专利名称：用于烷化反应器或热交换器的流量分配器的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及流量分配器，所述流量分配器用于增加烷化反应器通道头中反应器烃类流出液的分配，以便改善反应器制冷和使管道玷污和腐蚀减至最少。在一般情况下，本发明可以用来改善任何热交换器通道头中的液体分配，上述热交换器具有一种进入通道头的组合式液体/蒸汽流。
相关技术说明在烷化过程中，异丁烷在硫酸或氢氟酸乳化液存在下与轻质烯烃类反应。根据烯烃分子的碳数和异构体构造，一种支链异链烷烃产生其辛烷值是在高达80′-100范围内。在硫酸法中，反应通常是在4.4℃(40°F)-10℃(50°F)下进行，同时要求制冷。
图1中示出该领域的技术人员已知的方法示意图，此处液相烯烃类10和异丁烷12在约4.4℃(40°F)温度下连续送入反应器14。不相溶混的烃类和硫酸构成的一种乳状液在反应器14中通过一种混合叶轮16形成。叶轮16还使乳状液在反应器14中横穿若干冷却管(未示出)循环。乳状液被强制向上从反应器14通过管线17到达一个沉降器18，在该沉降器18处烃相和酸相分离。然后酸依靠重力通过管线20返回反应器14。烃相中含有动力烷基化物(motor alkylate)，过量异丁烷、丙烷和正丁烷，上述烃相从沉降器18通过管线18放到一个闪蒸阀22并转入反应器14的通道头24的入口喷嘴23内。从通道头24的入口喷嘴23，烃类蒸汽和液体流过管束26(见图2)，并通过出口喷嘴25排出，上述管束26可以包括比如300-1000+U形管。当反应器流出液流过各U形管时，过量的异丁烷和轻质烃类蒸发，因而对过程提供制冷作用。反应器流出液30到达一个闪蒸鼓32。从闪蒸鼓32出来的蒸汽在压缩机34中被压缩，并穿过冷却器36和然后通过管线37a送到分离器37。从分离器37出来的富丙烷流37c在脱丙烷塔38中进行分馏，同时从装置中放出LPG(液化石油气)产品流38a。从闪蒸鼓32出来的液体流35a在脱异丁烷塔35中分馏。底部烷基化物35c离开装置，并且通常是送去进行汽油调合。正丁烷的侧馏分流35b也离开装置。在未反应的异丁烷中富含的塔顶馏出物流35d与分离器37中的富异丁烷流37b和脱丙烷塔38中的液流38b相结合，并再循环到反应器14。
用于一种烷化反应器管束组件的工业标准设计可以包括数以百计的U形管。一种带有管组件26的典型通道头24在图2中示出。通道头24中的一个隔板24a将通道头分开成一个入口侧23a和一个出口侧25a。从闪蒸阀22出来的反应器流出物蒸汽/液体流通过一个入口喷嘴23进入通道头24的入口室23a中。在这种设计情况下有几个主要缺点。两相流用合理的高速度进入通道头24的入口室23a，因为它已经开始闪蒸，并将冲击在隔板24a上。没有提供将进入流转向管板24b，管束26安装在上述管板24b上。一部分液流将弯向若干U形管(包括管束26)的入口端，上述U形管固定到管板24b上，而一部分液流将远离管板流入半椭圆形的通道头24。循环到通道头24入口侧23a的液流将向后起漩涡，绕上升的入口射流(从入口喷嘴23出来)通过，并进入位于管束26外部或周边的若干U形管。因为液相密度比蒸汽相大得多，所以大量液体将转向管板24b各入口管的中部，或者将冲击在隔板24a上。从通道头24的入口侧23a向后起漩涡并流过管束26各管外部的蒸汽在液体中不足，并因此大大降低了热传递。工业经验表明，与玷污和管道漏泄有关的问题一般是在外部管中观察到，同时符合流量分布不匀。
在文献(见美国专利5,531,266，5,625,112和5,811,625)中还报道了包括内部叶片的发明，上述叶片将进入液流分成多个液流。
还报道了通过用一簇小直径管将进入液流分成多个液流，上述一簇小直径管安放在反应器的通道头内部。
利用如本文所述的流量分配器通过使烷化法中的腐蚀减至最小来改善制冷作用和增加管束寿命在公开文献中未见报道。
这种同样的装置可以用来改善两相入口流中的液体在任何类似构造的热交换器通道头管板上的分布。当希望在各种壳管式热交换器如固定管板、U形管、浮动头等的任一种中均匀汽化进入的液体馏分时，本发明将促进上述均匀分布。均匀分布将增加热交换器中液体的汽化和热传递。
发明概述在一种烷化反应器中包括一个壳体，所述壳体具有一个通道头，上述通道头具有一个入口喷嘴和一个出口喷嘴，上述入口喷嘴和出口喷嘴用一个隔板分开，上述壳体横向上安装的管板用于在其上安装多个U形管，其中上述各管从上述通道头的入口侧横过上述反应器壳体的长度，并形成U形转到上述通道头的出口侧，改善包括一个流量分配器安装在上述通道头的入口侧内，用于在上述管板的入口侧上均匀地分配任何进入上述通道头入口侧的流体，上述流量分配器具有一个入口侧，所述入口侧用于密封式包围上述通道头入口侧的入口喷嘴，上述流量分配器是一种发散的喇叭形导管，所述喇叭形导管适合于将上述入口方向的流体流转向管板和转向上述管道的输入侧。
附图简介图1是现有技术系统一种典型烷化装置方法流程图的示意图。
图2是一种现有技术烷化反应器典型工业标准设计的剖视图。
图3A是按照本发明所述一种流量分配器的侧立面剖视图。
图3B是按照本发明所述一种流量分配器可供选择的实施例侧立面剖视图。
图4A和图4B是示出脱扣环和吸入器狭缝详细情况的剖视图。
图5A，5B和5C是包括脱扣环和倾斜脱扣杆的流量分配器正视图。
图6A，6B和6C分别示出图3中流量分配器的后视图、前视图和上视图。
图7是用于得到表1中数据的管板和管道构造的示意图。
发明说明上述工业标准设计的缺点是未致力于横穿管板的流量不均匀分布问题。工业中的趋势是通过用若干限流孔改变管入口，上述限流孔将增加压降。尽管这将增加流动中的液体份额，并且也许增加液滴尺寸，但它将不显著地改善流量分布。实际上，利用管插件的工业趋势可能由于造成汽相和液相完全分离而使流量分布不匀变得更差。
不象不受专利权限制中所报道的发明，专利申请人的发明不要求将入口流用内部叶片或折流器分成多股射流。内部叶片和折流器必需焊接在通道头内部，并因此，易发生中断和阻碍反应器的入口喷嘴。该文所公开的入口装置设计也可以广泛用来改善一般对管束组件，其中包括热交换器的流量分布。
申请人的发明针对现有技术中已知的烷化反应器的一种改进，这些反应器有时也叫做接触器。在烷化过程中主要限制之一是反应器温度。通过增加从乳化液到反应器流出物的总热传递来降低温度，将能使速率(和产率)大大增加。
总热传递速率在很大程度上受穿过若干管道的蒸汽/液体流分配程度的影响，上述若干管道包括管束。液体不足如在外部，或在周边的那些管道，如该技术中已知的管道，将具有很低的热传递速率。因此，横穿管束的分布不匀的液流将导致显著降低总的热传递。一种分布不匀的流动，此处某些管道看起来最少液体并因此更热运行，还将导致加速管道腐蚀和结果导致管道漏泄。从烷化单元得到的典型经验表明，管道漏泄是单元停工和过早更换管束组件的一个主要原因。
本文所公开的发明针对一种用于接收蒸汽/流体流的方法和装置，上述蒸汽/液体流从入口喷嘴排出，并使它横穿管板的入口侧均匀分布。这通过用如图3A所示的一种流量分配器50完成。流量分配器50连接到反应器通道头的入口喷嘴23上，如图3A中所示。流量分配器50齐平焊接到通道头24的入口喷嘴23上，流量分配器50的内部横截面与弯曲漏斗的内部横截面相同，并从入口喷嘴23在其入口处的横截面到管板24b(示出没有所连接的管束26)在它朝管板24b方向排放处的横截面连续地改变，如图3A中所示。横截面积的变化可以是平稳的或是按几个阶段量度，如图3A中所示。流量分配器50接收反应器流出液的两相液流，上述两相液流从入口喷嘴23排出，使它转动近90°，而同时使它能发散并将一种均匀混合物输送横穿管板24b的各入口管(未示出)。在流量分配器50的端面和管板24b之间保持一个间距53，上述间距大约为1/16“-3”。需要这种间距53，以便使喇叭口内部的蒸汽和液体能与通道头24的其余部分连通。这种连通场合的一部分是使液体不进入管道待通过若干狭缝52a吸入进行收集，上述通过若干狭缝52a吸入在下面一段中说明。在一个可供选择的实施例中，如图3b所示，流量分配器50的端面50b可以贴着管板24b齐平安放。在这个实施例中，需要在流量分配器50中安放若干排放孔50c和/或通口50d，用于排放不进入各管道26的液体，及用于蒸汽与通道头的其余部分连通。
通过入口喷嘴23进入通道头24的流体流是一种蒸汽和液体的混合物，同时一部分液体沿着入口管道和喷嘴23的内径作为一种薄膜存在。将一个脱扣环52安装在流量分配器50的入口处，如图3A和3B所示，并且更详细的是在图4A中示出。脱扣环52移去液体薄膜，并帮助将薄膜打散成液滴，上述液滴随后通过蒸汽传送穿过流量分配器50。沿着并穿过流量分配器50的底部(围绕圆周)切开若干狭缝(或窗口)52a，如图4A和4B中所示。各狭缝52a直接位于脱扣环52的下游。脱扣环52的“文丘里”效应将聚集在通道头24底部24c的任何液体通过狭缝52a吸入流量分配器50中，因而进一步增加了液相的分布。
现在参见图5A-C，当蒸汽/液体混合物通过分配器50的外形转动大约90°时，一种液体薄膜开始在流量分配器50的顶部50a内部上展开。一个位于分配器50顶部中的倾斜脱扣杆54用来粉碎产生液滴的这种液体薄膜，并进一步改进了流量分布。
图5A-C示出流量分配器50，脱扣环52和脱扣杆54的情况。脱扣杆54与流动方向成一个大约20-180°，优选的是120°的角度安装在流量分配器50的顶部50a上。脱扣杆54粉碎分配器50的顶部50a上的液体薄膜，并增加了液体分布的均匀性。脱扣杆54可以包括其它的实施例，如将杆分成若干离散的分段，并单独将每个分段安装在顶部50a上。在还有另一个实施例中，脱扣杆也可以是具有切成杆的“沟槽”或“缺口”的锯齿形。
图6A-C分别示出分配器50的后视图，及前视图和上视图。
申请人的发明与工业标准相比，大大改善了横穿烷化反应器一个管束26中各入口管的蒸汽/液体流分配。分配是通过防止入口流穿过入口喷嘴冲击到隔板24a上完成。相反，流量分配器50使入口流动方向改变大约90°，而同时让流动膨胀，并使它均匀地对准横穿管板24a的入口侧。本文所述的流量分配器50不依靠将入口流同等地分裂成多个液流。经过改进的流量分配将使反应器能在一较低温度下操作，因而增加了产能和提高了生产率。此外，更好的横穿管束26的流动均匀性将使管道玷污和腐蚀减至最小，和结果，预期增加管束组件的寿命。
上述流量分配器利用详细的过程两相流动计算机模拟和通过一种市售烷化反应器通道头的缩尺模型试验进行了开发研究。
图7示出一种管板，所述管板具有用来得到表1中数据的管道布局安排。对现有的设计(现有技术)和新设想的流量分配器50模拟进入通道头24和横穿管板的两相蒸汽/液体流。用本发明看到在横穿管束的流量分配上的显著改善，如表1中所示。横穿管板的液体分配通过从缩尺模型测量从每个管道出来的液体流动速率确定。缩尺模型包括如图7所示安排的一种48管道的管道组件。表1示出每排管道的液体流速，上述液体流速表示成在入口到通道头处的总液体百分率。
实验结果(见表1)表明，采用如本文所示和所述的一种流量分配器50，大大改善了横穿管板24b的入口管道的蒸汽/液体流分配。申请人的发明更有效、耐用，并可以用很少成本和危险在现有烷化反应器中实施，尤其是因为不包括叶片和折流板。
表权利要求
1.烷化反应器，包括一个壳体，所述壳体具有一个通道头，上述通道头具有一个入口喷嘴和一个出口喷嘴，所述入口喷嘴和出口喷嘴被一个隔板分开，一个管板横向于上述壳体安装，用于在壳体上安装多个U形管道，其中上述管道从上述通道头的入口侧横过上述反应器壳体的长度，并形成U形弯曲转到上述通道头的出口侧，上述烷化反应器还包括一个流量分配器，所述流量分配器安装在上述通道头的入口侧内，用于在上述管板的入口侧之上均匀地分配任何进入上述通道头入口侧的流体，上述具有一个入口侧的流量分配器用于密封式包围上述通道头入口侧的入口喷嘴，上述流量分配器是一种发散的喇叭形导管，所述喇叭形导管适合于将上述流体流从上述入口方向转向管板和转向上述管道的输入侧。
2.如权利要求1所述的装置，其中上述喇叭形导管与上述管板间隔开。
3.如权利要求2所述的装置，还包括一个脱扣环，所述脱扣环安装在上述流量分配器的入口侧上，用于排除上述入口喷嘴内侧上的任何液体流。
4.如权利要求3所述的装置，还包括多个窗口，所述多个窗口直接在上述脱扣环的下游围绕上述流量分配器的圆周插入到上述流量分配器入口侧的壁内。
5.如权利要求4所述的装置，还包括一个脱扣杆，所述脱扣杆刚性地安装到上述流量分配器的内表面顶部，用于排除流到上述分配器顶部上的任何液体薄膜。
6.如权利要求1所述的装置，其中上述喇叭形导管密封式包围上述管板的各输入管。
7.如权利要求6所述的装置，还包括若干通口，以便提供蒸汽或液体与上述入口通道头其余部分的连通。
8.如权利要求7所述的装置，还包括一个脱扣环，所述脱扣环安装在上述流量分配器的入口侧上，用于排除上述入口喷嘴内侧上的任何液体流。
9.如权利要求8所述的装置，还包括多个窗口，所述多个窗口直接在上述脱扣环的下游围绕所述流量分配器的圆周插入到上述流量分配器入口侧的壁。
10.如权利要求9所述的装置，还包括一个脱扣杆，所述脱扣杆刚性地安装到上述流量分配器内侧表面的顶部上，用于排除在上述分配器顶部上流动的任何液体薄膜。
11.热交换器，包括一个壳体，所述壳体具有一个通道头，上述通道头具有一个入口喷嘴和一个出口喷嘴，所述入口喷嘴和出口喷嘴被一个隔板分开，一个管板在横向于上述壳体安装，用于在其上安装多个管道，上述各管道从上述通道头的入口侧到一个出口通道头横过上述反应器壳体的长度，上述热交换器还包括一个流量分配器，所述流量分配器安装在入口通道头内，用于在上述管板的入口侧之上均匀地分配任何进入上述通道头入口侧的流体，上述流量分配器具有一个入口侧，用于密封式包围上述通道头入口侧的所述入口喷嘴，上述流量分配器是一种发散的喇叭形导管，所述喇叭形导管适合于将上述流体流从上述入口方向转向管板和转向上述各管道的输入侧上。
12.如权利要求11所述的装置，其中上述喇叭形导管与上述管板间隔开。
13.如权利要求12所述的装置，还包括一个脱扣环，所述脱扣环安装在上述流量分配器的入口侧上，用于排除上述入口喷嘴内侧上的任何液体流。
14.如权利要求13所述的装置，还包括多个窗口，所述各窗口直接在上述脱扣环下游围绕流量分配器的圆周插入到上述流量分配器入口侧的壁内。
15.如权利要求14所述的装置，还包括一个脱开杆，所述脱扣杆刚性地安装到上述流量分配器的内部表面顶部上，用于排除在上述分配器顶部上流动的任何液体薄膜。
16.如权利要求11所述的装置，其中上述喇叭形导管密封式包围上述管板。
17.如权利要求16所述的装置，还包括一个脱扣环，所述脱扣环安装在上述流量分配器的入口侧上，用于排除在上述入口喷嘴内侧上的任何液体流。
18.如权利要求17所述的装置，还包括多个窗口，所述多个窗口直接在上述脱扣环的下游，围绕流量分配器插在上述流量分配器入口侧的壁上。
19.如权利要求18所述的装置，还包括一个脱扣杆，所述脱扣杆安装到上述流量分配器内部表面的顶部上，用于排除在上述分配器顶部上流动的任何液体薄膜。
20.一种方法，所述方法用于横穿一种烷化反应器管板均匀地分配液体流，上述方法包括以下步骤将一种液体流引入一种烷化反应器入口通道头中；在反应器入口通道头内部以大约90°改变液体流动方向；迫使液体流发散，同时改变它的流动方向；及将液体流均匀地引向一个管板的入口侧之上。
21.一种方法，所述方法用于横穿热交换器的管板均匀地分配液体流，上述方法包括以下步骤将液体流引入一种热交换器的入口；在热交换器入口内部以大约90°改变液体流动方向。迫使液体流发散，而同时改变它的流动方向；及将液体流均匀地引到一个管板的入口侧之上。
全文摘要
本发明集中在分配蒸汽/液体流，所述蒸汽/液体流横穿一种烷化反应器或热交换器的管板(24b)从一个入口喷嘴(23)射出。流量分配器(50)采取从入口喷嘴(23)射出的两相流，使两相流转向管板(4b)，并横穿管板(24b)输送一种均匀的混合物。流量分配器(50)位于反应器或热交换器的通道头(24)中。为了排除入口喷嘴(23)壁中的液体薄膜，在流量分配器(50)中内部设置若干脱扣环(52)和倾斜的脱扣片。
文档编号C07C2/62GK1646217SQ03808581
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月16日 优先权日2002年4月16日
发明者拉古纳特·G·门农, 理查德·A·桑伯恩, 劳尔·J·加西亚 申请人:国际壳牌研究有限公司