一种高效溢流-喷射管型气液分配器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高效溢流?喷射管型气液分配器，以解决现有型号雾化和扩散性效果差、喷洒均匀性不高和中心滴流等问题。其结构特点如下：顶盖圆板安装在圆锥管喷嘴的上部的圆管口上部，圆锥管喷嘴下部的空心锥形管段21以同轴方式插入到下降扩散管的上平圆口内，组成了一次文丘里管喷嘴，防滴流调节锥形圆板安装在下降扩散管的下平圆口下方，通过弧形连接条上下连接，并留有一定缝隙，组成了二次环形喷嘴。本实用新型可以安装在各种石油或煤焦油炼制用加氢反应器内。
【专利说明】
一种高效溢流-喷射管型气液分配器
技术领域
[0001]本实用新型涉及石油化工机械设备技术领域，确切的说，它是一种石油或煤焦油炼制用加氢反应器内的高效溢流-喷射管型气液分配器。
【背景技术】
[0002]近年来，随着全球经济的快速发展和环保意识的增强，国内的环保法规日趋严格，对洁净燃油的要求越来越高，石油炼制及煤化工企业不得不提高自身各种油品的产品质量，而油品加氢技术便是提高油品质量的最有效的方法之一。加氢工艺技术水平的高低，主要取决于加氢原料油预处理的质量、加氢催化剂(保护剂)的性能和加氢反应器内件三个主要因素。
[0003]目前，为了提高燃料油品加氢反应的质量，就必须提高加氢催化剂的反应活性。但是，采用高活性的催化剂，一旦气相流对液相流的扩散性不好，催化剂床层就会出现“局部沟流”区域，即气液分配器正下方局部区域内液相流相对偏多，因其阻力大，气相流相对偏少，引起“局部缺氢”问题。当氢气在液相流中的溶解程度较低和加氢反应中接触不到氢气两种情况同时存在时，就是严重的“缺氢”现象，此时该区域会出现“局部热点”，不饱和烃或重质油品中的残留稠环芳烃等物质，非常容易发生叠合、缩聚和缩合等有害反应，导致催化剂表面积炭失去活性、缩短加氢催化剂的使用寿命。
[0004]如何提高加氢反应的质量和延长催化剂的使用寿命，在很大程度上也取决于反应器内构件的先进性和合理性。其中每个催化剂床层上部分布的气液分配器是保证气相流对液相流雾化效果的最为关键的部件，气液两相流在进入催化剂床层前，必须确保气液两相流的分布均匀性和液相流的高度分散性。液相流的雾化程度越高，雾滴直径尺寸越小，就意味着气液两相流的扩散性好，液体单位体积的比表面积越大，有利于提高氢气向液相流中的溶解速度和增加氢气的溶解度，还可以使液相流被均匀的喷洒到催化剂床层上，最终有效地避免“有害反应”的发生，对提高加氢反应质量和延长催化剂使用寿命是非常有利的。目前，在普遍使用的各种气液分配器水力学模拟分析和水力学冷模试验中，可以发现以下问题:1、气相流对液相流的扩散作用和对流作用都很差;2、氢气向液相流溶解的速度不高；
3、液相流喷洒到反应器圆截面上的偏流现象严重，对配合新型加氢催化剂发挥良好作用的效果不佳。
[0005]目前，随着国内外加氢技术的发展，各种“气液分配器”出现了多种结构形式。现有的各种气液分配器，按照液相流进入方式可分为溢流型、抽吸型、喷射型和组合型。
[0006]以下是目前国内外现有“气液分配器”的几种形式:
[0007]抽吸-溢流型泡罩组合型气液分配器
[0008]这种气液分配器的典型代表是联合油(Un1n Oil)公司生产的气液分配器，还有与其类似的型号，如:中国专利CN 201959779 U、CN 200963585 Y和CN 201959778 U公开的三种气液分配器。在这四种气液分配器中，后三种是前者的改进型，只是将泡罩筒体上的长圆孔改成螺旋条孔，或是将下降管顶部改成锯齿形状，下部碎流板的缝隙形状不同而已，并没有从根本上改变现有抽吸-溢流型泡罩气液分配器的水力学特性。从流体力学模拟分析和水力学冷模试验结果可以看出它们的共同缺点就是:1、由于泡罩分布的长圆孔喷嘴凸显局部性，在靠近喷嘴局部区域内的抽吸性能强、扩散效果很好，但是在远离长圆孔喷嘴处的气相流对液相流的扩散效果则变的很差，尤其是气液体积比较小或油品黏度和表面张力均较大时，其雾化效果会更差，雾化后的气液两相流中存在大量尺寸很大的液滴。2、由于气液分配器底部碎流板的各种形状缝隙并非喷射原理用的理想喷嘴，而是接近于淋浴用的喷头。因此，气相流对液相流的扩散均匀性差，气液彼此分离喷射，导致严重的偏流现象，即气相流对液相流的剪切作用不能均匀地充分发挥出来，其雾化整体性效果很差，导致下部存在严重的滴(沟)流现象。尤其是当气液体积比较低或油品黏度和表面张力较大时，会导致气液分配器正下方的催化剂床层出现严重的“局部轴向沟流”现象，这种“有害反应”的出现会使加氢反应质量变差和影响催化剂使用寿命。这就是渣油加氢或煤焦油加氢不能够使用该类型气液分配器的原因；3、由于上述几种气液分配器的抽吸量都很大，因此，不仅要求气液分配盘板的安装水平度高，而且要求入口扩散器或急冷箱(冷氢箱)下落的液相流分布均匀性高，否则各个气液分配器的抽吸量差异性会非常大，但是目前现有的扩散器或急冷箱(冷氢箱)的下落均匀性达不到这样要求。4、上述气液分配器的液相流抽吸环口将气液顶再分配盘板上的液相流抽吸较干净，反应物料中含有的大小固体杂质都被抽吸到下层催化剂床层内，是堵塞催化剂床层的主要因素之一，不利于反应器的长周期运行。
[0009]溢流-喷射型泡罩气液分配器
[0010]这类型气液分配器是抽吸-溢流型泡罩气液分配器的改进型，如:中国专利CN102451648 A、CN 203389620 U和CN 203944356 U公开的三种气液分配器，它们的共同特点是气相流从上部的泡罩、圆锥形喷嘴、直段喷射管等形式喷射，液相流则以溢流圆(长条)孔或管端平口进入，在下部很短的扩散段内进行雾化，最后由各种形状碎流板的缝隙喷射出来。从流体力学模拟分析和水力学冷模试验结果看，它们的共同缺点就是:1、尽管气相流喷嘴的喷射作用较大，但是，三者设置的扩散段长度均很小，达不到充分扩散效果，即一次雾化程度低。2、设置的底部二次雾化喷嘴均采用碎流板的形式，虽形状各有不同，但是，并没有从根本上改变抽吸-溢流型泡罩气液分配器碎流板的水力学特性，故缺点同上。3、结构复杂，机械加工组件多，成本较高。
[0011 ]溢流-喷射型气液分配器
[0012]这种气液分配器的典型代表是shell公司开发的、是目前最先进的HD溢流-喷射型气液分配器之一，国内也有其他多种仿制产品，如:抚顺石油化工研究院研制的FRIPP溢流-喷射型气液分配器和中国专利CN 203764228 U公开气液分配器均属于溢流-喷射组合型气液分配器。后两种只是将前者的下降管所开的溢流圆孔改成溢流轴向长圆孔或将溢流圆孔改成小直径钢管。它们的共同特点是在下降管内气相流向下喷射时，抽吸从下降管中部的管壁圆孔(长圆孔)进入的液相流，被气相流所扩散，在底部环形喷嘴处完成一次雾化。从流体力学模拟分析和水力学冷模试验结果看，它们的共同缺点是:1、当气液体积比较小时，气相流对液相流剪切作用小、雾化分散效果变差，下降管内壁形成的液膜均匀性变差，出现喷射偏流现象;2、由于只有一次雾化过程，所以，在工艺计算方面要求气相流和液相流的流量准确性高，生产装置操作弹性范围小，一般在正负20%以内。3、处于环形喷嘴下部的折流圆板底面形状为平底或凸形结构，圆板中心存在滴流现象，当气液体积比越小或油品粘度越大时，滴流现象越严重，这会导致一部分液相流不能被环形雾化喷嘴所雾化。4、环形喷嘴喷射间隙不可调节，为保证环形喷嘴圆周间隙的均匀性，则对其焊接制作的精度要求很高，必须准确无误，而且还要求搬运、运输和安装时，要注意碰撞问题。
[0013]溢流-二次喷射管型气液分配器
[0014]中国专利201220737754.1和201420495863公告的溢流-喷射管型、文丘里管型气液分配器，是本人几年前发明的，它们属于溢流型-二次喷射型气液分配器，共同特点是采用一次文丘里管喷射原理(前者为简单型文丘里管结构，后者是复杂性文丘里管结构)和二次环形喷嘴喷射原理两级雾化原理。一次雾化采用文丘里管雾化的目的是为了二次雾化环形喷嘴得到较细小的雾滴和均匀性非常好的环形液膜，使得环形喷嘴能够更好地起到雾化作用。从流体力学模拟分析和水力学冷模试验结果看，它们也存在一些不足之处:1、在环形喷嘴下部的水平折流圆板圆周边缘的液体因为其与钢板材料的粘牵引力比自身表面张力大，故这部分液体会沿着水平折流圆板背面向中心处流动，由此在中心处产生了一股连续向下流淌的中间滴流，当气液体积比越低或液相流粘度越大时，中间滴流的流量也越大，导致催化剂床层内部出现的“局部沟流”问题也越严重，尽管此沟流问题比抽吸-溢流组合泡罩型气液分配器轻许多，但是还是在一定程度上影响到催化剂的平均使用寿命。一旦雾化效果差，将影响氢气在液相流中的溶解度均匀性，导致加氢反应质量的降低和催化剂使用寿命;2、环形喷嘴喷射间隙不可调节，为保证环形喷嘴的圆周间隙的均匀性，则对其焊接制造精度的要求较高，且搬运、运输和安装时都要注意碰撞问题。
【发明内容】
[0015]本实用新型提供一种高效溢流-喷射管型气液分配器，它是在本发明人申请的前一个实用新专利一《溢流-喷射型气液分配器》基础上的进一步技术改进，其目的就是解决上述现有技术中存在的底部中间滴流、环形喷嘴间隙不能调节和焊接加工精度要求严格等问题，提供一种可以彻底解决上述问题的溢流-喷射管型气液分配器。
[0016]本实用新型的目的是这样实现的，一种高效溢流-喷射管型气液分配器，它包括:顶盖圆板、圆锥管喷嘴、下降扩散管、防滴流调节锥形圆板弧形连接条和气液顶再分配盘板等不锈钢构件组成。其特征在于:顶盖圆板安装在圆锥形管喷嘴的上圆管口处将其密封，圆锥管喷嘴上部开有均匀分布的三-六个长圆孔，气相流由此进入，下部管段制造成为圆锥形喷嘴;下降扩散管的上管段制造成为空心圆锥形管段，在此段上部开有均匀分布的三-六个溢流圆孔，液相流由此进入，下部为直管段，圆锥管喷嘴插入到下降扩散管顶部圆形口内，组成了一次文丘里管喷嘴，气相流从圆锥管喷嘴向下高速喷射时产生环形负压区，抽吸从溢流圆孔进入的液相流，气相流将液相流雾化成为小雾滴，完成一次雾化;防滴流调节锥形圆板通过弧形连接条安装在下降扩散管的下部平齐端口下方，且留有一定缝隙，组合成为二次环形喷嘴，由内部向外喷射的高速气相流将低速液相流雾化成为细小雾滴;防滴流调节锥形圆板的的圆锥角为60°_120°形成了倒碟形，这样的背面空心形状可以有效防止液滴不会倒流到防滴流调节锥形圆板背面中心处，确保不会出现中间滴流现象所带来的催化剂床层“局部轴向沟流”问题;一对弧形连接条采用了弧度结构的目的是通过改变两侧弧形半径来调节环形喷嘴喷射间隙的大小和喷射角度，当各种诸如焊接不准确或搬运及安装过程中碰撞等造成的二次环形喷嘴的歪斜或间发生变化时，在安装现场通过专用工具就可以调节成需要的间隙或水平度，从而来喷射间隙和不同为的气液两相流的喷射角度。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:1、在气液体积比很低的生产工艺条件下，气相流对液相流的雾化程度也会很好，加氢生产装置操作弹性由原来的正负20%，提高到正负50%，有利于加工不同性质的加氢原料油，液相流经过一次环形喷嘴和二次环形喷嘴的两次雾化，即大液滴—小液滴—微细液滴的雾化过程，反应物流的扩散性比现有气液分配器提高了 25%左右，微小雾滴中的氢气溶解度提高了 16%左右;2、解决了现有气液分配器的“中心滴流”问题，也有利于防止催化剂床层的“局部沟流”问题，加氢反应不会因缺氢而出现的局部“热点”问题，杜绝了“有害反应”发生，使得整个催化剂床层均处于真正理想的“喷洒区域”状态，催化剂床层径向温差不超过2°C，大大提高了加氢反应质量和加氢催化剂使用寿命。通过一年以上的反复试验和加氢生产装置反应器的实际运行，证明其性能明显高于所有前者，已经成功应用在汽柴油加氢、渣油加氢和煤焦油加氢精制装置上，效果明显。
【附图说明】
[0018]图1:是本实用新型的整体的结构示意图。
[0019]图2:是本实用新型圆维管嗔嘴的结构不意图。
[0020]图3:是本实用新型下降扩散管的结构示意图。
[0021]图4:是本实用新型防滴流调节圆锥形板的结构示意图。
[0022]图5:是本实用新型弧形连接条结的构示意图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1:
[0024]下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明:本实用新型的所有零部件均可采用不锈钢制做。它主要由:顶盖圆板1、圆锥管喷嘴2、下降扩散管3、防滴流调节锥形圆板4、弧形连接条5和气液顶再分配盘板6等不锈钢构件组成。圆锥管喷嘴2可以采用径为22—32毫米的无缝钢管制做，上平圆口 23处沿着轴向开有气相流进气孔24，数量以二到六个为宜、且在圆周方向上均匀分布，其上部圆管口 23用顶盖圆板I封闭，圆锥管喷嘴2的下段加工成空心锥形管段21，下平圆口 22作为气相流喷嘴；
[0025]下降扩散管3可以采用直径为32—45毫米的无缝钢管制作，上管段制造成为空心圆锥形管段31，作为文丘里管喷嘴结构的扩散段，上部端口为上平圆口 32，空心圆锥形管段
31上部开有液相流溢流孔33，数量以三到六个为宜，其底部为下平圆口 34;圆锥管喷嘴2的空心锥形管段21同轴插入到下降扩散管3的空心圆锥形管段31内，上平圆口32与空心锥形管段21外部焊接，组成了一次文丘里管喷嘴100。其作用是从圆锥管喷嘴2的下平圆口 22高速喷射出来的气相流101会产生负压区102，抽吸从下降扩散管3的液相流入口 33进入的低速液相流103，在空心圆锥形管段31内气相流101可以有效地剪切液相流103成为小雾滴，完成一次雾化。弧形连接条5的弧形钢条部分51处的弧度应可调。防滴流调节圆锥形板4冲压成倒圆锥形42，其角度为60° —120°，上部圆形平板41的直径应小于下降扩散管3的下平圆口34的内直径，且以小二到六毫米为宜。防滴流调节锥形圆板4安装在下降扩散管3的下平圆口 34下方，通过弧形连接条5上下连接，并留有一定缝隙，组成了二次环形喷嘴200，作为气相流对液相流的雾化喷嘴。被一次文丘里喷嘴100雾化后的小雾滴在下降扩散管3内的下降过程中，一部分雾滴粘附在下降扩散管3下段管内壁上形成一圈连续下降液膜104，并在下降扩散管3下平圆口 34处形成了一道空心圆柱形下降液膜105，并被从环形喷嘴200喷射高速气流201所产生的负压区202所抽吸，最终被高速气相流201剪切成为微小雾滴;另外一部分随着气流裹挟的雾滴，在惯性力作用，直接撞到防滴流调节倒圆锥形板4的圆形水平板41的表面上，速度降低下来变成液相薄膜106，并被负压区203所抽吸，最终也被高速气相流201剪切成为微小雾滴，完成全部二次雾化。可以通过改变弧形钢条51部分的弧度来改变二次环形喷嘴200的喷射间隙和喷射角度，以适应由于焊接误差、搬运或安装过程中所造成的二次环形喷嘴200缝隙的不平行问题，甚至可以对实际开车后出现环形喷嘴的喷射角度不合适或者雾化程度不好等问题，进行重新调整。防滴流调节锥形圆板4的背面为倒碟形43;这种结构可使吸附在倒圆锥形42外边缘的液体被重新抽吸到上方负压区203内，再次被高速气相流201剪切成为微小雾滴，这样可以有效阻止中间滴流现象的发生。通过二年多的实际应用，其轻油品类加氢的催化剂床层的径向最大温差(三点测量)均小于2°C;其重质油品类加氢的催化剂床层的径向最大温差(三点测量)均小于4°C，可见实际效果是特别理想的。
【主权项】
1.一种高效溢流-喷射管型气液分配器，它包括顶盖圆板(I)、圆锥管喷嘴(2)、下降扩散管(3)、防滴流调节锥形圆板(4)、弧形连接条(5)和气液顶再分配盘板(6)不锈钢构件，其特征在于:顶盖圆板(I)安装在圆锥管喷嘴(2)的上部的圆管口(23)上部，圆锥管喷嘴(2)下部的空心锥形管段(21)以同轴方式插入到下降扩散管(3)的上平圆口(32)内，组成了一次文丘里管喷嘴，防滴流调节锥形圆板(4)安装在下降扩散管(3)的下平圆口(34)下方，通过弧形连接条(5)上下连接，并留有一定缝隙，组成了二次环形喷嘴200。2.根据权利要求1所述的一种溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:圆锥管喷嘴(2)上部管壁设置4-6个进气孔(24)，且在圆周方向上均匀分布，下部管段制造成为圆锥形喷嘴(21)。3.根据权利要求1所述的一种溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:下降扩散管(3)上段为空心圆锥形管段(31)，上部端口为上平圆口(32)，在空心圆锥形管段(31)设置了三到六个液相流入口(33)，为液相流提供进入通道，其下部端口为下平圆口(34)。4.根据权利要求1所述的一种溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:防滴流调节锥形圆板(4)的内圈为水平圆板(41)，且直径比下降扩散管(3)的下平圆口(34)内直径小2-6mm，外圈边缘为倒圆锥形(42)，其角度为60°-120°，其底部为倒蝶形(43)或外边缘低中间尚的形状。5.根据权利要求1所述的一种溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:弧形连接条(5)中间为弧形钢条(51)。6.根据权利要求1、2或3所述的高效溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:圆锥管喷嘴(2)的空心锥形管段(21)以同轴线的方式插入到下降扩散管(3)的空心圆锥形管段(31)内，上平圆口(32)内壁与空心锥形管段(21)外部焊接，组成了一次文丘里喷嘴(100)。7.根据权利要求1、3、4或5所述的高效溢流-喷射管型气液分配器，其特征在于:防滴流调节锥形圆板(4)安装在下降扩散管(3)的下平圆口(34)下方，通过弧形连接条(5)上下连接，并留有一定缝隙，组成了二次环形喷嘴(200)。
【文档编号】C10G49/00GK205462133SQ201620111279
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】冯斌
【申请人】冯斌