專利名稱：一種上流式反應器氣液分配盤及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種上流式反應器氣液分配盤及應用，屬于石油化工領域，尤其適用于氣液兩相進料的上流式反應器內氣液兩相物流的均勻分配。
背景技術：
在石油化工領域中，固定床反應器應用最為廣泛。根據固定床反應器的進料方式，可以分為上進料(即下流式)和下進料(即上流式)固定床反應器。以固定床加氫反應器為例，其傳質的理想狀態為:氫氣不斷地溶解在原料中，原料與催化劑接觸，進行加氫反應。所以為了更好地發揮催化劑的性能，必須設置合理的反應器內構件，使得氣液物流分配均勻，促進氣相充分溶解在原料中。氣液分配盤就是一種用于將氣液兩相物流充分混合，同時均勻地分配到催化劑床層的反應器內構件。常規的固定床加氫反應器為下流式形式，人們對下流式加氫反應器的氣液分配盤研究較多，設計也非常成熟。由于上流式加氫反應器的傳質效率稍低，所以應用不是十分廣泛，只是在一些特殊設計中使用。人們對上流式加氫反應器氣液分配盤的研究和設計也比較少。在上流式反應器中，氣液兩相向上流動時，一般情況下液相為連續相，一部分氣相溶解于液相中，一部分未溶解的氣相以氣泡的形式向上流動，氣泡的直徑越小，氣液兩相界面的面積越大，氣相的溶解度就會增加。在實際運行中，由于液流的擾動等原因，氣泡會發生碰撞、聚并，氣泡直徑增大，氣液兩相界面積減小，導致氣相的溶解度降低。因此，在上流式反應器中設計合理的氣液分配盤，促進氣相均勻分配，增加氣液兩相界面積，對于提高上流式反應器的傳質效率尤為重要。CN00807042.3和CN97193150.X中，描述了一種上流式氣液分配盤，在封閉的分配
盤上向下連接多個圓筒狀的升液管，由下而上的液相經過升液管進入分配盤的上面，升液管外側與封閉的分配盤形成的空間為集氣室，集氣室中收集分配盤下面氣液兩相中分離的氣相，集氣室的氣相由升液管側壁開的小孔進入升液管，形成較小氣泡，與液相接觸傳質。該方法的升液管側壁小孔大小很難設計，開孔稍大會導致氣液兩相液面上升至開孔處，氣相的流動會時緩時急，分配不均勻；開孔較小則集氣室的氣相逐漸增多，氣液兩相液面降至升液管末端，氣相也經過升液管上升，無法控制氣泡的大小。US5298226公開了一種氣液分配盤，其通過在氣液分配盤上不同的開孔率，即分配盤中心處開孔率較低，沿半徑至邊緣的開孔率依次增加，主要目的是防止氣液兩相流動不均。該方法可以控制流體分布，不能提高氣液兩相的傳質效率。上述現有技術也存在操作不靈活的問題，即只有在操作條件與設計條件比較吻合的條件下，才能具有較好的使用效果，當操作波動時，該氣液分配盤無法適應操作條件的變化，進而導致氣液混合效果的惡化
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種上流式反應器氣液分配盤及應用，可以使氣相以微小氣泡形式分配在液相中，提高氣液兩相的傳質效率。本發明上流式反應器氣液分配盤，在分配盤上設置適宜數量的升液管，升液管為兩端開口的直通管，升液管上端開口連接在分配盤塔板上，與塔板上部連通，升液管下端開口伸入氣液分配盤下方的液面；在升液管的外側，分配盤塔板下方和液面之間的空間形成集氣室；在分配盤塔板上，升液管開口的周圍均勻設置通氣單向閥門，通氣單向閥門控制物流由下向上流通。本發明的上流式反應器氣液分配盤中，升液管的內徑為2 25cm，優選為5 15cm，高度為10 100cm，優選為15 80cm。分配盤上升液管的物料流通總截面積應不小于反應器入口管的截面積。本發明的上流式反應器氣液分配盤中，通氣單向閥門為本領域技術人員所熟知的結構，優選為分配盤塔板上錐臺形開口中設置球形閥芯結構。單項閥門的上端開口直徑為
0.5 IOcm,優選為I 5cm,分配盤上單向閥門的物料流通總截面積為升液管物料流通總截面積的2 25倍，優選為2 10倍。單向閥門出口處設置破碎氣泡的網狀隔柵，對小氣泡做二次破碎，使之形成微氣泡。破碎隔柵網設計成發散狀導流結構，使得被破碎的氣泡以單項閥門為中心，呈發散狀態向上流出，減少氣泡的碰撞、聚并。本發明上流式反應器，包括反應器筒體，在反應器筒體內下部設置本發明上述的氣液分配盤。反應器筒體頂部設置反應后物料排出口，反應器筒體底部設置反應物料入口。反應器筒體內氣液分配盤可以設置一個，也可以根據需要設置多個，一般來說可以設置I 4個。本發明的上流式反應器氣液分配盤一般用于上流式烴類加氫反應器中，如固定床渣油加氫上流式反應器、液相循環加氫反應器、懸浮床加氫反應器、膨脹床加氫反應器等。本發明的上流式反應器氣液分配盤采用了特殊的設計，可以在較短的距離內實現氣泡均勻二次分布。當氣液混合物料進入反應器后，經過反應器下部催化劑床層，由于溶解的氣相參與反應以及催化劑床層的擾動，使得液相中溶解的氣體減少。氣液物料離開反應器下部催化劑床層向上流動時，流動速度差異會造成氣相上升速度較快，匯集于集氣室，液相則由升液管向上通過氣液分配盤。當集氣室內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力小時，氣液分配盤上的單項閥門處于關閉狀態；當集氣室內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力大時，氣液分配盤上的單項閥門打開，氣相通過單項閥門向上流動，經過導流破碎隔柵網形成放射狀分散的微小氣泡，在液相中均勻分布。具體地說，本發明具有如下優點:
1、氣相從集氣室通過單向閥門時，首先經過閥門控制部件的破碎，之后通過破碎隔柵網的二次導流破碎，形成放射狀分散的微小氣泡向上流動，促進氣相均勻分布，減少氣泡的碰撞和聚并，大大增加了氣液兩相界面積，使得氣相能夠比較充分的溶解于液相中，提高反應器的傳質效率。2、單向閥門的結構簡單，安裝方便，體積小巧，空間利用率高，不破壞現有反應器結構。3、在現有反應器結構的基礎上，只需要做簡單的改動即可實現，改造費用很低。4、操作靈活，本發明的氣液分配盤適應的操作條件范圍較寬，當操作條件波動或需要調整時，仍具有良好的氣液分配效果。
圖1是本發明氣液分配盤側面示意 圖2是本發明實施例1氣液分配盤上單向閥門的側面放大示意 圖3是本發明實施例1氣液分配盤上單向閥門的俯視放大圖。其中:1-單向閥門，2-導流隔柵破碎網，3-單向閥門球形閥芯，4-升液管，5-液面，6-上流式氣液分配盤塔板，7-反應器壁，8-催化劑床層，9-集氣室，10-下小上大的錐筒狀環形壁，Il-隔柵，12-破碎網。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明一種上流式反應器氣液分配盤予以進一步說明。如圖1、2所示，在反應器壁7內，上流式反應器氣液分配盤由上流式氣液分配盤塔板6、單向閥門I和升液管4構成。單向閥門I由單向閥門操作機構3和具有導流功能的隔柵破碎網2構成。當氣液混合物料進入反應器后，經過反應器下部催化劑床層，由于溶解的氣相參與反應以及催化劑床層的擾動，使得液相中溶解的氣體減少。氣液物料離開反應器下部催化劑床層向上流動時，流動速度差異會造成氣相上升速度較快，匯集于集氣室9，液相則由升液管4向上通過氣液分配盤塔板6。當集氣室9內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力小時，氣液分配盤上的單項閥門I處于關閉狀態；當集氣室9內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力大時，氣液分配盤上的單項閥門I打開，氣相通過單項閥門I向上流動，經過破碎隔柵網2形成放射狀分散的微小氣泡，在液相中均勻分布。為進一步說明本發明的方案，列舉以下實施例:
實施例1
如圖1、2所示，上流式反應器氣液分配盤由上流式氣液分配盤塔板6、單向閥門I和升液管4構成。本實施例的單向閥門I采用圓球形單向閥門操作機構，即圓球形單向閥門操作機構向上升起時，物流單向通過。單向閥門I由圓球形單向閥門操作機構3和具有導流功能的隔柵破碎網2構成。隔柵破碎網2由兩層下小上大的錐筒狀環形壁10、錐筒狀環形壁10之間均勻分布的隔柵11以及上面篩網狀的破碎網12組成。當氣液混合物料經過反應器下部催化劑床層后，液相由升液管4向上通過氣液分配盤塔板6，氣相匯集于集氣室9。當集氣室9內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力小時，氣液分配盤上的單項閥門I處于關閉狀態；當集氣室9內氣相的壓力較氣液分配盤上面液相壓力大時，氣液分配盤上的單項閥門I的圓球形單向閥門操作機構3打開。氣相通過單項閥門I向上流動時，由于受到圓球形單向閥門操作機構3的阻擋，氣相會從圓球形單向閥門操作機構3的四周通過，使得氣相形成均勻分布的環形氣流。當環形氣流通過破碎隔柵網2時，經過兩層下小上大的錐筒狀環形壁10導流，形成放射狀氣流，通過隔柵11和破碎網12的破碎作用，形成分散的微小氣泡，在液相中均勻分布。
權利要求
1.一種上流式反應器氣液分配盤，在分配盤上設置適宜數量的升液管，升液管為兩端開口的直通管，升液管上端開口連接在分配盤塔板上，與塔板上部連通，升液管下端開口伸入氣液分配盤下方的液面；在升液管的外側，分配盤塔板下方和液面之間的空間形成集氣室；其特征在于:在分配盤塔板上，升液管開口的周圍均勻設置通氣單向閥門，通氣單向閥門控制物流由下向上流通。
2.按照權利要求1所述的氣液分配盤，其特征在于:升液管的內徑為2 25cm，高度為10 IOOcm0
3.按照權利要求1所述的氣液分配盤，其特征在于:升液管的內徑為5 15cm，高度為15 80cm。
4.按照權利要求1或2所述的氣液分配盤，其特征在于:分配盤上升液管的物料流通總截面積應不小于反應器入口管的截面積。
5.按照權利要求1所述的氣液分配盤，其特征在于:通氣單向閥門為分配盤塔板上錐臺形開口中設置球形閥芯結構。
6.按照權利要求1或5所述的氣液分配盤，其特征在于:單項閥門的上端開口直徑為0.5 IOcm,優選為I 5cm,分配盤上單向閥門的物料流通總截面積為升液管物料流通總截面積的2 25倍，優選為2 10倍。
7.按照權利要求6所述的氣液分配盤，其特征在于:單向閥門出口處設置破碎氣泡的網狀隔柵。
8.按照權利要求7所述的氣液分配盤，其特征在于:破碎隔柵網為發散狀導流結構，使得被破碎的氣泡以單項閥門為中心，呈發散狀態向上流出。
9.一種上流式反應器，包括反應器筒體，其特征在于:在反應器筒體內下部設置權利要求I至8任一權利要求所述的氣液分配盤。
10.按照權利要求9所述的上流式反應器，其特征在于:反應器筒體頂部設置反應后物料排出口，反應器筒體底部設置反應物料入口，反應器筒體內氣液分配盤可以設置I 4個。
全文摘要
本發明涉及一種上流式反應器氣液分配盤及及應用，在分配盤上設置適宜數量的升液管，升液管為兩端開口的直通管，上端開口連接在分配盤塔板上，與塔板上部連通，下端開口深入氣液分配盤下方的液面。在升液管的外側，分配盤塔板下方和液面之間的空間形成集氣室。在分配盤塔板上，升液管開口的周圍間隙中，均勻設置單向閥門，單向閥門控制物流由下向上流通。本發明氣液分配盤可以使氣相以微小氣泡形式分配在液相中，提高氣液兩相的傳質效率。
文檔編號C10G45/00GK103100353SQ20111035367
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者王喜彬, 賈麗 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撫順石油化工研究院