专利名称：一种箱式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，从而造成下一催化剂床层入口处存在较大的径向温差，随着反应的进行，催化剂床层内的径向温差会进一步增大，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，制造及其在反应器内部的安装均比较困难。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种箱式急冷混合器，以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。
本实用新型设计的箱式急冷混合器结构如下急冷混合器由入口1a和1b，流道2a和2b，节流孔3，流道4a和4b，节流孔5，及中心管6构成，其中流道2a和2b通过节流孔3与流道4a和4b相通，流道4a和4b通过节流孔5与中心管6相通，中心管6开口于收集板7上，开口的下方为以连接条8固定的圆形挡板9。
所述的流道2a、2b、4a和4b截面为正方形、长方形、圆形或半圆形。
急冷混合器的整体在反应器外制造并以整体形式在反应器内部安装。也可将急冷混合器分成若干组件并在反应器内部拼装。
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处的径向温差，有利于催化剂活性与选择性的充分发挥。
图1为本实用新型设计的急冷混合器流道及物流走向的示意图，图2为图1中的A-A向视图。
具体实施方式
放热反应器内的催化剂床层分成多段床层，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、碰撞等机理。混合物流分别通过急冷混合器的两个入口进入，两股物流分别经过一段流道后发生激烈地碰撞，并经节流孔进入内侧流道，在内侧流道内物流又分成两股，两股物流沿各自的流道流向另一侧，发生激烈碰撞后经节流孔进入中心管，中心管开孔于收集板上，在开孔的下方设有一圆形挡板，使物流在到达预分布板之前进行初始分布。
由于不同工艺中的放热反应器内的温升会有较大的区别，且气液两相物流的比例也有着较大的不同，因此，本箱式急冷混合器在应用于不同放热反应器内时，可以在流道的设置上有所变化，即在上述内侧流道的内侧再增加一至两环流道，以延长流体在急冷混合器内的停留时间，强化混合效果。此外，为了加强流体在中心管内的混合效果，可以在中心管内设置具有抽吸作用的泡帽结构，在收集板的下方加装碎流板，使流体具有一定的初始分布。
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流道及物流走向的示意图，图2为图1中的A-A向视图。
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1a和1b，流道2a和2b，节流孔3，流道4a和4b，节流孔5，及中心管6构成，其中流道2a和2b通过节流孔3与流道4a和4b相通，流道4a和4b通过节流孔5与中心管6相通，中心管6开口于收集板7上，开口的下方为以连接条8固定的圆形挡板9。
本实用新型提供的急冷混合器的操作方法如下如图1所示，急冷混合器安装在收集板7上，收集板7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1a和1b进入急冷混合器，两股物流分别经过流道2a和2b流向节流孔3，在节流孔3处两股物流发生激烈地碰撞及混合后进入内侧流道，分别沿流道4a和4b流向节流孔5，在节流孔5处两股物流再次发生碰撞，并进入中心管6，中心管6开口于收集板7上，混合物流经中心管6的开口出急冷混合器并到达下部的预分布板。
图2为图1中的A-A向视图，急冷混合器的主体是由流道2a、2b、4a、4b及中心管6组成的箱式结构，此箱式结构的急冷混合器安装于收集板7上，中心管6开口于收集板7上，为了防止混合物流过于集中地冲向预分布板，在中心管6及收集板7的开口下方设有以连接条8固定的圆形挡板9，圆形挡板9可对混合物流起初始分布的作用。
本实用新型提供的急冷混合器优点如下1、急冷混合器主体为箱式结构，结构简单，易于制造。
2、急冷混合器的整体结构可以在反应器外制造，直接在反应器内安装，省去了在反应器内部的拼装过程，易于安装。
3、混合物流在急冷混合器内部经过两次碰撞及两次节流，强化了流体的混合，混合物流经过充分地传质及传热达到了很好的混合效果，从而有效地减小了下一催化剂床层入口处的径向温差。
4、由于热的反应物流及补充的冷介质主要是在急冷混合器内进行混合，且急冷混合器具有较好的混合效果，因此，可以降低对冷介质引入管结构的要求，采用结构较为简单的冷介质引入管，特别是当反应器内只有气相单相时，冷介质引入管可以直接开口于反应器的器壁上，省去其伸入反应器内的部分。
5、除了可以简化冷介质引入管的结构外，冷介质引入管在反应器器壁上的开口位置还可以尽可能靠近收集板，从而降低了收集板至上一催化剂床层格栅之间的空间高度，减小了反应器的高度，有利于减少设备的投资，由于反应器器体重量的降低，还有利于反应器的运输及安装，降低基建投资。
6、急冷混合器流道的截面可以采用长方形，在流道截面一定的情况下，可以通过增加流道的宽度来降低流道的高度，从而使急冷混合器具有较小的高度，占用反应器的空间高度较小，有效地降低反应器的高度，有利于减少设备投资及基建投资。
权利要求1.一种箱式急冷混合器，其特征在于该急冷混合器由入口(1a)和(1b)，流道(2a)和(2b)、节流孔(3)，流道(4a)和(4b)，节流孔(5)，及中心管(6)构成，其中流道(2a)和(2b)通过节流孔(3)与流道(4a)和(4b)相通，流道(4a)和(4b)通过节流孔(5)与中心管(6)相通，中心管(6)开口于收集板(7)上，开口的下方为以连接条(8)固定的圆形挡板(9)。
2.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道(2a)、(2b)、(4a)和(4b)截面为正方形、长方形、圆形或半圆形。
3.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于急冷混合器的整体在反应器外制造并以整体形式在反应器内部安装。
4.按照权利要求1的急冷混合器，其特征在于急冷混合器分成若干组件并在反应器内部拼装。
专利摘要一种箱式急冷混合器，由入口1a和1b，流道2a和2b，节流孔3，流道4a和4b，节流孔5，及中心管6构成，其中流道2a和2b通过节流孔3与流道4a和4b相通，流道4a和4b通过节流孔5与中心管6相通，中心管6开口于收集板7上，开口的下方为以连接条8固定的圆形挡板9。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B01J8/04GK2885403SQ20052014685
公开日2007年4月4日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者杨克勇, 赵志海, 师峰, 付锦晖 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