū)域”內(nèi)，由于液相流多阻力大，較低速度的氣相流對(duì)液相流的剪切作用力小，液相流是以液膜形式沿著催化劑顆粒外表面向下流動(dòng)，形成了對(duì)催化劑顆粒的非理想“連續(xù)包裹”狀態(tài)，低速的氣相流僅在催化劑顆粒之間曲折向下流動(dòng)，氣相流(氫氣)接觸催化劑顆粒內(nèi)部“酸性中心”的機(jī)會(huì)少，導(dǎo)致反應(yīng)“局部缺氫”現(xiàn)象很嚴(yán)重。
[0008]在液相流相對(duì)少一點(diǎn)的脈沖區(qū)域內(nèi)，較高流速氣相流對(duì)液相流剪切作用力有一定提高，催化劑顆粒的外表面液膜被氣相流攪動(dòng)的波長大于液膜厚度時(shí)，破壞了液體的表面張力，液膜開始“架橋”，阻止氣相流的流動(dòng)使之形成脈沖流動(dòng)狀態(tài)，形成了對(duì)催化劑顆粒的較理想“間斷包裹”狀態(tài)，氣相流有一定機(jī)會(huì)接觸催化劑顆粒，反應(yīng)“缺氫”現(xiàn)象得到一定程度的改善。
[0009]在液相流適中的“噴灑區(qū)域”內(nèi)，較高流速的氣相流對(duì)液相流剪切作用力增強(qiáng)，液膜被氣相流吹散成為小液滴，而處于飄浮最理想的“噴灑”狀態(tài)，這種狀態(tài)是最理想的“加氫精制和加氫裂化反應(yīng)”條件，高速氣相流將小液滴吹送到催化劑顆粒的內(nèi)部，并一同與液相流發(fā)生各種加氫反應(yīng)，此時(shí)催化劑床層的徑向和軸向“局部高溫”和“局部缺氫”現(xiàn)象消失，對(duì)提聞反應(yīng)質(zhì)量和提聞催化劑使用壽命極為有利。
[0010]如何使液相流和氣相流之間通過強(qiáng)對(duì)流方式和高擴(kuò)散方式進(jìn)行有效換熱和增加液相流中的氫氣溶解度，即如何使液相流被氣相流高效霧化，被均勻地噴灑在催化劑床層上，使得液相流能夠向各催化劑顆粒內(nèi)部均勻擴(kuò)散，反應(yīng)產(chǎn)物順利向顆粒的外部擴(kuò)散，是各種加氫反應(yīng)器“氣液分配器”結(jié)構(gòu)開發(fā)面對(duì)的一個(gè)大課題。
[0011]目前，隨著國內(nèi)外加氫技術(shù)的發(fā)展，加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件之一的各種“氣液分配器”出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式，主要有以下幾種形式:
[0012]1.斜口長(或短)下降管型氣液分配器:
[0013]該結(jié)構(gòu)形式屬于“溢流式下降管型氣液分配器”的一種早期型號(hào)，主要由斜口長(或短)下降管以及圓蓋板組成。
[0014]斜口長(或短)下降管用無縫鋼管加工成為頂部斜口，管壁中部開有一排或多排4個(gè)均勻分布的溢流圓孔，下部的一段管子外直徑被加工成與氣液分配盤板上布置的圓孔一致，并用脹接方法固定。圓蓋板被水平設(shè)置在下降管頂部斜口上方，并用焊接方法固定。
[0015]工作原理:氣相流與液相流的界面處于“斜口長(或短)下降管”的中部偏上位置，即斜口長(或短)下降管上部斜口與水平圓蓋板形成的斜口處于氣相流中，而溢流下降擴(kuò)散管的一排或多排4個(gè)均勻分布溢流圓孔被淹沒在液相流中。氣相流從長(或短)下降管上部的斜管口進(jìn)入，液相流則從斜口下降管中部的溢流圓孔進(jìn)入，在重力作用下形成了 4股下降液體流，到達(dá)下降管底部出口處被低速垂直氣相流噴出口處形成的“微負(fù)壓區(qū)”所抽吸，在氣流攪動(dòng)下形成了尺寸大小不同的液滴，并直接噴灑在正下方的催化劑床層上。
[0016]該種分配器結(jié)構(gòu)簡單、壓降最小、分配盤板上單位面積分布的氣液分配器數(shù)量多，對(duì)氣相與液相的均勻分布有一定作用。但是存在以下缺點(diǎn):
[0017](I)氣相流霧化液相流能力很差,液滴尺寸大,反應(yīng)物流之間溫差大,氫氣在液相流中的溶解度不均勻，造成催化劑床層的徑向溫差高達(dá)10°C以上。
[0018](2)由于斜口長(或短)下降管的底部出口直接朝向催化劑床層上部的瓷球?qū)?，形成了“局部軸向溝流”現(xiàn)象，使得加氫反應(yīng)產(chǎn)生了“有害反應(yīng)”，導(dǎo)致催化劑表面積炭失去活性。為了避免該問題，就必須在很大程度上增加保護(hù)催化劑床層和催化劑床層上部瓷球?qū)拥母叨?，使設(shè)備投資增加太大。
[0019]由于上述兩個(gè)缺點(diǎn)，目前加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件已很少采用該技術(shù)。
[0020]2.抽吸式泡罩型氣液分配器:
[0021]該氣液分配器屬于“抽吸-溢流式泡罩型氣液分配器”，由泡罩、氣液下降管、破碎圓板、連接組件等組成。氣液下降管位于泡罩中心，其上端和外側(cè)與泡罩都留有適當(dāng)間隙，其下端被固定在氣液分配盤板上，泡帽的圓柱面下端均勻分布6個(gè)平行于軸(母)線的齒縫，設(shè)置的水平破碎圓板與下降管底端面留有適當(dāng)環(huán)形間隙。
[0022]工作原理:當(dāng)高速氣相流從泡帽的齒縫上部孔隙進(jìn)入泡罩內(nèi)的液相流中，擾動(dòng)液體形成許多連串壓縮氣泡，壓縮氣泡上升到靠近液面處并迅速膨脹破滅，氣泡破滅時(shí)所釋放的壓縮能量將一小部分液相流拋灑到中心下降管上部空間內(nèi)，形成大小不一的液滴，并隨著氣相流下降到出口處，而大部分液相流則被鼓泡膨脹破滅時(shí)產(chǎn)生的涌浪推過中心下降管口，并沿著管壁成股流淌下來。當(dāng)大小不同的液滴在中心下降管的出口處存在兩種流動(dòng)狀態(tài):其一，少量小液滴的質(zhì)量小，其向下的慣性力也小，可以隨氣相流一同由垂直流動(dòng)方向改變成水平流動(dòng)狀態(tài)，并被噴灑到催化劑床層上部空間內(nèi)自由下落；其二，大量較大液滴的質(zhì)量大，其向下慣性力也大，使其直接沖向液體破碎器的水平圓板上，接觸板面后形成更大的液滴，可見破碎器效果不十分理想。
[0023]該種分配器氣相流對(duì)液相流的對(duì)流效果較好，但是存在以下缺點(diǎn):
[0024](I)結(jié)構(gòu)組件復(fù)雜、壓降最大；由于結(jié)構(gòu)尺寸大，數(shù)量少，均勻性差
[0025](2)由于氣液下降管的面積大，流動(dòng)速度緩慢，氣相流與液相流的對(duì)流程度和擴(kuò)散程度均有限、氫氣在液相流中的溶解度也不均勻，加氫反應(yīng)質(zhì)量和效果不十分理想；
[0026](3)氣相流對(duì)液相流霧化效果差,大尺寸液滴多，反應(yīng)物流噴灑在催化劑床層的均勻性差，容易在“泡罩”正下方的催化劑床層上形成“局部軸向溝流”現(xiàn)象，導(dǎo)致“有害反應(yīng)”發(fā)生。使得催化劑床層截面上的徑向溫差較大(5-9°C之間)。為了延長催化劑使用壽命和使得成品油質(zhì)量符合新的國家標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)汽柴油、潤滑油和石蠟油加氫反應(yīng)器的數(shù)量由原來一臺(tái)改成兩臺(tái)，就是為了增加了保護(hù)催化劑床層高度和反應(yīng)催化劑床層高度(包括瓷球?qū)痈叨?。這在很大程度上增加了設(shè)備投資。
[0027]由于“抽吸式泡罩型氣液分配器(抽吸型)比斜口長(短)下降管氣液分配器(溢流型)的氣相分散(霧化)液相能力高出很多，因此，目前國內(nèi)在役和設(shè)計(jì)的輕質(zhì)油品加氫反應(yīng)器內(nèi)多數(shù)使用該技術(shù)。
[0028]3.引進(jìn)的聯(lián)合油(Un1n Oil)HD溢流式下降管型氣液分配器:
[0029]該產(chǎn)品是近十多年來國外公司開發(fā)的新型“氣液分配器”，是斜口長下降管氣液分配器的改進(jìn)型。其結(jié)構(gòu)由:平口下降管、折流圓板、連接條板等組成。
[0030]平口下降管用無縫鋼管加工成為頂部平口，管壁中部開有二排4個(gè)均勻分布的溢流圓孔，其下部的一段管子外直徑被加工成與氣液分配盤板上布置的圓孔一致，并用脹接方法固定。平口下降管的底端面與折流圓板的上表面之間留有環(huán)形間隙，并用連接條板焊接固定。
[0031]工作原理:氣相流從平口下降管的頂部管口進(jìn)入，而液相流則從平口下降管中部的溢流圓孔進(jìn)入，液相流在重力作用下形成4股下降液體流，在下降管底部出口處被低速水平氣相流噴出口處形成的“微負(fù)壓區(qū)”所抽吸，在氣流攪動(dòng)下形成了尺寸大小不同的液滴，并被水平地拋灑在催化劑床層上部空間里。
[0032]優(yōu)點(diǎn):
[0033](I)由于平口下降管底部設(shè)置了折流圓板，反應(yīng)物流呈現(xiàn)一定程度上的“水平噴灑”狀態(tài)，減輕“局部軸向溝流”問題，其性能明顯高于前兩種的結(jié)構(gòu)形式。
[0034](2)結(jié)構(gòu)簡單、壓降較小，因其結(jié)構(gòu)尺寸小(管子規(guī)格Φ 25mm)，分布數(shù)量比“抽吸式泡罩型氣液分配器”多3倍以上，均勻性比“抽吸-溢流式泡罩型氣液分配器”好。是目前世界較先進(jìn)的“氣液分配器”之一。
[0035]缺點(diǎn):
[0036]氣相流從平口下降管的底端面與折流圓板之間的環(huán)形間隙水平噴出的流速低，故沿著管口環(huán)形區(qū)域內(nèi)只產(chǎn)生了“微負(fù)壓區(qū)”效應(yīng)，對(duì)4股向下的液相流的分散(霧化)能力很不足，使得氣相流中所夾帶的液滴尺寸較大，液滴尺寸大，其質(zhì)量也大，產(chǎn)生的向下慣性力也大，大液滴將直接沖向折流圓板上部表面產(chǎn)生更大的液滴。液滴尺寸大，對(duì)流和擴(kuò)散性差，氫氣在液相流中的溶解度也不均勻，加氫反應(yīng)質(zhì)量和效果不理想，造成氣液分配盤板下部的催化劑床層的徑向溫度差達(dá)5-7°C以上。在一定程度上還需要增加保護(hù)催化劑床層高度和反應(yīng)催化劑床層高度(包括瓷球?qū)痈叨?，即增加了設(shè)備投資。
[0037]4.FRIPP噴嘴式(下降管)型氣液分配器:
[0038]該產(chǎn)品是近幾年由撫順石油化工研究院開發(fā)的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)由平口下降管、折流圓板、連接條板等組成。它是國外“HD溢流式下降管型氣液分配器”的仿制型。
[0039]結(jié)構(gòu)原理:其結(jié)構(gòu)與HD型氣液分配器基本相同，唯一不同的是將平口下降管中部的液相溢流圓孔改成長圓孔。優(yōu)點(diǎn)與“HD溢流式下降管型氣液分配器”基本一致。由于只是仿制“HD溢流式下降管型氣液分配器”，故沒有克服前者存在的缺點(diǎn)。
[0040]5.溢流-噴射型氣液分配器:
[0041]由頂蓋板、文丘里管噴嘴、下降擴(kuò)散管、折流板和連接條板等組成。其原理是利用小型文丘里噴射管原理，將氣相流變成高速流從噴嘴噴射出來，將液相流霧化成霧滴。
[0042]優(yōu)點(diǎn):
[0043](I)由于平口下降管底部設(shè)置了折流圓板，反應(yīng)物流呈現(xiàn)一定程度上的“水平噴灑”狀態(tài)，減輕“局部軸向溝流”問題，其性能明顯高于前兩種的結(jié)構(gòu)形式。
[0044](2)結(jié)構(gòu)簡單、壓降較小，因其結(jié)構(gòu)尺寸小(管子規(guī)格Φ 25mm)，分布數(shù)量比“抽吸式泡罩型氣液分配器”多3倍以上，均勻性比“抽吸-溢流式泡罩型氣液分配器”好。是目前世界較先進(jìn)的“氣液分配器”之一。
[0045]缺點(diǎn):為了減少氣液分配器的阻力降，該組件省略了文丘里管的喉管結(jié)構(gòu)，其霧化效果不十分理想。
[0046]除此之外，以上幾種“氣液分配器”都在不同程度上存在以下兩個(gè)方面的問題:
[0047]1、氣相流對(duì)液相流的霧化程度低，即對(duì)流和擴(kuò)散強(qiáng)度低，液滴尺寸大所造成的液相流中氫氣溶解度和溫度均勻性差的問題；
[0048]2、在催化劑床層上，存在液相流噴灑不均勻問題，導(dǎo)致其出現(xiàn)“局部軸向溝流”現(xiàn)象，徑向溫差大。不同程度上出現(xiàn)“有害反應(yīng)”發(fā)生。為此，需要增加催化劑保護(hù)劑床層高度和催化劑床層(包括瓷球?qū)?高度，造成反應(yīng)器價(jià)格高、設(shè)備投資較大等問題。
[0049]由此可見，存在上述問題的“氣液分配器”都不是理想的產(chǎn)品。為了使反應(yīng)物流被均勻地“噴灑”催化劑床層上，保證加氫反應(yīng)穩(wěn)定、安全生產(chǎn)以及長周期運(yùn)行，降低保護(hù)催化劑床層高度和加氫反應(yīng)催化劑床層高度，“氣液分配器”仍需進(jìn)行改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0050]本實(shí)用新型的第一個(gè)目的是解決加氫反應(yīng)器中氣相流對(duì)液相流的霧化程度低，液滴尺寸大，即氣相流與液相流之間的對(duì)流和擴(kuò)散強(qiáng)度低，存在液相流中氫氣溶解度小以及熱解速度低的問題。
[0051]本實(shí)用新型的另一個(gè)目的是解決現(xiàn)有加氫反應(yīng)器的“氣液分配器”在催化劑床層上部的液相流噴灑不均勻所導(dǎo)致出現(xiàn)“滴流區(qū)域”和“脈沖區(qū)域”的問題。
[0052]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0053]一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，由頂蓋板、文丘里管噴嘴、中間吸液孔管、中間喉管、下降擴(kuò)散管、折流板和凹形連接板組成，
[0054]所述的頂蓋板設(shè)置在文丘里管噴嘴的上端部管口，對(duì)文丘里管噴嘴進(jìn)行遮蓋，
[0055]所述的頂蓋板與文丘里管噴嘴的上端部留有空隙或直接連接，
[0056]所述的中間吸液孔管的兩端分別連接文丘里管噴嘴及中間喉管，
[0057]所述的中間喉管下端與下降擴(kuò)散管連通，將文丘里管噴嘴噴出的高速氣流導(dǎo)入到下降擴(kuò)散管的擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)，
[0058]所述的折流板焊接在凹形連接板的卡口內(nèi)，
[0059]所述的下降擴(kuò)散管與凹形連接板焊接連接形成一柱形間隙。
[0060]所述的文丘里管噴嘴的頂部管壁上均勻分布有4個(gè)帶半圓形結(jié)構(gòu)的長孔。
[0061]所述的文丘里管噴嘴上部為圓柱狀結(jié)構(gòu)，下端為倒圓錐狀結(jié)構(gòu)。
[0062]所述的文丘里管噴嘴的下端與中間吸液孔管的頂部水平管口相連接，中間吸液孔管下部水平管口與中間喉管相連接。
[0063]所述的中間吸液孔管的中部開設(shè)有2-4個(gè)供液相通過的開孔。
[0064]所述的下降擴(kuò)散管的上部為圓錐管形的縮口狀結(jié)構(gòu)，下部為管口平齊的圓柱狀結(jié)構(gòu)。
[0065]所述的文丘里管噴嘴、中間吸液孔管、中間喉管、下降擴(kuò)散管焊接組合成文丘里管結(jié)構(gòu)。
[0066]所述的下降擴(kuò)散管的下部水平端口與折流板之間有5-10毫米環(huán)形縫隙，使得霧化后的霧滴與氣體呈水平狀態(tài)噴射。
[0067]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0068](I)氣、液反應(yīng)物流的對(duì)流和擴(kuò)散性比“溢流-噴射型氣液分配器”提高了 94%左右，液相霧滴中的氫氣溶解度提高了 87%。
[0069](2) “局部溝流”現(xiàn)象完全消失，杜絕了 “有害反應(yīng)”發(fā)生，使得整個(gè)催化劑床層均處于真正理想的“噴灑區(qū)域”狀態(tài)，徑向溫差不超過2°C，有效地降低了催化劑保護(hù)劑床層高度和催化劑床層(包括瓷球?qū)?高度30%左右。同時(shí)加氫催化劑使用壽命提高90%以上。
[0070](3)通過反復(fù)試驗(yàn)，證明其性能明顯高于“HD下降管型氣液分配器”和“溢流-噴射型氣液分配器”，已經(jīng)成功應(yīng)用15萬噸/年煤焦油加氫精制裝置上，效果明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0071]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0072]圖中，I為頂蓋板、2為文丘里管噴嘴、3為中間吸液孔管、4為中間喉管、5為下降擴(kuò)散管、6為折流板、7為凹形連接板。

【具體實(shí)施方式】
[0073]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0074]實(shí)施例
[0075]—種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該分配器由頂蓋板
1、文丘里管噴嘴2、中間吸液孔管3、中間喉管4、下降擴(kuò)散管5、折流板6和凹形連接板7組成。頂蓋板I設(shè)置在文丘里管噴嘴2的上端部管口，對(duì)文丘里管噴嘴2進(jìn)行密封，中間吸液孔管3的兩端分別連接文丘里管噴嘴2及中間喉管4，中間喉管4下端與下降擴(kuò)散管5連通，將文丘里管噴嘴2噴出的高速氣流導(dǎo)入到下降擴(kuò)散管5的擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)，折流板6焊接在凹形連接板7的卡口內(nèi)，下降擴(kuò)散管5與凹形連接板7焊接連接形成一柱形間隙。
[0076]接下來對(duì)各組件做進(jìn)一步的說明:
[0077]頂蓋板I是將其用于密封文丘里管噴嘴2上端部管口，使得氣相流只能從文丘里管噴嘴2頂部管壁上的4個(gè)均勻分布的長圓孔進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)不同溫度的氣相流之間進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流性和高擴(kuò)散性熱交換。
[0078]文丘里管噴嘴2的上端管壁加工4個(gè)均勻分布的供氣相流進(jìn)入的長圓孔，其下部被加工成小型文丘里管噴嘴結(jié)構(gòu)形式，在文丘里管噴嘴段外部與中間吸液孔管3的頂部水平口處相連接，而中間吸液孔管3的下部水平管口與中間喉管4連接在一起，形成了典型的文丘里管結(jié)構(gòu)形式，利用小型文丘里管噴嘴所噴射出來的高速氣相流，在喉管口處產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形負(fù)壓區(qū)域，使其具有抽吸液相流進(jìn)入到高速氣相流中的功能。
[0079]中間吸液孔管3是將一段上下水平口的鋼管中部加工2-4孔，以供液相流由此通過，并將上部文丘里管噴嘴2與下部中間喉管4連接在一起。
[0080]中間喉管4是將圓鋼加工成文丘里管喉管結(jié)構(gòu)，上部與中間吸液孔管3，下部與下降擴(kuò)散管5相連接，其主要作用是將由文丘里管噴嘴2噴出的高速氣流導(dǎo)入到下降擴(kuò)散管5擴(kuò)散室內(nèi)，同時(shí)其上部所產(chǎn)生的環(huán)形負(fù)壓區(qū)將液相流攜帶到喉管的高速氣相流中。
[0081]下降擴(kuò)散管5是將鋼管上部加工成為圓錐管形的縮口形狀，形成了文丘里管的擴(kuò)散室，其下部一段管直徑被加工成與氣液分配盤板開設(shè)的同直徑圓孔相連接，其下部管口加工平齊，其結(jié)構(gòu)特征具有與小型文丘里管喉徑和擴(kuò)散室的同等原理，當(dāng)?shù)退僖合嗔鞅怀槲礁咚贇庀嗔髦泻?，在高速氣相流?qiáng)烈擾動(dòng)作用下將液相流霧化成細(xì)小霧滴。
[0082]折流板6與凹形連接板7的卡口焊接在一起，并通過凹形條板7上部與下降擴(kuò)散管5下部水平管端焊接在一起，使之形成了一個(gè)柱形間隙，使各反應(yīng)物流以水平放射形狀噴灑到催化劑床層上部空間。
[0083]以此上述結(jié)構(gòu)，形成了小型文丘里管組件，即新型“文丘里管型氣液分配器”。
[0084]在頂(再)氣液分配盤板上，氣相流與液相流的分界面處于新型“文丘里管型氣液分配器”的中部偏上一點(diǎn)的位置，即文丘里管噴嘴2的4個(gè)均勻分布的長圓孔處于氣相流中，而中間吸液孔管3的幾個(gè)均勻分布進(jìn)液孔被淹沒在液相流中。
[0085]利用“小型文丘里管噴射原理”，氣相流從文丘里管噴嘴2上部的幾個(gè)均勻分布的長圓孔進(jìn)入到其內(nèi)部，此時(shí)不同溫度的氣相流之間進(jìn)行強(qiáng)對(duì)流性和高擴(kuò)散性熱交換，再從其下部的噴嘴管口高速噴射出，經(jīng)過中間喉管4進(jìn)入到下降擴(kuò)散管5的擴(kuò)散室內(nèi)，并在中間喉管4上部區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)環(huán)形負(fù)壓區(qū)域，而液相流則從中間吸液孔管3的幾個(gè)均勻分布進(jìn)液孔進(jìn)入到環(huán)形負(fù)壓區(qū)域內(nèi)，在液位差壓力和負(fù)壓抽吸共同作用下，進(jìn)入到高速擾動(dòng)著的下降氣相流中，在擴(kuò)散室內(nèi)被強(qiáng)烈擾動(dòng)的氣相流霧化成為細(xì)小液滴，這些細(xì)小液滴因其質(zhì)量很小，故慣性力也小，可以隨著氣相流一起漂浮流動(dòng)，故可以利用“折流水平噴射原理”，將垂直下降的“氣、液混合物流”通過折流板6使其改變成水平方向流動(dòng)后，從環(huán)形間隙以水平放射狀態(tài)噴射出來，進(jìn)入到催化劑床層上部空間。
[0086]由于“文丘里管型氣液分配器”具有真正小型文丘里噴射管的典型結(jié)構(gòu)特征，可以大密度地在頂(再)氣液分配盤板上分布，有利于霧化后的細(xì)小霧滴充滿整個(gè)催化劑床層上部空間內(nèi)，不僅提高了反應(yīng)物流的強(qiáng)對(duì)流性和高度擴(kuò)散性，而且還提高了氫氣在液相霧滴中的溶解度，這些作用使得各種反應(yīng)物流的溫度趨于一致，使得催化劑床層里的加氫反應(yīng)處于最理想的“噴灑區(qū)域”狀態(tài)。
[0087]本實(shí)用新型主要解決了兩個(gè)技術(shù)問題:
[0088]1、解決加氫反應(yīng)器中氣相流對(duì)液相流的霧化程度低，液滴尺寸大，即氣相流與液相流之間的對(duì)流和擴(kuò)散強(qiáng)度低，存在液相流中氫氣溶解度小以及熱解速度低的問題。
[0089]2、解決現(xiàn)有加氫反應(yīng)器的“氣液分配器”在催化劑床層上部的液相流噴灑不均勻所導(dǎo)致出現(xiàn)“滴流區(qū)域”和“脈沖區(qū)域”，即稱之為“局部軸向溝流”現(xiàn)象，而非理想狀態(tài)的“噴灑區(qū)域”，這種結(jié)果會(huì)造成催化劑床層徑向溫差大，不同程度上出現(xiàn)“有害反應(yīng)”發(fā)生，為此，需要增加催化劑保護(hù)劑床層高度和催化劑床層(包括瓷球?qū)?高度問題。
[0090]解決上述第一個(gè)問題的技術(shù)方案:是采用了新型“文丘里管型氣液分配器”組件，該組件真正具有“小型文丘里管”完整結(jié)構(gòu)特征，在“文丘里管噴射原理”作用下，氣相流從文丘里管噴嘴2經(jīng)過中間喉管后4，噴射到下降擴(kuò)散管5的擴(kuò)散室內(nèi)，在噴嘴出口處所形成的“環(huán)形的負(fù)壓區(qū)域”將從中間吸液孔管4吸液孔進(jìn)入的液相流抽吸到喉管高速擾動(dòng)的高速氣流中，在下部擴(kuò)散管內(nèi)被強(qiáng)烈擾動(dòng)著的氣相流所霧化成為細(xì)小液滴，所以即解決了各種反應(yīng)物流之間對(duì)流和擴(kuò)散性低的問題，又提高了液相霧滴中氫氣的溶解度和熱解速度。由于增加了文丘里管的喉管結(jié)構(gòu)，其阻力增加了 0.02MPa左右，但是比起由于催化劑床層結(jié)焦所增加阻力0.2MPa來說，喉管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的阻力可以忽略不計(jì)。
[0091]解決上述第二個(gè)問題的技術(shù)方案:是采用了“水平噴射原理”和“大密度分布原理”。前者利用擴(kuò)散管5的管子底端面與折流板6之間形成的“環(huán)形間隙”，使得各種反應(yīng)物流呈水平噴射狀態(tài)，后者提高氣液分配盤板上的氣液分配器分布密度(提高數(shù)量)，兩者結(jié)合后，在整個(gè)催化劑床層上部形成了較均勻的漂浮霧滴噴灑區(qū)域。這樣就可以完全避免了“局部軸向溝流”現(xiàn)象，減小了催化劑床層徑向溫差，杜絕了“有害反應(yīng)”現(xiàn)象的發(fā)生，解決了需要增加催化劑保護(hù)劑床層高度和催化劑床層(包括瓷球?qū)?高度問題。應(yīng)用它可以避免催化劑床層出現(xiàn)“局部溝流”和“局部缺氫”現(xiàn)象，在減少反應(yīng)器高度的前提下，可以有效阻止“有害反應(yīng)”發(fā)生。
[0092]本實(shí)用新型適合加氫裝置反應(yīng)器工況:
[0093](I)適合石油類一次加工油品加氫裝置的加氫反應(yīng)器內(nèi)件，如汽、柴油加氫、潤滑油加氫、石蠟加氫等；
[0094](2)適合石油類二次加工油品加氫裝置的加氫反應(yīng)器內(nèi)件，如催化裂化蠟油加氫、渣油加氫；
[0095](3)適合煤焦油類加氫油品加氫裝置的反應(yīng)器，如加氫精制、加氫裂化及加氫改質(zhì)反應(yīng)器。
[0096]加氫精制反應(yīng)器催化劑床層的徑向最大溫差(三點(diǎn)測(cè)量)均小于2°C，可見實(shí)際效果特別理想，屬于國內(nèi)外技術(shù)最先進(jìn)的加氫反應(yīng)器“氣液分配器”。
【權(quán)利要求】
1.一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，該分配器由頂蓋板(1)、文丘里管噴嘴(2)、中間吸液孔管(3)、中間喉管(4)、下降擴(kuò)散管(5)、折流板(6)和凹形連接板(7)組成， 所述的頂蓋板(1)設(shè)置在文丘里管噴嘴(2)的上端部管口，對(duì)文丘里管噴嘴(2)進(jìn)行遮蓋， 所述的中間吸液孔管(3)的兩端分別連接文丘里管噴嘴(2)及中間喉管(4)， 所述的中間喉管(4)下端與下降擴(kuò)散管(5)連通，將文丘里管噴嘴(2)噴出的高速氣流導(dǎo)入到下降擴(kuò)散管(5)的擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)， 所述的折流板(6)焊接在凹形連接板(7)的卡口內(nèi)， 所述的下降擴(kuò)散管(5)與凹形連接板(7)焊接連接形成一柱形間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的文丘里管噴嘴(2)的頂部管壁上均勻分布有1個(gè)以上的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的文丘里管噴嘴(2)下端為倒圓錐狀結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的文丘里管噴嘴(2)的下端與中間吸液孔管(3)的頂部管口相連接，中間吸液孔管(3)下部管口與中間喉管(4)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的中間吸液孔管(3)的中部開設(shè)有1個(gè)以上供液相通過的開孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的下降擴(kuò)散管(5)的上部為圓錐管形的縮口狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的文丘里管噴嘴(2)、中間吸液孔管(3)、中間喉管(4)、下降擴(kuò)散管(5)焊接組合成文丘里管結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效霧化的文丘里管型氣液分配器，其特征在于，所述的下降擴(kuò)散管(5)的下部端口下方設(shè)有改變霧化后的霧滴與氣體噴射方向的折流板(6)。
【文檔編號(hào)】C10G45/00GK204051632SQ201420495863
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】馮斌, 孔會(huì)清, 鐘小萍 申請(qǐng)人:上海河圖工程股份有限公司, 馮斌