旋流碎流式冷氫箱的制作方法

本實用新型涉及石化行業加氫反應器設備技術領域，具體的說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烴類反應物和熱氫氣充分混合傳熱的冷氫箱。

背景技術：

石油加工的加氫反應包括加氫裂化、加氫精制、加氫改質、加氫處理等反應，均為放熱反應。隨著加氫反應的進行，反應物料的溫度不斷上升，而反應物溫度越高，反應速率越快，惡性循環，容易造成整個催化劑床層飛溫，導致催化劑結焦，損害催化劑的性能。因此，加氫反應器通常設置多個催化劑床層，并在兩個催化劑床層之間注入冷氫氣，以控制反應物料的溫度，確保催化劑性能穩定和裝置安全。冷氫箱是加氫反應器的關鍵內構件之一，是冷氫氣和熱物流進行混合傳熱的場所。

冷氫箱的結構比較復雜，一種冷氫箱帶有多種技術特點，但其結構設計需要滿足節流、碰撞、旋流和霧化的要求。冷氫箱的發展經歷了蜂窩管式、歧管式、繞流式、旋葉式、折流式、抽吸式等結構，其性能主要從兩方面來評價：混合傳熱性能和壓降。氣液兩相接觸越充分，反應器的徑向溫差越小，反應物料的溫度越適宜下方催化劑床層的需求，說明冷氫箱的混合傳熱性能越好，性能得到充分的發揮。冷氫箱的壓降越低，循環氫壓縮機的負荷就越小，能量損耗就越少。此外，冷氫箱的結構還應簡單、緊湊，占用空間小，以縮減昂貴的加氫 反應器投資。

專利CN200620134123.5公開了一種扁平式冷氫箱，由冷氫管、截流板、兩個半圓形混合道、兩個混合室、兩個防沖板、兩個開孔擋板和篩孔板組成。混合室的入口為截流板上對稱設置的節流孔，與混合道相連，混合室中設置防沖板，混合室出口兩側對稱設置開孔擋板。混合道懸掛在截流板下方，節省了冷氫箱高度，半圓形混合道延長了混合流道，有利于氣液兩相充分混合換熱均勻。該結構具有結構扁平和混合換熱性能優良的優點，但流體在混合箱下層的分配不均勻。

CN201220091695.5公開了一種冷氫箱，包括截流板、預混箱、中心箱體和緩沖板。截流板上設有兩個節流孔，節流孔上方設有預混箱，預混箱頂部安裝有擋液板，側面設有進料入口，進料入口正前方設有導流板；截流板上節流孔的下方為中心箱體，中心箱體內部設有內環板、外環板和中間環板，內環板底部為中心箱體出口，出口下方設有緩沖板。該冷氫箱結構簡單，占用空間小，安裝方便，物料停留時間長，但由于密度差，氣液兩相并流時易產生分層現象，傳熱效果有限。

CN201210168308.8公開了一種冷氫推進的旋流式冷氫箱，混合筒設置在下支撐板中心，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置在混合筒外側，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。混合筒中心設出口，出口兩側設弧形旋流葉片，出口下方設下支撐板。 該冷氫箱利用冷氫推動氣液旋流，通過流體三維旋轉延長了停留時間，提高了傳熱效率，但結構復雜，占用空間較大。

上述冷氫箱是通過旋流、延長冷熱物料流動路程來延長接觸時間，或通過擾動物流來增加接觸面積，以提高冷熱物料的傳熱效果。但仍存在冷氫氣和反應產物的混合不夠充分，物流降溫不均勻的現象，且結構復雜，壓降大，需進一步改進。

技術實現要素：

本實用新型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，強化氣液兩相的混合傳熱效果，能夠有效改善現有冷氫箱物料停留時間短、混合不充分、降溫不均勻、結構復雜、壓降大的問題。

為達到上述目的，本實用新型所采取的技術方案為：

一種旋流碎流式冷氫箱，安裝于加氫反應器中，位于冷氫管的下方，它包括同軸連接的截流板和混合箱，混合箱與加氫反應器筒體之間形成環形縫隙，混合箱的側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有多個碎流孔，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口的高度高于混合箱側壁底部均勻設置的數個進料入口上邊緣的高度，溢流筒的周圍設有數塊首尾錯位相接、呈圓圈狀排布的導流板，溢流筒、導流板均安裝在混合箱的內腔中。

優選的，所述溢流筒的形狀為兩端開口的圓臺形或者切除頂部的半球形或者切除頂部的半橢球形，溢流筒的頂端設有氣液進口，氣液 進口的面積小于底端的氣液出口的面積。

優選的，所述溢流筒頂端的氣液進口面積小于所有進料入口的面積之和。

優選的，所述導流板圍繞溢流筒排布有數圈，每圈導流板的數量為2-8個。

優選的，所述導流板的形狀為弧形或者波浪形中的一種或者二種的組合。

優選的，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。

優選的，所述進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。

本實用新型在使用時，氣液混合物與新加入的冷氫氣在混合箱與反應器的環形縫隙中聚集后，從進料入口進入混合箱的內腔，在導流板所圍成的流體通道中產生旋流，氣液混合物與冷氫氣得到充分的碰撞、混合，實現熱交換，高溫物流的溫度降低；由于溢流筒頂端的氣液進口的高度高于進料入口的高度，氣液混合物在截流板上沉積，形成穩定的液位，使氣相必須以鼓泡的形式穿過液層，避免氣液并流的分層現象，提高氣液兩相的接觸面積，進一步強化了傳熱效果；氣液混合物從溢流筒的氣液進口進入溢流筒中，經過溢流筒的節流后，氣液混合物與截流板的中心產生碰撞，進一步地混合；截流板中心的碎流孔使氣相對液相產生抽吸、碎流、霧化的作用后，噴淋到整個反應 器截面。

本實用新型的有益效果為：

(1)本實用新型結構簡單，僅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合結構，在混合箱內腔中設置數塊首尾錯位相接、呈圓圈狀排布的導流板，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外均按照圓周方向流動，動能損失較小，使冷氫箱的壓降較小，延長了混合物的接觸時間，使氣相與液相充分混合，實現了均勻換熱，降低了混合箱的高度，減小了設備的體積；

(2)本實用新型在混合箱的中心設置溢流筒，溢流筒的氣液進口的高度高于進料入口上邊緣的高度，氣液混合物在截流板上沉積，形成穩定的液位，提高了氣液兩相的接觸面積和液相的擾動程度，使氣相必須以鼓泡的形式穿過液層，解決了氣液分層所帶來的傳熱效率較低問題，優化了氣液兩相的傳熱、傳質效果和液相溫度分配的均勻性；

(3)溢流筒頂端的氣液進口面積小于進料入口的面積，使氣相物流在溢流筒氣液進口截面處對液相物流產生抽吸霧化作用；溢流筒的氣液進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的壓力損失；

(4)氣液混合物料在流出混合箱之前經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反應器截面，不僅增加了氣液兩相的接觸面積，而且對物料具有一定的預分配作用，有利于促進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；

(5)本實用新型具有結構簡單、設計合理、占用空間小、安裝方便、反應物流接觸時間長、接觸面積大、混合充分、傳熱效率高、溫度分布均勻的特點，適用于氣液兩相間的換熱，尤其適用于強放熱加氫反應器中冷氫對反應熱流體的冷卻降溫和流體混合。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是圖1中溢流筒的結構示意圖；

圖3是圖1中導流板的結構示意圖；

圖4是圖1去除溢流筒、混合箱側壁后的結構示意圖；

圖中：1、截流板，2、混合箱，3、進料入口，4、溢流筒，5、導流板，6、碎流孔。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。

如圖1至圖4所示的一種旋流碎流式冷氫箱，安裝于加氫反應器中，位于冷氫管的下方，它包同軸連接的截流板1和混合箱2，混合箱2與加氫反應器筒體之間形成環形縫隙，混合箱2的外壁底部均勻設有數個長方形的進料入口3，混合箱2中心的氣液混合物出口上安裝有圓臺狀的溢流筒4，溢流筒4的中心高度高于進料入口3的上邊緣的高度，溢流筒4的頂端設有氣液進口，氣液進口的面積小于底端的氣液出口的面積，溢流筒4頂端的氣液進口面積小于所有進料入口3的面積之和。氣液混合物出口上設有多個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的周圍設有數塊首尾錯位相接、呈圓圈狀排布的弧形導流板5。導流板5圍繞溢流筒4排布有2圈，每圈導流板5的數量為4個。

本實用新型在使用時，氣液混合物與新加入的冷氫氣在混合箱2與反應器的環形縫隙中聚集后，從進料入口3進入混合箱2的內腔，在導流板5所圍成的流體通道中產生旋流，氣液混合物與冷氫氣得到充分的碰撞、混合，實現熱交換，高溫物流的溫度降低；由于溢流筒4頂端的氣液進口的高度高于進料入口3的高度，氣液混合物在截流板1上沉積，形成穩定的液位，使氣相必須以鼓泡的形式穿過液層，避免氣液并流的分層現象，提高氣液兩相的接觸面積，進一步強化了傳熱效果；氣液混合物從溢流筒4的氣液進口進入溢流筒4中，經過溢流筒4的節流后，氣液混合物與截流板1的中心產生碰撞，進一步地混合；截流板中心1的碎流孔6使氣相對液相產生抽吸、碎流、霧化的作用后，噴淋到整個反應器截面。

本實用新型結構簡單，僅包括截流板和混合箱，形成了扁平的混合結構，在混合箱內腔中設置數塊首尾錯位相接、呈圓圈狀排布的導流板，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外均按照圓周方向流動，動能損失較小，使冷氫箱的壓降較小，延長了混合物的接觸時間，使氣相與液相充分混合，實現了均勻換熱，降低了混合箱的高度，減小了設備的體積。