專利名稱：一種放熱反應器內(nèi)具有管狀通道的急冷混合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發(fā)生放熱反應的反應器內(nèi)的一種構件，具體地說是一種能實現(xiàn)熱的反應物流與補充的冷介質(zhì)充分混合的急冷混合器。
背景技術：
放熱反應在石油煉制和石油化工工藝過程中非常普遍，如加氫裂化反應、加氫精制反應和烷基化反應等均是放熱反應，在某些放熱反應過程中，如果不對反應物流的溫度加以控制的話，反應器內(nèi)催化劑床層內(nèi)部的溫度就有可能在短時間內(nèi)迅速上升，并達到難以控制的程度，這就是通常所指的“飛溫”現(xiàn)象，因此當反應的放熱量較大，催化劑床層的溫升較高時，通過適當?shù)睦鋮s方法來調(diào)節(jié)和控制反應物流的溫度并防止“飛溫”現(xiàn)象的發(fā)生是十分必要的?？晒┻x用的取熱方式一般有非直接取熱和直接加入冷卻介質(zhì)兩種方式，而后一種方式是通常采用的較好方法，即把反應器內(nèi)的催化劑床層分成兩個以上床層，在相鄰兩床層之間設置內(nèi)構件并補充冷介質(zhì)，以達到冷介質(zhì)與熱反應物流的充分混合，并能均勻地分布到下一催化劑床層中。
以加氫反應為例，在加氫反應器內(nèi)反應物流通常以氣相或氣、液兩相通過催化劑床層，并發(fā)生加氫裂化反應、加氫精制反應等放熱反應，為了控制反應物流的溫度，防止催化劑床層內(nèi)發(fā)生“飛溫”現(xiàn)象，通常將冷介質(zhì)加入到相鄰的兩個催化劑床層之間，并在反應器的內(nèi)構件中與上一催化劑床層來的熱反應物流進行充分的混合，并均勻地分布到下一催化劑床層中?；旌衔锪餮貜较蛭恢靡跃坏臏囟燃敖M成進入下一催化劑床層的上部是十分必要的，因為反應物流溫度及組成沿徑向的梯度會由于反應的進行而進一步加劇，最終有可能導致催化劑床層內(nèi)局部過熱，在局部過熱處催化劑的活性提高而選擇性降低，催化劑上的積炭快速增加，在加氫裂化過程中尤為明顯，這可導致催化劑的過早失活，且由于高溫的作用，催化劑載體的物理性能受到破壞，從而導致催化劑的過早老化。反應物流分配的不均勻還可使某一局部的氫氣濃度偏低，并加快此處催化劑的積炭速度，進而影響反應的選擇性和轉化率。
在加氫反應器內(nèi)，相鄰兩催化劑床層之間的內(nèi)構件一般包括冷介質(zhì)引入管、急冷混合器、預分布板和分布板。冷介質(zhì)引入管的作用是將溫度較低的冷介質(zhì)引入反應器內(nèi)，一般為帶有長方形開孔的直管、支狀管或環(huán)狀管等結構，冷介質(zhì)由引入管的開口均勻噴出，與上一催化劑床層來的熱反應物流初步混合后進入急冷混合器，冷介質(zhì)一般為溫度較低的氫氣、氣相物流或液相物流；急冷混合器的作用是使引入的冷介質(zhì)與熱的反應物流在其內(nèi)盡可能實現(xiàn)傳質(zhì)和傳熱的平衡，使液相或氣相內(nèi)的溫度及組成梯度很??；預分布板的作用是使從急冷混合器出來的混合物流進行預分布，并到達分布板，預分布板一般為篩孔板結構；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的頂部，分布板一般為以泡帽為分配單元的板狀結構。
在加氫過程中，反應器的內(nèi)構件除了具有使熱的反應物流與補充的冷介質(zhì)均勻混合且均勻分配到下一催化劑床層的作用外，內(nèi)構件的高度還應該盡可能低。因為加氫反應器大多數(shù)為高壓反應器，反應器的直徑較大且器壁較厚，而且一般有多個催化劑床層，也就需要多組內(nèi)構件，所以內(nèi)構件高度的降低可以使反應器的總高度降低，從而節(jié)約反應器制造材料的投資，且給反應器的運輸及安裝帶來方便，還可以節(jié)省器體支撐結構的投資。
急冷混合器是放熱反應器內(nèi)構件的重要組成部分，上一催化劑床層出來的熱反應物流與補充進來的冷介質(zhì)在急冷混合器內(nèi)進行充分的混合，為了增強混合效果，在急冷混合器的結構設計上，一般采用節(jié)流、碰撞與旋流的機理。US3502445提出的急冷混合器是，氣液兩相經(jīng)過收集板上的兩個節(jié)流孔進入急冷混合器內(nèi)，氣液兩相混合物流經(jīng)過對撞后，分成兩路出急冷混合器。這種結構已在工業(yè)裝置上得到了廣泛應用，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分別提出了不同結構的急冷混合器，但歸納起來說，二者均是將氣液兩相混合物流分成兩路，只是在急冷混合器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混合器。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致急冷箱出口物流溫度的不均一，從而使反應物流不能以均一的溫度進入下一催化劑床層，在下一催化劑床層的入口處具有較明顯的徑向溫差，這種較明顯的徑向溫差在催化劑床層內(nèi)隨著反應的進行還會進一步增大，進而影響催化劑性能的發(fā)揮。此外，上述急冷混合器的結構復雜，制造與安裝困難。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種放熱反應器內(nèi)具有管狀通道的急冷混合器，該急冷混合器使補充的冷介質(zhì)與來自上一催化劑床層的高溫反應物流在其內(nèi)進行充分地傳熱和傳質(zhì)，并混合均勻，從而避免下一催化劑床層內(nèi)由于反應物流與冷介質(zhì)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構如下急冷混合器由入口1和2，流道3、4、6、7、8，中心箱體10，出口12構成，其中流道3和4在開口5處與流道6相通，流道8在開口9處與中心箱體10相通，中心箱體10由頂蓋14、側板13和15、液相收集板16圍成，出口12的周圍有一環(huán)狀堰11，出口12的下部為以連接條17固定的圓形擋板18。
本實用新型提供的急冷混合器可以實現(xiàn)高溫反應物流與補充的冷介質(zhì)的充分混合，減小下一催化劑床層入口的徑向溫差，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的俯視圖，圖2為圖1中A-A向的視圖。
具體實施方式
放熱反應器內(nèi)的催化劑分成多個床層，相鄰床層之間的空間內(nèi)設有一組內(nèi)構件，補充的溫度較低的介質(zhì)與上一催化劑床層來的高溫反應物流在急冷混合器內(nèi)實現(xiàn)充分混合，在急冷混合器的結構上采用了節(jié)流、碰撞、強化混合及旋流等機理。急冷混合器以管狀通道為主要結構，物流分別通過急冷混合器的兩個入口進入，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，隨后進入不同直徑的半圓形流道，再沿切線方向進入中心箱體，混合物流在中心箱體內(nèi)形成旋流，并由中心開孔流出，經(jīng)擋板攔截并進行初始分布后，到達急冷混合器下部的預分布板。為了強化流體在急冷混合器內(nèi)的混合，在急冷混合器的半圓形流道內(nèi)的任意位置可以設置擋板、節(jié)流孔或混合元件如波紋片、螺旋片等。
以下結合附圖對本實用新型提供的急冷混合器予以進一步的說明，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A-A向的視圖。
本實用新型提供的急冷混合器結構如下急冷混合器由入口1和2，流道3、4、6、7、8，中心箱體10，出口12等構成，其中流道3和4在開口5處與流道6相通，流道8在開口9處與中心箱體10相通，中心箱體10由頂蓋14、側板13和15、液相收集板16圍成，出口12的周圍有一環(huán)狀堰11，出口12的下部為以連接條17固定的圓形擋板18。作為急冷混合器組成部分的流道3、4、6、7、8的橫截面可以是圓形、正方形或長方形。
本實用新型提供的急冷混合器操作方法如下如圖1所示，急冷混合器安放在液相收集板16上，液相收集板16的外緣與反應器內(nèi)壁之間密封，上一催化劑床層來的熱反應物流與補充的冷介質(zhì)的混合物流分別由急冷混合器的入口1和2進入急冷混合器，兩股物流分別經(jīng)過流道3和4流向開口5，在開口5處兩股物流發(fā)生激烈地碰撞并混合，隨后進入較短的直管流道6，再進入半圓形流道7及直徑比半圓形流道7小的半圓形流道8，然后由開口9沿切線方向進入中心箱體10，混合物流在中心箱體10內(nèi)實現(xiàn)旋流，并由出口12到達下部的預分布板。預分布板為篩板結構，為了防止液相在急冷混合器出口12處過于集中地流到下部的預分布板，在急冷混合器的出口處設有圓形擋板18。
圖2為急冷混合器的中心箱體處的截面圖，中心箱體10在液相收集板的上方，分別由頂蓋14、側板13、側板15及收集板16圍成，出口12在中心箱體的中心處，在出口12的周圍有一環(huán)狀堰11，以保證中心箱體內(nèi)有一定的液位高度，在出口12的下方有一圓形擋板18，用連接條17固定于液相收集板16上，圓形擋板18可對氣液兩相有初始分布的作用。
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構，結構簡單，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、流體以節(jié)流的方式進入急冷混合器，在急冷混合器內(nèi)有流體的碰撞、旋流等過程，從而強化混合效果。
3、在急冷混合器內(nèi)，混合物流主要通過共同的流道6、7、8，且經(jīng)過共同的中心箱體10，完成混合的氣相或氣液兩相通過共同的出口12到達下部的預分布板。由于在急冷混合器內(nèi)，混合物流主要在共同的流道內(nèi)流動，這就可以避免因混合物流分成多股物流后，每股物流之間存在的差別所導致的混合不均問題。
4、在急冷混合器的半圓形流道內(nèi)可設置混合元件，強化物流的混合。
5、急冷混合器的管狀結構布置在反應器內(nèi)的液相收集板上，在一個平面內(nèi)實現(xiàn)急冷混合器結構的布置，急冷混合器的標高低，占用反應器的空間高度小，從而有利于減少設備投資。
權利要求1.一種放熱反應器內(nèi)具有管狀通道的急冷混合器，其特征在于該急冷混合器以管狀通道為主要結構，由入口(1)和(2)、流道(3)、(4)、(6)、(7)、(8)、中心箱體(10)、出口(12)構成，其中流道(3)和(4)在開口(5)處與流道(6)相通，流道(8)在開口(9)處與中心箱體(10)相通，中心箱體(10)由頂蓋(14)、側板(13)和(15)、液相收集板(16)圍成，出口(12)的周圍有一環(huán)狀堰(11)，出口(12)的下部為用連接條(17)固定的圓形擋板(18)。
2.按照權利要求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.按照權利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道(7)與流道(8)內(nèi)加裝擋板、節(jié)流孔或混合元件。
4.按照權利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的入口(1)和(2)在反應器中心對稱的兩側。
專利摘要一種放熱反應器內(nèi)具有管狀通道的急冷混合器，該急冷混合器以管狀通道為主要結構，由入口1和2、流道3、4、6、7、8、中心箱體10、出口12構成，其中流道3和4在開口5處與流道6相通，流道8在開口9處與中心箱體10相通，中心箱體10由頂蓋14、側板13和15、液相收集板16圍成，出口12的周圍有一環(huán)狀堰11，出口12的下部為用連接條17固定的圓形擋板18。該急冷混合器可以實現(xiàn)高溫反應物流與補充的冷介質(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B01F3/00GK2737457SQ200420118300
公開日2005年11月2日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權日2004年10月28日
發(fā)明者趙志海, 楊克勇, 師峰, 王少兵, 石亞華 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研究院