一种用于催化反应器中两相流的混合装置的制作方法

专利名称：一种用于催化反应器中两相流的混合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在容器中混合气体或蒸气与液体的混合装置，汽相和液相在该装置中并流流动。该装置的目的是使离开该装置的出口混合物的温度和化学组成达到平衡。本发明适用但不限于，在一种加氢操作反应器如加氢处理反应器或加氢裂化反应器内两个邻近催化剂床层之间，将热富氢处理气和热烃液体同冷却流股混合。本发明进一步涉及一种包括前述混合装置的催化反应器、一种在该反应器中并流流动的蒸气和液体的混合方法，以及一种采用所述方法制备的产品。
背景技术：
现有文献和专利中已经公开了大量两相并流容器的混合装置。大部分装置属于下面六种中的一种第1种提供于收集塔板并具有进料溜槽的涡旋混合器美国专利3,541,000记述了这种混合器设计的一个例子。该混合器由水平的收集塔板6组成。该收集塔板有多个斜槽32/34。从上面催化剂床层流下来的全部蒸气和液体工艺物流高速流过这些进料溜槽。收集塔板的下面是环形混合箱8。槽的出口喷嘴设有水平构件，在环形混合箱中会形成涡流流动。然后流体通过内堰12，之后垂直向下通过中心孔10。在中心孔10的出口处，通过多腿支架设备30中的多孔管式分配器加入冷却流体。混合器下面设置有一个用于液体粗分配的分布塔板14。塔板14也可以用作从中心孔10流出的高速流体的冲击板。在粗分配塔板的下方设置有一个用于液体最终分配的分配塔板4。
涡流混合器的其他例子美国专利4,836,989公开了一个与美国专利3,541,000中混合器相似的涡流混合器。但是，为了改进冷却流体同从上面催化剂床层流下来的蒸气和液体的混合，急冷流体是通过收集塔板12的上游而非下游的多孔管式分配器13加入。
美国专利5,837,208、5,989,502和WO0248286中公开了与美国专利4,836,989中混合器相似的混合器。
第2种具有径向/水平输入流的漩涡箱式混合器美国专利3,353,924中记述了这种混合器设计的一个例子。该混合器由收集塔板6组成。冷却介质通过收集塔板上方的多孔管环11加入。从混合器上方的催化剂床层3中流出的蒸气和液体和冷却流体通过多个进口8进入漩涡箱7中。同前述涡旋混合器设计不同，流体主要是在水平方向/径向通过进口进入漩涡箱式混合器。进口设有叶片9，该叶片可以使漩涡箱7中的流体做涡流运动。流体通过中心孔13a流出漩涡箱。中心孔下方，有孔冲击板设置有垂直挡板16。
漩涡箱式混合器的其他例子美国专利3,787,189公开了同美国专利3,353,924中混合器相似的漩涡箱式混合器。但是该漩涡箱的进口通道和叶片的设计与之不同，而且中心孔20下方的冲击板23无孔。收集塔板18下方设置有叶片22，可以使流体涡流运动流出混合器，替代了混合器出口处径向设置的垂直档板。
美国专利5,462,719中公开了同美国专利3,353,924相似的漩涡箱式混合器。蒸气和液体首先流过圆柱形档板24中的径向孔，然后流过叶片22，使之在漩涡箱内涡流运动。流体通过中心孔21流出漩涡箱，并进入位于收集塔板20下的第二个混合箱。在第二个混合箱中，流体沿着径向向外流动，通过圆柱形壁26中的径向孔流出混合器。
第3种泡罩混合器美国专利5,152,967中公开了这种混合器设计的一个例子。该混合器由一个收集塔板16和一个与降液管17重叠的泡罩18和19组成。该泡罩和降液管确定了第一个混合漩涡室。泡罩19的侧壁设置有斜向开口。当蒸气和液体通过斜向开口进入第一个漩涡室时，形成涡流运动。流体首先向上流过降液管17的上边缘，然后通过降液管和塔板6内的中心孔向下流动。该混合器在内部径向流动的第一个漩涡室下方还设置有第二个漩涡室。
泡罩混合器的其他例子美国专利6,183,702 B1公开了另一个泡罩混合器。该混合器由收集塔板1125组成，该收集塔板可保持在一定的液面高度。该收集塔板设置有垂直档板1130，可以促进液体在塔板1125上涡流运动。从管1140中喷出的冷却流体可进一步加强涡流运动。在收集塔板上，泡罩混合器由一个与圆柱形降液管1165重叠的细长圆柱形罩1150组成，该泡罩混合器设置在塔板1125中的中心孔上方。在泡罩和降液管之间的环形空间中设置有半螺旋形档板1155。蒸气通过泡罩1150的圆柱形壁中的狭缝进入到该环形空间。这样，蒸气夹带着液体上升进入环形空间，蒸气和液体通过环形空间向上流动。在该环形空间中通过档板1155形成涡流运动。
蒸气和液体沿着降液管和收集塔板1125中的通道向下流动。
美国专利3,824,080、3,824,081和5,403,560公开了泡罩混合器的其他例子。
第4种蒸气和液体单独混合的混合器欧洲专利716,881公开了这种混合器设计的一个例子。该混合器由带有中心孔30的收集塔板20组成。在中心孔上方设置有用于混合蒸气的蒸气漩涡箱100/55。该蒸气漩涡箱设置有孔95和涡旋装置105。收集塔板20设置有用于液体流动的其他开口40。开口与通道65相连，使液体流向反应器的中心线。正常操作中，收集塔板20保持在一定液面高度，蒸气进入蒸气漩涡箱混合器100/55中并且通过中心孔30流出，而液体通过平行液体通道40/65从漩涡箱式混合器旁路通过。混合器下方设置有一个粗分布器/冲击板90。
美国专利5,935,413中公开了单独混合蒸气和液体的混合器的其他例子第5种垂直流动的档板箱式混合器美国专利4,233,269中公开了这种混合器设计的一个例子。该混合器由进料口12组成，蒸气和液体可以由该进料口进入混合器。从进料口进入的流体流过由环形塔板32和36形成的两个圆形混合口以及由圆盘34形成的环形流动区。
第6种水平流动的档板箱式混合器美国专利5,690,896公开了这种混合器设计的一个例子。该混合器可以作为催化剂支撑系统的一个部分。蒸气和液体被收集在环形收集槽24中。冷却流体通过冷却管22和23加入到环形收集槽中。蒸气和液体通过环形收集槽流进设置在支撑梁14和15之间的混合箱30中。全部工艺物流在进口36处进入混合器箱中。该混合器箱由单独的流动通道组成，流动方向可360°旋转。流体在混合器中经过360°旋转后，通过中心孔37流出。
美国专利3,705,016公开了一个由设置在收集塔板和催化剂支撑塔板8上的屏11/12组成的混合器。该屏由惰性载体材料7覆盖。冷却流体注入塔板8上方的催化剂床层。蒸气和液体可以通过屏11/12，但惰性材料不能通过。蒸气和液体通过屏后，垂直流过收集塔板8中的中心孔。在收集塔板下方设置一个水平混合箱，该混合箱由底板16和垂直档板20、21、22和23组成。从中心孔流出的流体先被分成两个水平流。之后每个流股又被分成两个流，最终形成四个流。在混合器的出口处，四股流中的两股再次混合进入反应器截面的一侧，而剩下的两个流股也再次混合进入反应器截面的另一侧。最后，通过多孔塔板25分布蒸气和流体。
美国专利3,977,834给出了水平流动的档板箱式混合器的另一个例子。公开了由多个平行混合箱13组成的混合器。混合箱设置在催化剂支撑梁7之间，在混合箱的上游，于该梁之间通过管子11加入冷却流体。
背景技术：
中混合器性能讨论
压降是所有提到的混合器设计中的混合驱动力。但是，例如在加氢处理和加氢裂化单元操作中，增加混合器的压降会导致成本增加。如循环气压缩机的初始成本增加，及循环气压缩机所需的附加轴功率使操作成本增加。在两相混合器中，能够在给定混合器压降实现均匀混合并且形成平衡出口混合物的标准如下A)混合器需要具有流动限制区或者高流速混合口。高流速能够使液体分散进入蒸气中，或者使蒸气分散进入液体中。分散流动增大了界面面积有利于传热和传质。高流速也增大了湍流的程度，湍流也另外产生良好的混合。高流速进一步产生较高的传质和传热系数，有利于液相和气相之间的传热和传质。
B)全部工艺物流汇集并在混合口接触。由于平行流之间无法接触，并由此不能实现平行流的温度和组成平衡，因此穿过混合器的平行通道是不适当的。
C)混合器在混合口下游具有低流速区域，使蒸气和液体保持一定停留时间，为从高流速到低流速转变创造湍流条件。传热和传质需要停留时间。相混合需要湍流条件。
D)在混合器出口处，必须达到穿过反应器截面的流体的合理分布和扩散。即使混合器下方设置有分布塔板，在混合器出口处仍然需要沿着反应器截面的特定液体分布，以防止分布塔板上过大的液面梯度。如，所有的液体在反应器一侧流出的混合器设计就不适用。
此外，整个混合器的高度也很重要。混合器要尽可能的紧凑以降低反应器/容器的高度需求。在加氢处理或加氢裂化反应器中，混合器占据的空间不能被具有活性的催化剂利用。为了将反应物转化成预期产物，需要给定催化剂的总容积。所以混合器占据的空间增加了所需反应器的尺寸/高度。加氢裂化反应器设计成在200巴和450℃操作，同时具有氢气和硫化氢的高分压。反应器通常设计成具有高达5米的内径。基于严格的设计条件，加氢裂化反应器要具有一个很厚的外壳，该外壳通常由2.25铬1.0钼钢制造并带有奥氏体不锈钢内衬，如347SS。每米反应器直边的成本高达一百万美金(2002年)。因此，如果采用更紧凑的混合器设计，存在较大的潜在节约空间。
第一种混合器，带有进料溜槽的涡旋混合器，是目前工业加氢处理和加氢裂化应用中最普遍采用的混合器设计。混合器压降的主要部分用于进料溜槽。但是这些槽表现为平行流动通道。因此没有到达标准B的要求。此外，由于不平整的收集塔板或者其它制造容差原因，每个进口槽的蒸汽和液体分布情况可能较差。大部分液体通过一些槽，而大部分蒸汽则通过另一些槽。这种情况下，蒸汽和液体在进料溜槽中就不能有效地接触。流体在环形箱中的停留时间通常无法使流体进行一个360度的全程旋转，因此从不同槽、不同反应器侧边流出的流体永远无法彻底混合。进料溜槽中的流速通常太高，而无法象最初要求那样使环形箱中的液体分离。全部工艺物流在混合器的中心孔中接触，然后流体随后立即沿着反应器截面分布。中心孔下游没有限定的体积用于产生传质和传热的时间。所以，标准C也没有满足。第一种混合器为相对紧凑的混合器。
第二种混合器，带有径向/水平输入流的漩涡箱式混合器，涡旋室的进口承担着压降的主要部分。这些进口表现为平行流动通道。因此无法达到标准B的要求。同第一种混合器一样，全部工艺物流在中心孔接触。但是之后，流体立即全部沿着反应器截面分布。中心孔下游没有限定的体积用于产生传质和传热的时间。所以，标准C也没有满足。
同第一种和第二种混合器一样，第三种混合器，泡罩混合器也没有达到标准B和C的要求。
在第四种混合器中，蒸气和液体单独混合的混合器，混合器压降部分用于预混合器中，用来预混合分离和并流的蒸汽和液体。每个单相预混合器本身也包括平行流通道，如平行进料溜槽或叶片。因此该种混合器也没有满足标准B的要求。欧洲专利716,881中，根本就没有两相混合口，所以也没有满足标准A的要求。
第五种，垂直流动的档板箱式混合器，美国专利4,223,269公开了一个混合性能极好的设计并且能够满足前述A到D所有标准的要求。可是，第五种混合器的高度太高，占据了反应器/容器很多体积。
第六种混合器，水平流动的档板箱式混合器，美国专利3,705,016和3,977,834公开了带有多个平行流动通道的混合器设计，没有满足标准B的要求。由于全部工艺物流无法在一个混合口中接触，美国专利3,977,834也没有达到标准A的要求。另外，由于液体以不均匀模式流出混合器，美国专利3,705,016没有满足标准D的要求。对于第六种混合器，美国专利5,690,896公开了一个合理的较好的混合器。但是该混合器没有满足标准C的要求。在把全部工艺物流一起引入混合口后，混合口的下游没有足够的停留时间用于传质和传热。由于流体仅仅从一侧进入中央通道，也没有满足标准D的要求。最终混合器出口处的流体分布不均匀。

发明内容
本发明涉及一种在蒸汽和液体并流流动的容器中混合气体或蒸汽和液体的混合装置。本发明属于前述的第六种混合器，水平流动的档板箱式混合器。
本发明一个主要目的是提供这种混合，使其具有相对较小的反应器体积损失并具有相对较低的能量要求。
根据本发明，本发明的上述和其它目的以及本发明的有益效果如下得到提供一种用于催化反应器中的混合装置，该混合装置设置在上部催化剂床层和下部催化剂床层之间，用于混合所述反应器容器中通过所述相互叠加的催化剂床层并流流动的气体或蒸汽和液体，所述混合装置形成通过所述混合装置的流动通道，用于所述蒸汽和液体从所述上部催化剂床层流动到所述下级催化剂床层，反之亦然，所述流动通道包括至少一个所述混合装置的进口；至少一个所述混合装置的出口；沿着所述流动通道连续排列的第一和至少一个第二混合口或通道，所述第一和所述至少一个第二混合口的设置可以使基本上全部液体和蒸汽混合流流过每个所述的混合口，该混合口的流通面积与所述混合流的流速有关，以使混合口内所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，优选足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；一个基本水平的流动通道部分，延伸设置在所述至少一个进口和所述至少一个出口之间，以使混合装置的垂直尺寸尽可能的小，所述基本水平流动通道部分优选从最近的所述进口延伸至最近的所述出口。
因此，在反应器体积损失最小的情况下得到了液体和蒸汽间的有效相互作用。
本发明提供了一种用于催化反应器中的混合装置，该混合装置设置在上部催化剂床层和下部催化剂床层之间，用于混合所述反应器的基本垂直的容器中通过所述相互叠加的催化剂床层并流流动的气体或蒸汽和液体，所述的混合装置形成通过所述混合装置的流动通道，用于所述蒸汽和液体从所述上部催化剂床层流动到所述下级催化剂床层，反之亦然，所述混合装置包括设置有至少一个进口顶部壁；设置有至少一个出口底部壁；在所述顶部壁外缘和底部壁外缘之间延伸设置的外侧壁，用于在所述顶部壁和所述底部壁之间构成一个封闭空间；内部隔断壁，延伸设置在所述顶部壁和底部壁之间，与所述顶部壁、底部壁和外侧壁一起构成所述的流动通道，而且所述隔断壁沿着所述流动通道相继形成了第一和至少一个第二混合口或通道，所述第一和所述至少一个第二混合口的设置使基本上全部液体和蒸汽的混合流流过每个所述混合口，该混合口的流通面积与所述混合流的流速有关，以使混合口内所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，优选足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；
基本水平的流动通道部分，由所述内部隔断壁连同所述顶部壁和底部壁一起构成，延伸设置在所述至少一个进口和所述至少一个出口之间，以使所述混合装置的垂直尺寸尽可能小，所述基本水平流动通道部分优选从最近的所述进口延伸至最近的所述出口。
在一个
具体实施例方式
中，本发明提供了一种设置在圆柱形反应器壁间的阻流水平混合箱。该混合箱有一个或多个通道，使基本垂直流动的流体流进混合器。该混合箱包括一个水平圆形顶部壁，一个水平圆形底部壁，以及一个垂直圆柱壁，该圆柱壁可以作为反应器内壁的一部分。为了使混合箱的高度最小，混合箱的直径优选接近于反应器的内径，或与反应器的内径一致。在水平混合箱内设置有垂直流动档板。该垂直流动档板形成了混合口，在此全部工艺物流高流速流过该混合口。该混合口后设置有一个三通，能够将工艺物流分成两个低流速的侧流。水平混合箱由一系列后面设有三通的混合口组成，首先流体在第一流动限制区以高流速混合，然后由第一个三通分成两个低流速流股，之后在第二流动限制区以高流速再次混合，等等。在混合口内，液体被分散到蒸汽中，为传质和传热提供了较大的界面面积。混合口内的高流速也产生了较高的传热和传质系数，并且形成了混合所需的湍流状态。因此满足了标准A的要求。由于全部工艺物流从每个混合口中流过，所以也满足了标准B的要求。在两个混合口之间的低流速区内，提供了用于传质和传热的滞留时间。因此，也满足了标准C的要求。在通过一系列的混合口和三通后，流体通过圆形水平底部壁的一个或多个通道在垂直方向上流出。优选在反应器的中心线上设有一个开口，对称的流体可以进入该开口，为混合器的下方提供均匀的液体分布。因此，标准D也得到了满足。在圆形水平底部壁内的通道下方设置有一个冲击板，能够降低两相喷射流的高流速，使液体在反应器截面上分布。
冷却流体可以在第一个混合口上游，水平顶部壁的上方或水平顶部壁和底部壁之间加入。冷却流体也可以在两个混合口之间加入。
然而现有的第六种混合器无法满足正确混合性能A-D所有标准的要求，但本发明可以做到。同现有技术相比，本发明改进了混合性能，使从混合器流出的出口流的温度和组成达到平衡。而且，与现有技术中大多数混合器不同，本发明充分利用了混合箱的反应器截面。同现有技术相比，混合箱的大直径降低了本发明对高度的要求。表1为在12种工业加氢应用中本发明的计算高度同美国专利4,836,989中的涡旋混合器的计算高度的比较。在12种工业应用中，两种混合器在每种应用中设定的总压降相同。如果用本发明的混合器代替涡旋混合器，高度可以降低35mm到440mm或降低15％到55％。这是混合器本身可以降低的高度。另外，如果要注入冷却流体，那么可以设置一个冷却流体分布器作为本发明的一个部分，而对于涡旋混合器就要在混合器的上方设置一个单独的冷却流体分布器。参见美国专利4,836,989。单独的冷却流体分布器要占用一定的额外高度。
表1本发明的混合器高度同涡旋混合器(美国专利4.836.989)高度比较


图1为在带有两个固体催化剂粒子床层的加氢操作反应器内的催化剂和内部构件典型布置示意图，图1也表示了反应器内两个邻近的催化剂床层之间的混合器装置的典型位置；图2为本发明混合装置一个实施方式的透视等轴剖视图；图3A为图2混合器实施方式的俯视图；图3B为图3A中沿A-A得到的侧面剖视图；图3C为图3A中的沿B-B得到的侧面剖视图；图4A，5A，6A，7A，8A，9A和10A为本发明可供选择实施方式的俯视图；图4B，5B，6B，7B，8B，9B和10B为沿A-A得到的相应的侧面剖视图；
图4C，5C，6C，7C，8C，9C和10C为沿B-B得到的相应的侧面剖视图；图7D为图7A中沿C-C得到的侧面剖视图；本发明的可供选择实施方式包括但不限于图中所示的设计。
具体实施例方式
加氢操作反应器中发生的反应是放热的。因此，加温加压条件下，当反应物在加氢操作催化剂存在下转化成产品时，反应过程中会放出热量并使温度升高。
在工业加氢操作反应器中，反应物的两相混合物通过固体催化剂颗粒床层流动。在这种反应器中理想流动方式为活塞式流动，即液体在反应器截面的所有点上以同样的流速(基于空反应器)向下流动。在理想活塞流情形下，蒸汽相也是同样的蒸汽在反应器截面的所有点上以同样的流速(基于空反应器)向下流动。
在工业反应器中，由于非理想的分布塔板、不均匀的催化剂装填和/或催化剂颗粒间的空隙中沉积物的存在，活塞式流动是永远都不可能实现的。因此，在催化剂床层的一些区域中，液体流速要高于平均流速，而蒸汽流速要低于平均流速。由于液体的热容比蒸汽的热容高，在这些区域中每米流动通道的温升较低，温升以℃计。同样，催化剂床层的其它区域中，液体的流速低于平均流速，而蒸汽的流速高于平均流速。由于液体的热容比蒸汽的热容高，在这些区域中每米流动通道的温升较高，温升以℃计。
所以，即使反应混合物在反应器入口处的温度相同，但是当流体流过催化剂床层时，催化剂床层的某些区域要比其他区域更热。而且，由于反应速率是随着温度的升高而增加的，这样会加速反应的进行催化剂床层的热区域反应速率较高，因此这些热区域就要比冷区域放出更多的热量。
由于催化剂床层热区域和冷区域的反应速率不同，使流体的化学组成也不相同。
在一个水平面上的温度和化学组成不均匀会产生几个负面影响所有的加氢操作催化剂在操作过程中会失活。为了弥补催化剂活性降低，在运行过程中要提高床层的平均温度。在某个时间点，运行结束时，催化剂床层的最高温度达到最大允许值。此时，整个操作单元需要停车，催化剂需要再生或替换。如果水平面上的温度不均匀，那么就要在较早的阶段并且在较低平均床层温度时停止运行。由于温度不均匀引起的高频率停车在生产损失、催化剂消耗和附加劳力方面造成了生产者成本提高。
不均匀引起的另一个影响是化学转化程度不均匀。一部分反应物转化率较高，而其余的反应物转化率较低。结果会降低总体产品质量。第一个例子是柴油机加氢处理反应器，在该反应器中将含硫的烃组分和氢气转化成不含硫的烃组分和H2S。如果温度不均匀，一部分进料油在较高温度下反应，由于前述的液体流速较低，也可以在较低的空速下反应。另一部分进料油在较低温度下反应，由于液体流速较高，也可以在较高空速下反应。结果有机硫往往从低温高空速区域旁路通过催化剂床层。这种旁路通过严重的增加了全部产品中有机硫的含量。为了在有机硫含量方面符合产品规格，生产者需要降低进料速率，或提高反应器的操作温度以补偿温度和组成的不均匀。降低进料速率在产品损失方面会增加成本。提高反应器温度会导致能耗增加，催化剂的再生/更换使停车频率增加，降低了运转周期。停车频率的增加使前述的成本增加。
第二个例子是加氢裂化反应器，在该反应器中将重烃组分和氢气转化成轻烃组分。如果温度不均匀，那么一部分进料油在高温下反应，由于液体流速较低，也可以在低空速下反应。另一部分进料油在低温下反应，由于液体流速较高，也可以在高空速下反应。结果导致一部分重进料油过度裂化，使不需要的C1-C4气体产物和轻石脑油组分严重增加，而另一部分重进料油的转化率很低。从而降低了加氢裂化单元对期望产品的选择性，也降低了重进料组分转化为轻产品组分的总转化率。两种影响均增加了生产者的成本。
在工业加氢操作反应器中，催化剂床层水平面内的温度和化学组成不均匀是无法避免的。但是安装适宜的反应器内部构件可以使这种不均匀达到最小。
对于第一个催化剂床层，进料/反应物首先由此进入，需要提供一个好的进口分布器以确保液体和蒸汽在反应器截面上均匀分布。进入分布器的流体需要在分布器的上游进行适当混合以确保组分平衡和热平衡。充分混合的流体通常提供于反应物到反应器的管路中。
对于任何随后的催化剂床层，也同样需要好的进口分布器以确保液体和蒸汽在反应器截面上均匀分布。然而随后的催化剂床层的进口流即是上游催化剂床层的出口流，该上游催化剂床层的出口温度和化学组成不均匀。因此有必要在上游催化剂床层和分布器之间设置一个混合装置。否则这种温度和化学组成的不均匀就会从一个床层传到下一个床层，变得更加严重。设置混合装置的目的就是得到温度和组成均匀的出口流。
通常，把一种比反应器内部流体温度低的冷却流体在两个邻近的催化剂床层之间注入到加氢操作反应器中，在该流体进入下一个床层之前使从一个催化剂床层流出的流体冷却。这样可以使反应器操作接近等温条件，其在增加运转周期和改善产品质量方面具有多方面效果。这种情况下，该混合装置更进一步的目的是将冷却流股同从一个催化剂床层流出的流出物混合，以使流股在进入下一个催化剂床层之前达到热平衡和组分平衡。
现在参照附图，图1表示带有两个催化剂颗粒床层2和3的典型加氢操作反应器的示意图。图1表示了混合装置相对于催化剂床层和其它反应器内部构件的典型位置。反应物通过吸入喷嘴4进入反应器。流体进入顶部的分布塔板5，在流体进入催化剂床层2之前，分布塔板5可以使蒸汽和液体在反应器截面上均匀分布。催化剂床层2在一个网板或催化剂支承栅板6上是静止不动的。由于催化剂的重量较大以及流体流过催化剂床层所引起的力，通常催化剂网板或栅板6要承受较大的力。因此通常需要支撑梁7来承受这些力。在催化剂载体系统6和7的下方，设置有混合装置8。冷却流体可以通过一个冷却管口9加入。在混合器的下方，设置一个冲击装置10，用来分布液体并且使从混合装置流出的喷射流的高流速得到减缓。在混合器的下方，还设置有第二分布塔板11，在流体进入下一个催化剂床层3之前，该分布塔板11可以使蒸汽和液体在反应器的截面上均匀分布。反应器中的产物通过出口喷嘴12离开。
可以使用两个以上催化剂床层。混合装置8的数量通常为N-1，其中N为反应器中催化剂床层的数量。
图2-图9所示为本发明混合装置可供选择的结构。这些图仅仅表现了本发明和供选方案的特征。这些图并没有限制此处公开思想的范围，在此只是作为工作附图。这些图不应视为对本发明思想范围的限制。附图所示的相关尺寸不应视为同工业的具体实施方式
相等或成比例。
图2为混合箱8的透视等轴剖视图，该混合箱8由一个圆形顶部13、一个圆形底部盘14和一个圆柱形侧壁15组成。该圆柱形侧壁15可以是反应器内壁的一部分，也可以是比反应器直径小的一个单独的壁。圆柱形壁15的直径优选接近于反应器的直径，以使混合器的高度达到最小。除了顶部盘13内的开口16外，该混合箱在反应器1内形成一个基本密封的流动障碍。在该圆柱形壁的直径小于反应器的内径的情况下，需要设置一个塔板或其它装置以确保在混合箱8和反应器1的内壁之间实现基本的密封。
冷却流体通过一个穿孔冷却分布器17注入到混合箱8中。在混合箱内设置有流动档板18，19和20形成了一系列用于高流速和混合流动的混合开口21和22，也形成了一系列用于低流速和分支流动的流动开口23和24。除了开口21、22和24外，这些流动档板形成了一个基本密封装置，这样迫使流体只能从这些开口中流出。在底板14上设置有与反应器中心线同心的圆形出口孔25。该圆形开口用作混合器中的第三个也即最后一个混合口。
图3A为图2中的混合器的俯视图。图3B为图3A中沿A-A得到的剖视图。图3C为图3A中沿B-B得到的剖视图。如图3A和图3B所示，圆形冲击板26与圆形开口25同心，并设置于圆形开口25的下方。
流体在装置中的流动如图3A、3B和3C中箭头所示。操作过程中，从催化剂床层2流出的蒸汽和液体通过通道16，流进混合箱内。冷却流体经分布器17加入。此时全部工艺物流流过混合口21，在混合口21处，流体为高流速流动，液体被分散到蒸汽中。之后，该物流被流动档板19分成两个低流速物流。两个物流在两个对称的通道23中流到下一个混合口22，在混合口22处两个物流再次混合成高流速物流。经过混合口22后，物流又被流动档板20分成两个低流速物流，此时两个物流通过两个对称的通道24流进中心孔25，物流在此于第三个也即最后一个混合口处再次混合成高流速物流。最后冲击板26可以确保流体向外径向流出混合器。该冲击板可以防止混合器把高流速的喷射流直接送到分布盘11上。这种喷射流会干扰分布塔板上液体水平面，带走液体。此外，流体进入分布塔板11前，冲击板26可以使液体在反应器横截面上均匀分布。
由于混合箱内流体的高流速，同汽相和液相之间的粘性力相比，重力可以忽略不计。因此，即使混合箱8接近于水平，混合箱内也不会发生任何明显的相位分离。
混合箱内的流动档板可以有很多不同的形状。其可以是直的、弯曲的、角的等等。档板也不必严格垂直，只要有垂直的部分就足够了。进口通道16和出口通道25也可以有不同的形状，如图2和图3所示部分，椭圆形、圆形、矩形、三角形等等。进口通道和出口通道的数量分别为一个和一个以上。混合箱本身的横截面可以为任何形状。对于如图2、3A、3B和3C所示的混合器，其可以为圆形，也可以为三角形、矩形或多边形。优选为圆形或多边形，这是由于此时混合器的横截面积接近于容器的横截面积。
图4A，4B和4C给出了可供选择的混合器设计实施例。通过混合器的流动路线如箭头所示。图4A为一个可供选择混合箱8的俯视图。图4B为图4A中沿A-A的剖视图。图4C为图4A中沿B-B的剖视图。该混合箱由多边形顶部壁13′和多边形底部壁14′以及侧壁15′组成。顶部壁上设置有两个圆形开口16′，用于使流体流进混合箱8′。冷却流体在通道16′下游和顶部盘13′和底部盘14′之间并通过一个带孔的冷却流体分布器17′加入。混合箱内设置有弯曲流动档板18′，形成了第一个混合口21′。混合箱内设置有流动档板19′，先把从混合口21′流出的物流分成两个物流进入两个通道23′，之后在第二个混合口22′处再把两个物流重新混合成一个物流。靠近混合口21′的流动档板19′的拐角是弯曲的，而靠近混合口22′的流动档板19′的拐角是成角度的。在混合口22′的下游设置有一个成角的档流板20′。档流板20′把从第二个混合口22′流出的物流分成两个物流进入两个流动通道24′，之后全部流股在第三个也即最后一个混合口处再次混合，最后一个混合口为方形出口孔25′。在出口孔25′下方，设置一个冲击板26′。
图2，3A，3B，3C，4A，4B和4C中所示的混合器有三个混合口21、22和25(或21′，22′和25′)。然而，该混合器可以设置两个或多个混合口。图5A，、5B和5C表示带有四个混合口的混合箱8的实施例。通过该混合器的流动路线如箭头所示。图5A为混合箱8的俯视图。图5B为图5A中沿A-A得到的剖视图。图5C为图5A中沿B-B得到的剖视图。该混合箱由圆形顶部壁13″、圆形底部壁14″和圆形侧壁15″组成。该顶部壁设置一个矩形孔16″，用于流体流进混合箱8的进口，并作为第一个混合口。冷却流体不在混合器8内加入，但是可以在混合口16″的上游加入。在混合箱内设置有流动档板27″，把从混合口16″流出的物流分成两个物流进入两个流动通道28″内。混合箱内设置有档流板18″，形成了第二个混合口21″，在混合口21″处全部工艺物流再次混合。混合箱内设置有档流板19″，先把从混合口21″流出的物流分成两个物流进入两个通道23″，之后在第三个混合口22″处把两个物流再混合成一个物流。在混合口22″的下游设置有一个档流板20″。档流板20″把从第三个混合口22″流出的物流分成两个物流进入通道24″，之后全部物流在第四个也即最后一个圆形混合口25″处再次混合。在混合口25″的下方，设置有一个圆形冲击板26″。
用于把流体从混合箱8内引到混合箱8和分布塔板11之间的空间的出口通道可以采用前述的任何数量、位置和形状。图6A、6B和6C表示带有两个偏离中心的出口孔25的混合箱8的实施例。通过混合器的流动路线如箭头所示。图6A为混合箱8的俯视图。图6B为图6A中沿A-A得到的剖视图。图6C为图6A中沿B-B得到的剖视图。该混合箱由圆形顶部壁13、圆形底部壁14和圆柱形侧壁15组成。该顶部壁设置一个圆形开口16，用于流体流进混合箱8的进口，并作为第一个混合口。冷却流体于第一个混合口16的下游通过位于顶部壁13和底部壁14之间的开孔冷却流体分布器17加入。混合箱内设置有流动档板27，把从混合口16流出的物流分成两个物流进入流动通道28内。混合箱内设置有档流板18，形成了第二个混合口21，在混合口21处全部工艺物流再次混合。混合箱内设置有档流板20，把从混合口21流出的物流分成两个物流进入两个流动通道24内。混合箱内设置有档流板19，形成了第三个混合口22，在混合口22处在通道24中流动的流股再次混合。要注意的是，通过混合口22的流动方向同通过图2、3A、4A和5A中的混合口22、22′和22″的方向相反。从第三个混合口22流出的全部工艺物流分成两个通往出口孔25的通道23。为了改善分布塔板11的液体分布，还可以使用任选的分离档板29，以得到进入每个通道23中物流的更均匀的分流。物流通过两个矩形开口25流出混合箱。每个出口开口25的下方都设置有冲击板26。同前面的实施例相比，该混合器的缺陷是液体在分布塔板11上的分布情况较差。这是因为液体仅仅从一边进入到每个出口开口25，出口开口不是设置在反应器的中心，以及由于在混合口22的出口处液体的不均匀分流而使通过每个出口开口25的液体流速不同。
如前所述，该混合装置可以设置两个或多个混合口。在给定混合器总压降下，混合口的数量越多，所需的混合箱的垂直高度就越高。图7A、7B、7C和7D表示带有两个混合口21*和22*的混合箱8的实施例。图7A为该混合器8的俯视图。图7B为图7A中沿A-A得到的剖视图。图7C为图7A中沿B-B得到的剖视图。图7D为图7A中沿C-C得到的剖视图。通过该混合器的流动路线如箭头所示。该混合箱由圆形顶部壁13*、圆形底部壁14*和圆柱侧壁15*组成。该顶部壁上设置有两个圆形进口孔16*，用于蒸汽和液体流进混合箱8的通道。在每个进口开口16*的上方或通过每个进口开口16*安有一个顶部和底部均有开口的圆柱30*，在顶部壁13*和圆柱体30*之间形成了一个基本密封的连接。圆柱体的上边缘设置有V形槽。操作中，顶部壁13*能够持一定的液面高度，并且由于V形槽的存在，液体可以稳定的流进进口开口16*。这样就避免了混合器中液体进口流速的波动。带有V形槽的圆柱体30*也可以用于每个进口开口16*的液体分布，以使每个进口开口的液体流速接近一致。图中所示的通道30为圆柱体，但也可以具有任何其它的横截面，如椭圆、矩形、三角形或多边形。圆柱体30*的上边缘为V形槽，但圆柱体30*内用于液体流动的开口也可以采取其它形状，如长方形孔或圆孔。冷却流体不在混合箱8内加入，但可以在圆形进口开口16*的上游加入，没有在图中表示出来。混合箱内设置有两个档流板18*，形成了流过全部工艺物流的第一混合口21*。混合箱中设置有档流板20*，把从混合口21*流出的物流分成两个物流进入两个流动通道24*。混合箱内设置有档流板19*，形成了第二混合口22*，在此通道24*中流动的流体再次混合。从第二混合口22*流出的全部工艺物流被分成两个通道23*，之后每个物流被引入一个矩形出口开口25*中。为了改善分布塔板11的液体分布情况，还可以使用任选的分离档板29*，以得到进入每个通道23*中物流的更均匀的分流。流股通过两个矩形开口25*流出混合箱。每个出口开口25*的下方都设置有一个冲击板26*。同前面图6A、6B和6C所示的混合器一样，该混合器也有液体在分布塔板11上分布情况不好的缺陷。这是因为流体仅仅从一边进入到每个出口开口25*，出口开口不是设置在反应器的中心，以及由于在第二个混合口22*的出口处液体的不均匀分流而使通过每个开口25*的液体流速不同。同先前的实施例相比，该混合器的一个缺陷是由于只有两个混合口，而不是三个或更多个混合口，使混合性能有轻微的降低。该混合器也有一些优点由于该混合器只有两个混合口，在给定压降下，通过混合器的流速要高于带有三个或更多个混合口的混合器。因此，混合口和混合器中流动通道的横截面可以更小。混合口和流动通道所需的较小的横截面使混合器的高度低于带有三个或更多个混合口的混合器高度。具有两个偏离中心的出口开口25*和通过混合口21*和22*的流动方向相同的设计也进一步降低了混合器高度。因此该混合器体现出了一个非常紧凑的低高度设计，该种混合器可以应用在混合装置占用很少空间的小直径反应器中。对于小直径反应器，在分布塔板上的液体分布要求不是很严格，这主要是因为同大直径反应器相比，混合器流出的流体在分布盘11上分布不好所引起的水平梯度并不是很重要。
前述实施例流动挡板形成的混合口的横截面都是矩形。但是只要所有工艺物流在混合口能以高流速混合，混合口的横截面可以为任何形状。图8A、8B和8C表示带有两个圆形截面混合口16**和22**的混合器8的实施例。图8A为混合器8的俯视图。图8B为图8A中沿A-A得到的剖视图。图8C为图8A中沿B-B得到的剖视图。通过该混合器的流动路线如箭头所示。该混合箱由圆形顶部壁13**、圆形底部壁14**和圆形侧壁15**组成。该顶部壁13**上设置有圆形进口16**，其作为第一混合口并用于流体流进混合箱8的通道。冷却流体不在混合箱8中加入，但是可以在圆形进口通道16**的上游加入，图中没有表示出来。混合箱中设置有流动档板27**，把从混合口16**流出的物流分成两个物流进入两个流动通道28**中。混合箱中还设置有另一个流动档板19**以形成第二混合口22**，通道28**中流动的两个物流在此混合。从第二混合口22**流出的全部工艺物流被分成两个物流进入两个通道23**中，之后每个流股被引入到一个方形出口孔25**中。为了改善分布塔板11的液体分布情况，还可以设置一个分离档板29**，以使液体在每个通道23**中能够更均匀的分散。物流通过两个矩形出口孔25**离开混合箱。在每个出口孔25**下方，设置有冲击板26**。同前述图7A、7B、7C和7D中所示的混合器一样，该混合器具有液体在分布塔板11上分布不好的缺陷，同带有三个或更多个混合口的混合器设计相比，还有混合性能轻微下降的缺陷。但是，同前述混合器一样，该混合器也体现出了一个非常紧凑的低高度设计，该混合器可以应用在混合装置占用很少空间的小直径反应器中。
图9A、9B和9C表示与图2、3A、3B和3C中的混合器相似带有三个混合口的混合器的实施例。然而改进了进口孔16***、流动挡板19***和20***以及冷却流分布器17***。通过该混合器的流动路线如箭头所示。图9A为混合器8的俯视图。图9B为图9A中沿A-A得到的剖视图。图9C为图9A中沿B-B得到的剖视图。该混合箱由圆形顶部壁13***、圆形底部壁14***和圆形侧壁15***组成。该顶部壁上有开口，形成了进口通道16***，用于流体流进混合箱8。冷却流体在进口通道16***的下游通过设置在顶部壁13***和底部壁14***之间的冷却流体分布器17***加入。该冷却流体分布器可以为不同类型，而且冷却流体可以以任何方向从分布器流出。这种情况下，使用具有向下喷射流的“T”形有孔分布器。混合箱内设置有两个流动档板18***，形成了第一混合口21***，全部工艺物流以高速流过该混合口21***。混合箱内设置有弯曲流动档板19***，先把从混合口21***流出的物流分成两个物流进入两个通道23***，之后两个物流在第二个混合口22***再次混合成一个物流。在混合口22***的下游设置有一个阶梯式流动档板20***。流动档板20***把从第二混合口22***流出的流股分成两个流股进入两个通道24***，然后全部流股在第三个即最后一个圆形混合口也即出口通道25处再次混合。在出口通道25的下方设置有一个冲击板26***。
下面再参考图1。对于该混合装置的所有实施例，混合箱8优选定向设置，以使通过水平流动的混合口，如图2的混合口21的流动方向，与设置在催化剂网板或支撑栅板6下方的支撑梁7平行。这样可以使流体从催化剂床层2的出口流进混合箱的进口通道16的压降达到最小。在该区域内不希望产生明显的压降，因为这会导致通过催化剂床层2的流动不均匀。
先前混合器实施例的进口16都靠近混合器侧壁15设置。进口的这种设置会增加前述蒸汽和液体从上游催化剂床层2流进混合器进口通道的压降。为了降低压降，要将进口靠近反应器的中心线设置。图10A、10B和10C表示混合箱8的一个实施例，该混合箱的进口通道16X靠近混合器和反应器的中心线设置。图10A为混合箱8的俯视图。图10B图10A中沿A-A得到的剖视图。图10C为图10A中沿B-B得到的剖视图。通过混合箱的流动路线如箭头所示。该混合箱有两个混合口。该混合箱由圆形顶部壁13X、圆形底部壁14X和圆柱侧壁15X组成。顶部壁13X设置有进口通道16X，作为流体流进混合箱8的进口通道。冷却流体不在混合箱8内加入，但是可以在进口通道16X的上游加入，图中未表示出来。混合箱内设置有两个半圆形流动档板18X，形成了第一混合口21X和第二混合口22X。全部过程物流通过进口通道16X流进第一个混合口21X。从第一个混合口21X流出的工艺物流被分成两个流物流进两个通道23X。在通道23X中，蒸汽和液体沿着圆柱形侧壁15X流进第二混合口22X，在该混合口22处全部工艺物流以高速再次混合。还可以设置有流动档板20X把从第二混合口流出的物流分成两个低流速物流，之后该流体通过方形出口通道25X流出混合器。为了得到一个低高度混合器8的更加紧凑的设计，可以不设置流动档板20X，而取代档板20X可选择在出口通道25X内设置流动档板31X。流动档板31X的作用是当流股从出口通道25X流出时，防止从第二混合口流出的高速流股仅仅朝着反应器的一边射出。结果导致下方的分布板液体分布不好。出口通道25X和进口通道16X不作为混合口，这是因为通过这些通道的流速比较低。在该出口通道25X的下方设置有一个冲击板26X。
下面再参照图1。催化剂支撑系统由催化剂网板6和支撑梁7组成。如图1所示，催化剂支撑系统和混合装置8为独立结构。但是，本发明的混合装置可以设计成催化剂支撑系统的一部分。
混合箱本身需要支撑梁或其他结构以承受由通过混合箱的压降引起的力。附图中没有表示出这些支撑梁或结构，但是它们可以设置在混合箱的上方或下方，或者作为混合箱和流动档板的一部分。
对于本发明任何一个实施例，设置有低容量排液孔。组成混合器的盘可以是一片或由几片集合而成。通常在混合器中设置有几个可移动的部分便于在检查和清洗过程中进入，通过混合箱提供一个人可以进入的通道。
流动通道中两相无滑动流速(no-slip flow velocity)的定义为在液相和汽相之间无滑动时的流速，也即液相流速等于汽相流速。因此无滑动流速为 其中Q1为通过通道的液体体积流速，Qv为通过通道的气体体积流速，A为该通道的横截面积。
混合箱8优选接近于水平，也就是说从反应器1一边到另一边的混合箱的整个倾斜很小。混合箱8的直径优选为反应器内径的50％-100％。每个混合口的横截面积为可以使无滑动流速优选地达到3-15m/s。混合口下游的分支通道的横截面积为可以使无滑动流速优选地达到相应混合口流速的0.25到1倍。混合器从顶部盘到冲击盘的高度为从用于小直径反应器的100mm到用于大直径反应器的大于500mm。流动档板20和27的水平直径优选为上游混合口的最大宽度的1到3倍。
表1为三个不同工业应用中的混合器设计实施例。表1中的所有实施例为图2、3A、3B和3C中的混合器。
表1混合器设计实施例

通常情况下，本发明要注意以下一方面，本发明涉及一种混合装置，用于混合在垂直容器中并流流动的蒸汽和液体，在该垂直容器中一个基本水平的混合箱会阻碍蒸汽而后液体流动，水平混合箱会迫使蒸汽和液体连续通过多个混合序列。其中一个混合序列定义为一个混合口，其后设有一个三通。其中一个混合口定义为混合过程流股高速通过的通道，三通定义为把一个混合口中的高流速物流分成两个低流速物流进入两个流动通道。
该混合装置中，基本水平混合箱定义为混合箱从容器一边到另一边的整个斜度低于同水平面之间角度最大为11.5°角的20％。混合箱的独立部分可以有高一点的斜度，只要从容器一边到另一边的整个斜度低于11.5°的20％就可以。
而且，在垂直于容器壁的平面内的基本水平混合箱的横截面积为该容器内横截面积的25％-100％。当混合箱的横截面积小于反应器的横截面积时，混合箱和容器壁之间的区域是被盘或其他装置密封的，在混合箱和容器壁之间可以实现基本的流体密封连接。
冷的冷却流体可以通过在第一个混合口上游的管道或分布器加入，或者在两个混合口之间加入以冷却工艺物流。
混合箱包括至少两个混合口。
混合口中无滑动两相流速为3m/s到15m/s。
三通下游的分支流动通道中最大无滑动两相流速为上游混合流动混合口中无滑动两相流速的25％。
三通下游的分支流动通道中最小无滑动两相流速小于上游混合流动混合口中无滑动两相流速。
反应器容器可以是一个垂直的加氢操作反应器，蒸汽和液体并流向下流动，在该反应器中，烃在加氢操作催化剂的存在下与富含氢气的气体发生反应。
本发明记述并且解释了它的不同实施例的关系。但是，对本发明作出的多种变化和修改均没有超出本发明权利要求的范围。
因此，例如，把一个混合口或通道在细分成两个或更多个具有共同墙壁的邻近的混合口或通道。但是，通常认为混合性能和抗结垢性质的最好结果是在没有以任何方式细分的混合口或通道中实现的。
湍流引发装置如叶片、档板、格板等等可以设置在混合口或通道的上游。
权利要求
1.一种用于催化反应器中的混合装置，该混合装置设置在上部催化剂床层和下部催化剂床层之间，用于混合所述反应器容器中通过所述的相互叠加的催化剂床层并流流动的气体或蒸汽和液体，所述混合装置形成通过所述混合装置的流动通道，用于所述蒸汽和液体从所述上部催化剂床层流动到所述下部催化剂床层，反之亦然，所述流动通道包括至少一个所述混合装置的进口；至少一个所述混合装置的出口；沿着所述流动通道连续排列的第一和至少一个第二混合口或通道，所述第一和所述至少一个第二混合口的设置可以使基本上全部液体和蒸汽混合流流过每个所述的混合口，该混合口的流通面积与所述混合流的流速有关，以使在至少一个所述反应器操作阶段中混合口内所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，更优选足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；一个基本水平的流动通道部分，延伸设置在所述至少一个进口和所述至少一个出口之间，以使混合装置的垂直尺寸尽可能的小，所述基本水平流动通道部分优选从最近的所述进口延伸至最近的所述出口。
2.根据权利要求1所述的混合装置，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14.5m/s。
3.根据权利要求1或2所述的混合装置，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14m/s，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
4.根据前述任何一项权利要求所述的混合装置，其中，所述第一混合口由所述的进口构成，和/或所述第二混合口由所述的出口构成。
5.根据前述任何一项权利要求所述并包括单独的第二个混合口的混合装置，其中在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述无滑动两相流速，更适宜的两个混合口内所述无滑动两相流速为4.0m/s到12.5m/s，优选为8.1m/s到12.3m/s。
6.根据权利要求14中任一项权利要求所述并包括两个相继设置的第二个混合口的混合装置，其中在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述无滑动两相流速，更适宜的三个混合口内所述无滑动两相流速为3.5m/s到10.5m/s，优选为6.5m/s到10.1m/s。
7.根据前述任何一项权利要求所述的混合装置，其中，所述混合装置从一边到另一边的整个斜度低于同水平面之间角度最大为11.5°角的20％，该混合装置的一个独立部分具有一个更高的斜度，所述整个斜度不超过所述11.5°角的20％。
8.根据前述任何一项权利要求所述的混合装置，其中，位于一个混合口下游的所述流动通道，更优选位于每个混合口下游的所述流动通道包括一个延伸区域流动通道部分，该流动通道部分的横截面积可以使在所述延伸区域流动通道中的无滑动两相流速比通过相应混合口的无滑动两相流速低得多，这样就可以增加所述流体在所述延伸区域流动通道部分中的停留时间，有利于热传递和质量传递。
9.根据权利要求8所述混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分包括至少两个流动通道，用于把所述全部混合流分成至少两个单独的两相流或物流，更优选所有所述物流大小一样，所述至少两个通道的混合横截面积可以使至少两个单独的两相物流中每个物流的无滑动两相流速比通过相应混合口的无滑动两相流速低得多，这样就可以增加所述流体在所述通道中的停留时间，有利于热传递和质量传递。
10.根据权利要求8或9所述的混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分的总横截面积或所述的分支流动通道的总横截面积为使最大的无滑动两相流速大于上游混合流动混合口中的无滑动两相流速的25％，例如，大于约所述流速的30％，大于约所述流速的35％，大于约所述流速的40％，大于约所述流速的45％，大于约所述流速的45％，大于约所述流速的50％，大于约所述流速的55％，大于约所述流速的60％，或者大于约所述流速的65％。
11.根据权利要求8-10中任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分的总横截面积或所述的分支流动通道的总横截面积为使最小的无滑动两相流速小于上游混合流动混合口中的无滑动两相流速，例如，小于约所述流速的95％，小于约所述流速的90％，小于约所述流速的85％，小于约所述流速的80％，小于约所述流速的75％，小于约所述流速的70％，或者小于约所述流速的65％。
12.根据前述任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述的催化反应器为具有蒸汽和液体并流向下流动的垂直加氢操作反应器，在该反应器中烃在加氢操作催化剂存在的情况下同富含氢气的气体反应。
13.一种用于催化反应器中的混合装置，该混合装置设置在上部催化剂床层和下部催化剂床层之间，用于混合所述反应器的垂直容器中通过所述的相互叠加的催化剂床层并流流动的气体或蒸汽和液体，所述混合装置形成通过所述混合装置的流动通道，用于所述蒸汽和液体从所述上部催化剂床层流动到所述下级催化剂床层，反之亦然，所述混合装置包括一个顶部壁，设置有至少一个进口；一个底部壁，设置有至少一个出口；一个在所述顶部壁外缘和底部壁外缘之间延伸设置的外侧壁，用于在所述顶部壁和所述底部壁之间构成一个封闭空间；内部隔断壁，延伸设置在所述的顶部壁和底部壁之间，用于同所述的顶部壁、底部壁和外侧壁一起构成所述的流动通道，而且所述的隔断壁沿着所述的流动通道相继形成了一个第一和至少一个第二混合口或通道，所述第一和所述至少一个第二混合口的设置使全部液体和蒸汽的混合流流过每个所述混合口，该混合口的流通面积与所述混合流的流速相对应，以使在至少一个所述反应器操作阶段中混合口内所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，更适宜的足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；一个基本水平的流动通道部分，由所述的内部隔断壁连同所述顶部壁、底部壁和外侧壁一起构成，延伸设置在所述至少一个进口和所述至少一个出口之间，以使所述混合装置的垂直尺寸尽可能小，更优选所述基本水平流动通道部分从最近的所述进口延伸至最近的所述出口。
14.根据权利要求13所述的混合装置，其中，所述混合装置从所述顶部壁或底部壁外缘的至少多个第一点到所述顶部壁或底部壁外缘相应点的整个斜度，从各自第一个点的最大偏离分别低于与水平面的角度最大角度为11.5°的20％。
15.根据权利要求13或14所述的混合装置，其中，所述顶部和所述底部壁基本上为平面，更优选为相互平行，更优选为基本水平。
16.根据权利要求13-15中任一项权利要求所述的混合装置，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14.5m/s。
17.根据权利要求13-16中任一项权利要求所述的混合装置，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14m/s，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
18.根据权利要求13-17中任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述第一混合口由所述进口构成，和/或所述第二个混合口由所述出口构成。
19.根据权利要求13-18中任一项权利要求所述的混合装置，包括一个单独的第二混合口，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述无滑动两相流速，更适宜的两个混合口内所述无滑动两相流速为4.0m/s到12.5m/s，更适宜地为8.1m/s到12.3m/s。
20.根据权利要求13-18中任一项权利要求所述的混合装置，包括两个相继设置的第二混合口，其中，在所述反应器的至少一个操作阶段中，一个混合口内所述无滑动两相流速，更适宜的三个混合口内所述无滑动两相流速为3.5m/s到10.5m/s，更适宜地为6.5m/s到10.1m/s。
21.根据权利要求13-20中任一项权利要求所述的混合装置，其中，设置的所述隔断壁可以使位于一个混合口下游的所述流动通道，更优选位于每个混合口下游的所述流动通道包括一个延伸区域流动通道部分，该流动通道部分的横截面积可以使在所述延伸区域流动通道中的无滑动两相流速比通过相应混合口的无滑动两相流速低得多，这样就可以增加所述流体在所述延伸区域流动通道部分中的停留时间，有利于热传递和质量传递。
22.根据权利要求21所述的混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分包括至少两个流动通道，用于把所述全部混合流分成至少两个单独的两相流或物流，更优选所有所述物流大小一样，所述至少两个通道的混合横截面积可以使至少两个单独的两相物流中每个物流的无滑动两相流速比通过相应混合口的无滑动两相流速低得多，这样就可以增加所述流体在所述通道中的停留时间，有利于热传递和质量传递。
23.根据权利要求21或22所述的混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分的总横截面积或所述的分支流动通道的总横截面积为使最大的无滑动两相流速大于上游混合流动混合口中的无滑动两相流速的25％，例如，大于约所述流速的30％，大于约所述流速的35％，大于约所述流速的40％，大于约所述流速的45％，大于约所述流速的45％，大于约所述流速的50％，大于约所述流速的55％，大于约所述流速的60％，或者大于约所述流速的65％。
24.根据权利要求21-23中任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述延伸区域流动通道部分的总横截面积或所述的分支流动通道的总横截面积为使最小的无滑动两相流速小于上游混合流动混合口中的无滑动两相流速，例如，小于约所述流速的95％，小于约所述流速的90％，小于约所述流速的85％，小于约所述流速的80％，小于约所述流速的75％，小于约所述流速的70％，或者小于约所述流速的65％。
25.根据权利要求13-24中任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述的催化反应器为具有蒸汽和液体并流向下流动的垂直加氢操作反应器，在该反应器中烃在加氢操作催化剂存下同富含氢气的气体反应。
26.一种催化反应器，包括上部催化剂床层，下级催化剂床层和权利要求1-25中任一项权利要求所述的混合装置。
27.一种催化反应器，包括上部催化剂床层，下级催化剂床层和权利要求13-25中任一项权利要求所述的混合装置，其中，所述混合装置从所述顶部壁或底部壁外缘的至少多个第一点到所述顶部壁或底部壁外缘相应点的整个斜度，从各自第一个点的最大偏离分别低于与水平面的角度最大角度为11.5°的20％。
28.根据权利要求27所述的反应器，其中，所述顶部和所述底部壁基本上为平面，更适宜地为相互平行，更优选为基本水平。
29.根据权利要求27-28任一项权利要求所述的反应器，其中，外侧壁从所述顶部壁的外缘延伸至所述底部壁的外围，与所述反应器容器的外壁的内表面的形状和大小一致。
30.根据权利要求27-29任一项权利要求所述的反应器，其中，所述的外侧壁由所述反应器容器的外壁构成。
31.根据权利要求27-28任一项权利要求所述的反应器，其中，所述外侧壁和所述反应器容器的外壁之间的空间由板装置或其他阻塞装置阻隔或密封，使混合装置和反应器容壁之间形成一个基本的液封连接，迫使全部蒸汽和液体流通过所述混合装置。
32.根据权利要求27-28任一项权利要求所述的反应器，其中，基本水平的混合装置在与反应器壁垂直的平面上的横截面积为所述反应器容器内横截面积的25％到100％。
33.根据权利要求26-32任一项权利要求所述的反应器，其中，设置有流动装置，用于在第一混合口上游或两个混合口之间引入冷却流体，使之流进反应器容器中以冷却所述过程流股。
34.一种催化反应器内在上部催化剂床层和下级催化剂床层之间并流混合气体或蒸汽和液体的方法，所述方法包括以下步骤将全部液体和蒸汽混合流的横截面积第一次压缩，以使在所述反应器的至少一个操作阶段中的所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，更优选足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；之后把所述横截面积第一次扩大；然后把所述横截面积第二次压缩，使所述混合流的无滑动两相流速为3m/s到15m/s，更优选足以使液体分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液体中；使所述混合流沿着一个流动通道流动，该流动通道包括至少一个基本水平的沿着整个流动通道的实际长度设置的流动通道部分。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述的实际长度至少为所述整个流动通道的50％，更适宜地为所述整个流动通道的55％，更适宜地为所述整个流动通道的60％，更适宜地为所述整个流动通道的65％，更适宜地为所述整个流动通道的70％，更适宜地为所述整个流动通道的75％，更适宜地为所述整个流动通道的80％，更适宜地为所述整个流动通道的85％，更适宜地为所述整个流动通道的90％。
36.根据权利要求34或35所述的方法，其中在第二次压缩后，所述方法还包括将所述横截面积再次扩大的步骤。
37.根据权利要求34-36任一项权利要求所述的方法，其中，扩大所述横截面积的步骤包括把所述混合流分成至少两个单独的，更适宜地大小相等的两相流或物流。
38.根据权利要求34-37任一项权利要求所述的方法，其中，在所述反应器至少一个操作阶段中，压缩时所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14.5。
39.根据权利要求34-38任一项权利要求所述的方法，其中，在所述反应器至少一个操作阶段中，压缩时所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到14，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
40.根据权利要求34-38任一项权利要求所述的方法，其中，在所述反应器至少一个操作阶段中，压缩时所述混合流的所述无滑动两相流速为4.0m/s到12.5，更优选为8.1m/s到12.3m/s。
41.根据权利要求35-38任一项权利要求所述的方法，还包括一个步骤，在第二次扩大面积后把所述的横截面积第三次压缩，以使所述混合流的无滑动两相流速足以使液体分散到气体中和/或蒸汽分散到液体中，其中，在所述反应器至少一个操作阶段中，压缩时所述混合流的所述无滑动两相流速为3.5m/s到10.5，更优选为6.5m/s到10.1m/s。
42.根据权利要求34-41任一项权利要求所述的方法，其中该方法还包括一个步骤，在第一混合口上游或两个混合口之间引入一种冷的冷却流体，使之流进反应器容器中以冷却所述工艺物流。
43.根据权利要求34-42任一项权利要求所述的方法，其中所述催化反应器为具有蒸汽和液体并流向下流动的垂直加氢操作反应器，在该反应器中烃在加氢操作催化剂存下同富含氢气的气体反应。
44.一种根据权利要求34-42所述的方法制备的产品。
全文摘要
蒸汽和液体在催化反应器(1)中通过一个垂直容器并流流动。容器中设置一个水平流动阻隔混合箱(8)，使蒸汽和液体垂直通过该水平混合箱的一个或多个进口。该混合箱由圆形顶部壁(13)、底部壁(14)和一个圆柱侧壁(15)组成。混合箱内设置有垂直流动档板(18)、(19)和(20)。这些流动档板形成了一个或多个混合口(21)、(22)。全部过程流股高速通过每个混合口。每个混合口后设有一个三通，该三通把该过程流股分成两个低流速流股。在从混合口的高流速向分支流股的低流速转换的过程中，产生了湍流条件。低流速分支流股中，产生的停留时间有利于热传递和质量传递。混合箱内的流动主要是在水平面上。混合器出口流股的温度和化学组成达到平衡。
文档编号C10G49/00GK1732040SQ200380107344
公开日2006年2月8日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月8日
发明者莫藤·米勒 申请人:莫藤米勒有限公司