旋流碎流式冷氫箱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種旋流碎流式冷氫箱，它包括同軸連接的截流板和混合箱，混合箱與反應(yīng)器筒體之間形成環(huán)形縫隙，所述混合箱的外壁底部均勻設(shè)有數(shù)個(gè)進(jìn)料入口，混合箱中心的氣液混合物出口上安裝有溢流筒，溢流筒的中心高度高于進(jìn)料入口的上邊緣的高度，溢流筒頂端的氣液進(jìn)口面積小于所有進(jìn)料入口的面積之和，氣液混合物出口上設(shè)有多個(gè)碎流孔，溢流筒的周圍設(shè)有數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的導(dǎo)流板。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)置了螺旋導(dǎo)流板、溢流筒和碎流孔，形成了扁平的混合結(jié)構(gòu)，在降低冷氫箱高度的情況下，強(qiáng)化了氣液兩相的混合傳熱效果，能夠有效改善現(xiàn)有冷氫箱物料停留時(shí)間短，混合不充分、降溫不均勻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壓降大等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】
旋流碎流式冷氫箱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及石化行業(yè)加氫反應(yīng)器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種旋流碎流式冷氫箱，尤其涉及一種用于冷氫氣與高溫?zé)N類反應(yīng)物和熱氫氣充分混合傳熱的冷氫箱。
【背景技術(shù)】
[0002]石油加工的加氫反應(yīng)包括加氫裂化、加氫精制、加氫改質(zhì)、加氫處理等反應(yīng)，均為放熱反應(yīng)。隨著加氫反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物料的溫度不斷上升，而反應(yīng)物溫度越高，反應(yīng)速率越快，惡性循環(huán)，容易造成整個(gè)催化劑床層飛溫，導(dǎo)致催化劑結(jié)焦，損害催化劑的性能。因此，加氫反應(yīng)器通常設(shè)置多個(gè)催化劑床層，并在兩個(gè)催化劑床層之間注入冷氫氣，以控制反應(yīng)物料的溫度，確保催化劑性能穩(wěn)定和裝置安全。冷氫箱是加氫反應(yīng)器的關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件之一，是冷氫氣和熱物流進(jìn)行混合傳熱的場(chǎng)所。
[0003]冷氫箱的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一種冷氫箱帶有多種技術(shù)特點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足節(jié)流、碰撞、旋流和霧化的要求。冷氫箱的發(fā)展經(jīng)歷了蜂窩管式、歧管式、繞流式、旋葉式、折流式、抽吸式等結(jié)構(gòu)，其性能主要從兩方面來(lái)評(píng)價(jià):混合傳熱性能和壓降。氣液兩相接觸越充分，反應(yīng)器的徑向溫差越小，反應(yīng)物料的溫度越適宜下方催化劑床層的需求，說(shuō)明冷氫箱的混合傳熱性能越好，性能得到充分的發(fā)揮。冷氫箱的壓降越低，循環(huán)氫壓縮機(jī)的負(fù)荷就越小，能量損耗就越少。此外，冷氫箱的結(jié)構(gòu)還應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，占用空間小，以縮減昂貴的加氫反應(yīng)器投資。
[0004]專利CN200620134123.5公開了一種扁平式冷氫箱，由冷氫管、截流板、兩個(gè)半圓形混合道、兩個(gè)混合室、兩個(gè)防沖板、兩個(gè)開孔擋板和篩孔板組成?；旌鲜业娜肟跒榻亓靼迳蠈?duì)稱設(shè)置的節(jié)流孔，與混合道相連，混合室中設(shè)置防沖板，混合室出口兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置開孔擋板?；旌系缿覓煸诮亓靼逑路?，節(jié)省了冷氫箱高度，半圓形混合道延長(zhǎng)了混合流道，有利于氣液兩相充分混合換熱均勻。該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)扁平和混合換熱性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，但流體在混合箱下層的分配不均勻。
[0005]CN201220091695.5公開了一種冷氫箱，包括截流板、預(yù)混箱、中心箱體和緩沖板。截流板上設(shè)有兩個(gè)節(jié)流孔，節(jié)流孔上方設(shè)有預(yù)混箱，預(yù)混箱頂部安裝有擋液板，側(cè)面設(shè)有進(jìn)料入口，進(jìn)料入口正前方設(shè)有導(dǎo)流板;截流板上節(jié)流孔的下方為中心箱體，中心箱體內(nèi)部設(shè)有內(nèi)環(huán)板、外環(huán)板和中間環(huán)板，內(nèi)環(huán)板底部為中心箱體出口，出口下方設(shè)有緩沖板。該冷氫箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，安裝方便，物料停留時(shí)間長(zhǎng)，但由于密度差，氣液兩相并流時(shí)易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，傳熱效果有限。
[0006]CN201210168308.8公開了一種冷氫推進(jìn)的旋流式冷氫箱，混合筒設(shè)置在下支撐板中心，旋流管與混合筒沿水平方向切向連通。矩形氣液下降管垂直設(shè)置在混合筒外側(cè)，上部與上支撐板上的流體入口連接，下部與旋流管外壁沿垂直方向切向連通。冷氫支管上端與位于上支撐板外的冷氫管連接，下端與旋流管外壁沿水平方向切向連接。混合筒中心設(shè)出口，出口兩側(cè)設(shè)弧形旋流葉片，出口下方設(shè)下支撐板。該冷氫箱利用冷氫推動(dòng)氣液旋流，通過(guò)流體三維旋轉(zhuǎn)延長(zhǎng)了停留時(shí)間，提高了傳熱效率，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間較大。
[0007]上述冷氫箱是通過(guò)旋流、延長(zhǎng)冷熱物料流動(dòng)路程來(lái)延長(zhǎng)接觸時(shí)間，或通過(guò)擾動(dòng)物流來(lái)增加接觸面積，以提高冷熱物料的傳熱效果。但仍存在冷氫氣和反應(yīng)產(chǎn)物的混合不夠充分，物流降溫不均勻的現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓降大，需進(jìn)一步改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種旋流碎流式冷氫箱，以滿足在降低冷氫箱高度的要求下，強(qiáng)化氣液兩相的混合傳熱效果，能夠有效改善現(xiàn)有冷氫箱物料停留時(shí)間短、混合不充分、降溫不均勻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壓降大的問(wèn)題。
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0010]—種旋流碎流式冷氫箱，安裝于加氫反應(yīng)器中，位于冷氫管的下方，它包括同軸連接的截流板和混合箱，混合箱與加氫反應(yīng)器筒體之間形成環(huán)形縫隙，混合箱的側(cè)壁底端與截流板相連接，所述截流板中心的氣液混合物出口設(shè)有多個(gè)碎流孔，氣液混合物出口上安裝有兩端開口的溢流筒，溢流筒頂端的氣液進(jìn)口的高度高于混合箱側(cè)壁底部均勻設(shè)置的數(shù)個(gè)進(jìn)料入口上邊緣的高度，溢流筒頂端的氣液進(jìn)口面積小于所有進(jìn)料入口的面積之和，溢流筒的周圍設(shè)有數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的導(dǎo)流板，溢流筒、導(dǎo)流板均安裝在混合箱的內(nèi)腔中。
[0011]優(yōu)選的，所述溢流筒的形狀為兩端開口的圓臺(tái)形或者切除頂部的半球形或者切除頂部的半橢球形，溢流筒的頂端設(shè)有氣液進(jìn)口，氣液進(jìn)口的面積小于底端的氣液出口的面積。
[0012]優(yōu)選的，所述導(dǎo)流板圍繞溢流筒排布有數(shù)圈，每圈導(dǎo)流板的數(shù)量為2-8個(gè)。
[0013]優(yōu)選的，所述導(dǎo)流板的形狀為弧形或者波浪形中的一種或者二種的組合。
[0014]優(yōu)選的，所述碎流孔的形狀為圓形或者多邊形或者放射形中的一種或者二種以上的組合，其流通面積由溢流筒下邊緣向截流板中心逐漸減小。
[0015]優(yōu)選的，所述進(jìn)料入口的形狀為圓形或者多邊形或者扇形或者螺旋線形中的一種或者兩種以上形狀的組合。
[0016]本發(fā)明在使用時(shí)，氣液混合物與新加入的冷氫氣在混合箱與反應(yīng)器的環(huán)形縫隙中聚集后，從進(jìn)料入口進(jìn)入混合箱的內(nèi)腔，在導(dǎo)流板所圍成的流體通道中產(chǎn)生旋流，氣液混合物與冷氫氣得到充分的碰撞、混合，實(shí)現(xiàn)熱交換，高溫物流的溫度降低；由于溢流筒頂端的氣液進(jìn)口的高度高于進(jìn)料入口的高度，氣液混合物在截流板上沉積，形成穩(wěn)定的液位，使氣相必須以鼓泡的形式穿過(guò)液層，避免氣液并流的分層現(xiàn)象，提高氣液兩相的接觸面積，進(jìn)一步強(qiáng)化了傳熱效果;氣液混合物從溢流筒的氣液進(jìn)口進(jìn)入溢流筒中，經(jīng)過(guò)溢流筒的節(jié)流后，氣液混合物與截流板的中心產(chǎn)生碰撞，進(jìn)一步地混合;截流板中心的碎流孔使氣相對(duì)液相產(chǎn)生抽吸、碎流、霧化的作用后，噴淋到整個(gè)反應(yīng)器截面。
[0017]本發(fā)明的有益效果為:
[0018](I)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合結(jié)構(gòu)，在混合箱內(nèi)腔中設(shè)置數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的導(dǎo)流板，組成了氣液混合物的流通通道，充分利用了混合箱的空間，使混合物在混合箱內(nèi)外均按照?qǐng)A周方向流動(dòng)，動(dòng)能損失較小，使冷氫箱的壓降較小，延長(zhǎng)了混合物的接觸時(shí)間，使氣相與液相充分混合，實(shí)現(xiàn)了均勻換熱，降低了混合箱的高度，減小了設(shè)備的體積；
[0019](2)本發(fā)明在混合箱的中心設(shè)置溢流筒，溢流筒的氣液進(jìn)口的高度高于進(jìn)料入口上邊緣的高度，氣液混合物在截流板上沉積，形成穩(wěn)定的液位，提高了氣液兩相的接觸面積和液相的擾動(dòng)程度，使氣相必須以鼓泡的形式穿過(guò)液層，解決了氣液分層所帶來(lái)的傳熱效率較低問(wèn)題，優(yōu)化了氣液兩相的傳熱、傳質(zhì)效果和液相溫度分配的均勻性；
[0020](3)溢流筒頂端的氣液進(jìn)口面積小于進(jìn)料入口的面積，使氣相物流在溢流筒氣液進(jìn)口截面處對(duì)液相物流產(chǎn)生抽吸霧化作用;溢流筒的氣液進(jìn)口的面積小于底端的氣液出口的面積，降低了氣液出口處因截流板阻擋所帶來(lái)的壓力損失；
[0021 ] (4)氣液混合物料在流出混合箱之前經(jīng)截流板上的碎流孔碎流霧化，使液相分散成液滴，在碎流孔的噴射作用下分散到整個(gè)反應(yīng)器截面，不僅增加了氣液兩相的接觸面積，而且對(duì)物料具有一定的預(yù)分配作用，有利于促進(jìn)氣液兩相的充分混合與換熱，使下層催化劑床層獲得更均勻的溫度和物料分布；
[0022](5)本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、占用空間小、安裝方便、反應(yīng)物流接觸時(shí)間長(zhǎng)、接觸面積大、混合充分、傳熱效率高、溫度分布均勻的特點(diǎn)，適用于氣液兩相間的換熱，尤其適用于強(qiáng)放熱加氫反應(yīng)器中冷氫對(duì)反應(yīng)熱流體的冷卻降溫和流體混合。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是圖1中溢流筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是圖1中導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是圖1去除溢流筒、混合箱側(cè)壁后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖中:1、截流板，2、混合箱，3、進(jìn)料入口，4、溢流筒，5、導(dǎo)流板，6、碎流孔。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]如圖1至圖4所示的一種旋流碎流式冷氫箱，安裝于加氫反應(yīng)器中，位于冷氫管的下方，它包同軸連接的截流板I和混合箱2，混合箱2與加氫反應(yīng)器筒體之間形成環(huán)形縫隙，混合箱2的外壁底部均勻設(shè)有數(shù)個(gè)長(zhǎng)方形的進(jìn)料入口 3，混合箱2中心的氣液混合物出口上安裝有圓臺(tái)狀的溢流筒4，溢流筒4的中心高度高于進(jìn)料入口 3的上邊緣的高度，溢流筒4的頂端設(shè)有氣液進(jìn)口，氣液進(jìn)口的面積小于底端的氣液出口的面積，溢流筒4頂端的氣液進(jìn)口面積小于所有進(jìn)料入口 3的面積之和。氣液混合物出口上設(shè)有多個(gè)呈放射形分布的碎流孔6，其流通面積由溢流筒下邊緣向截流板中心逐漸減小。溢流筒4的周圍設(shè)有數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的弧形導(dǎo)流板5。導(dǎo)流板5圍繞溢流筒4排布有2圈，每圈導(dǎo)流板5的數(shù)量為4個(gè)。
[0030]本發(fā)明在使用時(shí)，氣液混合物與新加入的冷氫氣在混合箱2與反應(yīng)器的環(huán)形縫隙中聚集后，從進(jìn)料入口 3進(jìn)入混合箱2的內(nèi)腔，在導(dǎo)流板5所圍成的流體通道中產(chǎn)生旋流，氣液混合物與冷氫氣得到充分的碰撞、混合，實(shí)現(xiàn)熱交換，高溫物流的溫度降低；由于溢流筒4頂端的氣液進(jìn)口的高度高于進(jìn)料入口 3的高度，氣液混合物在截流板I上沉積，形成穩(wěn)定的液位，使氣相必須以鼓泡的形式穿過(guò)液層，避免氣液并流的分層現(xiàn)象，提高氣液兩相的接觸面積，進(jìn)一步強(qiáng)化了傳熱效果;氣液混合物從溢流筒4的氣液進(jìn)口進(jìn)入溢流筒4中，經(jīng)過(guò)溢流筒4的節(jié)流后，氣液混合物與截流板I的中心產(chǎn)生碰撞，進(jìn)一步地混合;截流板中心I的碎流孔6使氣相對(duì)液相產(chǎn)生抽吸、碎流、霧化的作用后，噴淋到整個(gè)反應(yīng)器截面。
[0031 ]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合結(jié)構(gòu)，在混合箱內(nèi)腔中設(shè)置數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的導(dǎo)流板，組成了氣液混合物的流通通道，充分利用了混合箱的空間，使混合物在混合箱內(nèi)外均按照?qǐng)A周方向流動(dòng)，動(dòng)能損失較小，使冷氫箱的壓降較小，延長(zhǎng)了混合物的接觸時(shí)間，使氣相與液相充分混合，實(shí)現(xiàn)了均勻換熱，降低了混合箱的高度，減小了設(shè)備的體積。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋流碎流式冷氫箱，安裝于加氫反應(yīng)器中，位于冷氫管的下方，它包括同軸連接的截流板(I)和混合箱(2)，混合箱(2)與加氫反應(yīng)器筒體之間形成環(huán)形縫隙，混合箱(I)的側(cè)壁底端與截流板(I)相連接，其特征在于:所述截流板(I)中心的氣液混合物出口設(shè)有多個(gè)碎流孔(6)，氣液混合物出口上安裝有兩端開口的溢流筒(4)，溢流筒(4)頂端的氣液進(jìn)口的高度高于混合箱(2)側(cè)壁底部均勻設(shè)置的數(shù)個(gè)進(jìn)料入口(3)上邊緣的高度，溢流筒(4)頂端的氣液進(jìn)口面積小于所有進(jìn)料入口(3)的面積之和，溢流筒(4)的周圍設(shè)有數(shù)塊首尾錯(cuò)位相接、呈圓圈狀排布的導(dǎo)流板(5)，溢流筒(4)、導(dǎo)流板(5)均安裝在混合箱(2)的內(nèi)腔中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋流碎流式冷氫箱，其特征在于:所述溢流筒(4)的形狀為兩端開口的圓臺(tái)形或者切除頂部的半球形或者切除頂部的半橢球形，溢流筒(4)的頂端設(shè)有氣液進(jìn)口，氣液進(jìn)口的面積小于底端的氣液出口的面積。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋流碎流式冷氫箱，其特征在于:所述導(dǎo)流板(5)圍繞溢流筒(4)排布有數(shù)圈，每圈導(dǎo)流板(5)的數(shù)量為2-8個(gè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋流碎流式冷氫箱，其特征在于:所述導(dǎo)流板(5)的形狀為弧形或者波浪形中的一種或者二種的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋流碎流式冷氫箱，其特征在于:所述碎流孔(6)的形狀為圓形或者多邊形或者放射形中的一種或者二種以上的組合，其流通面積由溢流筒(4)下邊緣向截流板(I)中心逐漸減小。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋流碎流式冷氫箱，其特征在于:所述進(jìn)料入口(3)的形狀為圓形或者多邊形或者扇形或者螺旋線形中的一種或者兩種以上形狀的組合。
【文檔編號(hào)】B01J8/04GK105921078SQ201610379312
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王密, 申玲, 范飛, 周予東, 周晴晴, 張彥秋
【申請(qǐng)人】蘭州蘭石集團(tuán)有限公司