专利名称：一种放热反应器内具有管状通道的急冷混合器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发生放热反应的反应器内的一种构件，具体地说是一种能实现热的反应物流与补充的冷介质充分混合的急冷混合器。
背景技术：
放热反应在石油炼制和石油化工工艺过程中非常普遍，如加氢裂化反应、加氢精制反应和烷基化反应等均是放热反应，在某些放热反应过程中，如果不对反应物流的温度加以控制的话，反应器内催化剂床层内部的温度就有可能在短时间内迅速上升，并达到难以控制的程度，这就是通常所指的“飞温”现象，因此当反应的放热量较大，催化剂床层的温升较高时，通过适当的冷却方法来调节和控制反应物流的温度并防止“飞温”现象的发生是十分必要的。可供选用的取热方式一般有非直接取热和直接加入冷却介质两种方式，而后一种方式是通常采用的较好方法，即把反应器内的催化剂床层分成两个以上床层，在相邻两床层之间设置内构件并补充冷介质，以达到冷介质与热反应物流的充分混合，并能均匀地分布到下一催化剂床层中。
以加氢反应为例，在加氢反应器内反应物流通常以气相或气、液两相通过催化剂床层，并发生加氢裂化反应、加氢精制反应等放热反应，为了控制反应物流的温度，防止催化剂床层内发生“飞温”现象，通常将冷介质加入到相邻的两个催化剂床层之间，并在反应器的内构件中与上一催化剂床层来的热反应物流进行充分的混合，并均匀地分布到下一催化剂床层中。混合物流沿径向位置以均一的温度及组成进入下一催化剂床层的上部是十分必要的，因为反应物流温度及组成沿径向的梯度会由于反应的进行而进一步加剧，最终有可能导致催化剂床层内局部过热，在局部过热处催化剂的活性提高而选择性降低，催化剂上的积炭快速增加，在加氢裂化过程中尤为明显，这可导致催化剂的过早失活，且由于高温的作用，催化剂载体的物理性能受到破坏，从而导致催化剂的过早老化。反应物流分配的不均匀还可使某一局部的氢气浓度偏低，并加快此处催化剂的积炭速度，进而影响反应的选择性和转化率。
在加氢反应器内，相邻两催化剂床层之间的内构件一般包括冷介质引入管、急冷混合器、预分布板和分布板。冷介质引入管的作用是将温度较低的冷介质引入反应器内，一般为带有长方形开孔的直管、支状管或环状管等结构，冷介质由引入管的开口均匀喷出，与上一催化剂床层来的热反应物流初步混合后进入急冷混合器，冷介质一般为温度较低的氢气、气相物流或液相物流；急冷混合器的作用是使引入的冷介质与热的反应物流在其内尽可能实现传质和传热的平衡，使液相或气相内的温度及组成梯度很小；预分布板的作用是使从急冷混合器出来的混合物流进行预分布，并到达分布板，预分布板一般为筛孔板结构；分布板的作用是使混合物流均匀地分布到下一催化剂床层的顶部，分布板一般为以泡帽为分配单元的板状结构。
在加氢过程中，反应器的内构件除了具有使热的反应物流与补充的冷介质均匀混合且均匀分配到下一催化剂床层的作用外，内构件的高度还应该尽可能低。因为加氢反应器大多数为高压反应器，反应器的直径较大且器壁较厚，而且一般有多个催化剂床层，也就需要多组内构件，所以内构件高度的降低可以使反应器的总高度降低，从而节约反应器制造材料的投资，且给反应器的运输及安装带来方便，还可以节省器体支撑结构的投资。
急冷混合器是放热反应器内构件的重要组成部分，上一催化剂床层出来的热反应物流与补充进来的冷介质在急冷混合器内进行充分的混合，为了增强混合效果，在急冷混合器的结构设计上，一般采用节流、碰撞与旋流的机理。US3502445提出的急冷混合器是，气液两相经过收集板上的两个节流孔进入急冷混合器内，气液两相混合物流经过对撞后，分成两路出急冷混合器。这种结构已在工业装置上得到了广泛应用，但其混合效果并不理想，从而造成床层内较大的径向温差。CN2294771Y和CN2448440Y分别提出了不同结构的急冷混合器，但归纳起来说，二者均是将气液两相混合物流分成两路，只是在急冷混合器出口附近分开的两股物流才汇合在一起，并以旋流的方式出急冷混合器。这种气液两相混合物流分成两股的方法，可以使每股物流内的气液两相混合均匀，但是由于分开的两股物流汇合后的接触时间较短，两股物流之间的不均匀性会导致急冷箱出口物流温度的不均一，从而使反应物流不能以均一的温度进入下一催化剂床层，在下一催化剂床层的入口处具有较明显的径向温差，这种较明显的径向温差在催化剂床层内随着反应的进行还会进一步增大，进而影响催化剂性能的发挥。此外，上述急冷混合器的结构复杂，制造与安装困难。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种放热反应器内具有管状通道的急冷混合器，该急冷混合器使补充的冷介质与来自上一催化剂床层的高温反应物流在其内进行充分地传热和传质，并混合均匀，从而避免下一催化剂床层内由于反应物流与冷介质混合不均造成的局部高温对催化剂物理性能的损害及催化剂上积炭的骤增。
本实用新型提供的急冷混合器结构如下急冷混合器由入口1和2，流道3、4、6、7、8，中心箱体10，出口12构成，其中流道3和4在开口5处与流道6相通，流道8在开口9处与中心箱体10相通，中心箱体10由顶盖14、侧板13和15、液相收集板16围成，出口12的周围有一环状堰11，出口12的下部为以连接条17固定的圆形挡板18。
本实用新型提供的急冷混合器可以实现高温反应物流与补充的冷介质的充分混合，减小下一催化剂床层入口的径向温差，有利于催化剂活性与选择性的充分发挥。
图1为本实用新型提供的急冷混合器的俯视图，图2为图1中A-A向的视图。
具体实施方式
放热反应器内的催化剂分成多个床层，相邻床层之间的空间内设有一组内构件，补充的温度较低的介质与上一催化剂床层来的高温反应物流在急冷混合器内实现充分混合，在急冷混合器的结构上采用了节流、碰撞、强化混合及旋流等机理。急冷混合器以管状通道为主要结构，物流分别通过急冷混合器的两个入口进入，经过一段距离后两股物流经过激烈地碰撞并汇合于直管流道，随后进入不同直径的半圆形流道，再沿切线方向进入中心箱体，混合物流在中心箱体内形成旋流，并由中心开孔流出，经挡板拦截并进行初始分布后，到达急冷混合器下部的预分布板。为了强化流体在急冷混合器内的混合，在急冷混合器的半圆形流道内的任意位置可以设置挡板、节流孔或混合元件如波纹片、螺旋片等。
以下结合附图对本实用新型提供的急冷混合器予以进一步的说明，但并不因此而限制本实用新型。
图1为本实用新型提供的急冷混合器俯视图，图2为图1中A-A向的视图。
本实用新型提供的急冷混合器结构如下急冷混合器由入口1和2，流道3、4、6、7、8，中心箱体10，出口12等构成，其中流道3和4在开口5处与流道6相通，流道8在开口9处与中心箱体10相通，中心箱体10由顶盖14、侧板13和15、液相收集板16围成，出口12的周围有一环状堰11，出口12的下部为以连接条17固定的圆形挡板18。作为急冷混合器组成部分的流道3、4、6、7、8的横截面可以是圆形、正方形或长方形。
本实用新型提供的急冷混合器操作方法如下如图1所示，急冷混合器安放在液相收集板16上，液相收集板16的外缘与反应器内壁之间密封，上一催化剂床层来的热反应物流与补充的冷介质的混合物流分别由急冷混合器的入口1和2进入急冷混合器，两股物流分别经过流道3和4流向开口5，在开口5处两股物流发生激烈地碰撞并混合，随后进入较短的直管流道6，再进入半圆形流道7及直径比半圆形流道7小的半圆形流道8，然后由开口9沿切线方向进入中心箱体10，混合物流在中心箱体10内实现旋流，并由出口12到达下部的预分布板。预分布板为筛板结构，为了防止液相在急冷混合器出口12处过于集中地流到下部的预分布板，在急冷混合器的出口处设有圆形挡板18。
图2为急冷混合器的中心箱体处的截面图，中心箱体10在液相收集板的上方，分别由顶盖14、侧板13、侧板15及收集板16围成，出口12在中心箱体的中心处，在出口12的周围有一环状堰11，以保证中心箱体内有一定的液位高度，在出口12的下方有一圆形挡板18，用连接条17固定于液相收集板16上，圆形挡板18可对气液两相有初始分布的作用。
本实用新型提供的急冷混合器优点如下1、急冷混合器主体为管状结构，结构简单，易加工制造。此外，可分割为以法兰连接的多组部件，便于安装与拆卸。2、流体以节流的方式进入急冷混合器，在急冷混合器内有流体的碰撞、旋流等过程，从而强化混合效果。
3、在急冷混合器内，混合物流主要通过共同的流道6、7、8，且经过共同的中心箱体10，完成混合的气相或气液两相通过共同的出口12到达下部的预分布板。由于在急冷混合器内，混合物流主要在共同的流道内流动，这就可以避免因混合物流分成多股物流后，每股物流之间存在的差别所导致的混合不均问题。
4、在急冷混合器的半圆形流道内可设置混合元件，强化物流的混合。
5、急冷混合器的管状结构布置在反应器内的液相收集板上，在一个平面内实现急冷混合器结构的布置，急冷混合器的标高低，占用反应器的空间高度小，从而有利于减少设备投资。
权利要求1.一种放热反应器内具有管状通道的急冷混合器，其特征在于该急冷混合器以管状通道为主要结构，由入口(1)和(2)、流道(3)、(4)、(6)、(7)、(8)、中心箱体(10)、出口(12)构成，其中流道(3)和(4)在开口(5)处与流道(6)相通，流道(8)在开口(9)处与中心箱体(10)相通，中心箱体(10)由顶盖(14)、侧板(13)和(15)、液相收集板(16)围成，出口(12)的周围有一环状堰(11)，出口(12)的下部为用连接条(17)固定的圆形挡板(18)。
2.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道截面为圆形、正方形、长方形或其组合。
3.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道(7)与流道(8)内加装挡板、节流孔或混合元件。
4.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的入口(1)和(2)在反应器中心对称的两侧。
专利摘要一种放热反应器内具有管状通道的急冷混合器，该急冷混合器以管状通道为主要结构，由入口1和2、流道3、4、6、7、8、中心箱体10、出口12构成，其中流道3和4在开口5处与流道6相通，流道8在开口9处与中心箱体10相通，中心箱体10由顶盖14、侧板13和15、液相收集板16围成，出口12的周围有一环状堰11，出口12的下部为用连接条17固定的圆形挡板18。该急冷混合器可以实现高温反应物流与补充的冷介质的充分混合，减小下一催化剂床层入口处的径向温差，有利于催化剂活性与选择性的充分发挥。
文档编号B01F3/00GK2737457SQ200420118300
公开日2005年11月2日 申请日期2004年10月28日 优先权日2004年10月28日
发明者赵志海, 杨克勇, 师峰, 王少兵, 石亚华 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院