物流混合分配器和固体颗粒床层反应器的制作方法

本发明涉及化工设备，具体地，涉及一种物流混合分配器和固体颗粒床层反应器。

背景技术：

目前，化工领域中的催化反应大多采用带有固体颗粒床层的反应器进行。通常，这种反应器(塔器)用于气体相物料与液体相物料之间的化学反应。具体地，气液两相物料经过反应器分配塔盘或设置在反应器塔盘上的反应物流分配器被分配到催化剂固体颗粒床层上发生化学反应。

气体和液体两相的混合以及物料在催化剂固体颗粒床层上分配的均匀性成为影响反应生成产品质量的关键因素。气相与液相反应物料混合地越好，两相间分配愈均匀，反应器中催化剂床层中反应速率及温度变化则更平稳，更易控制。目前，工业上使用较多的分配装置为泡罩式及竖管式。因此，为了使气体和液体两相更好地混合并均匀地分配到催化剂固体颗粒床层上，存在有下述现有技术。

CN2290399公开了一种二次雾化分配器，主要由泡罩、降液管、雾化元件组成。虽然这些元件增强了气液雾化作用，但存在内部元件过于复杂、压降过大等缺点。

CN2834690公开了一种溢流型分配器，主要由降液管及底部碎流元件组成。降液管上端设有V型开槽。液体流通的主要动力是塔盘上液位高度提供的静压头，而V型溢流开槽对液位高度变化十分敏感，同时单一的开槽设计使得液相负荷流量变化范围较小。

CN200963585公开了一种抽吸型分配器，主要由泡帽、降液管、碎流板 构成。泡帽采用了改进的螺旋形条缝。同传统的泡帽分配器相比，优化了单个分配器的分配均匀性，改善了径向分配峰值过大的问题。但依然存在流体流量对液位高度变化较敏感的缺点。

CN201959779公开了一种改进泡帽分配器。同传统的泡帽分配器相比，增加了底部流体扩散元件，一定程度改善了单个分配器分配均匀性，同样存在不适用高气相负荷条件、对塔盘液位高度敏感等问题。

可见，在现有技术中，各种反应物流分配器(例如泡帽分配器等)的流体流量对反应器塔盘上的液位高度变化十分敏感，物流混合传质效果差，而且可操作性较低，不能较好地适用于加氢装置大型化及日益严格的油品质量要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题为提供一种物流混合分配器，该物流混合分配器在安装到反应器中后能够可靠地进行气体和液体两相的混合，而且不容易受到反应器塔盘上的液位高度的影响。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种物流混合分配器，其中，该物料混合分配器包括内管体和外管体，所述内管体包括开设在所述内管体的顶部的第一流体入口和设置在所述内管体侧壁的第一流体出口,所述外管体通过顶部环形板连接在所述内管体的外侧，该外管体包括设置所述外管体侧壁的第二流体入口和设置在所述外管体底部的导流板，该导流板上设置有第二流体出口，所述外管体和所述内管体之间形成有碰撞空间,以能够使经所述第一流体出口流入的第一流体和经第二流体入口流入的第二流体在所述碰撞空间内碰撞混合后从所述第二流体出口流出。

优选地，所述第二流体出口包括位于所述导流板中心处的垂直孔和设置在所述垂直孔周围的多个斜孔305；优选地，所述多个斜孔均向所述导流板 外侧倾斜，并形成以所述垂直孔为中心的圆形阵列，所述斜孔的轴线与所述垂直孔的轴线之间形成为45度；进一步优选地，所述垂直孔的直径为1-8mm，优选为5mm，所述斜孔的直径为2-12mm，优选为8mm。

优选地，所述第一流体出口为倾斜地设置在所述内管体侧壁上的倾斜孔，该倾斜孔的轴线与所述内管体的轴线的夹角为15-75度；优选地，所述夹角优选为45度，所述倾斜孔的直径为2-12mm，优选为6mm。

优选地，所述物流混合分配器还包括顶挡板，该顶挡板通过连接件连接在所述顶部环形板上。

优选地，所述顶挡板为直径大于所述第一流体入口直径的圆形平板，该顶挡板的轴线与所述外管体和所述内管体的轴线重合。

优选地，所述物流混合分配器还包括设置在所述外管体侧壁上的导流部，该导流部中形成有与所述第二流体入口连通的外管导流道。

优选地，所述第二流体入口为沿所述外管体高度方向依次并排设置的多个矩形开口，该矩形开口的宽度方向平行于所述外管体的高度方向；所述导流部为间隔设置的多个弧形板，该弧形板的一端连接在所述矩形开口的长度方向侧，另一端向所述外管体中心伸出，所述弧形板之间的间隔形成为所述外管导流道。

优选地，所述第二流体入口为沿所述外管体高度方向依次设置的多个圆形孔，所述导流部为一端连接在对应的所述圆形孔处，另一端向所述外管体中心伸出的管状体，该管状体中形成有所述外管导流道。

优选地，所述第一流体出口的设置高度与所述第二流体入口的设置高度位于相同高度，所述第二流体入口在所述外管体高度方向上的最大尺寸为a，所述第一流体出口的在所述外管体高度方向上的尺寸为b，两者之间满足公式b/3<a<3b。

本发明还提供一种固体颗粒床层反应器，该固体颗粒床层反应器包括塔 盘和设置在所述塔盘上的多个物流混合分配器，其中，该多个物流混合分配器为根据上述技术方案所述的物流混合分配器。

通过上述技术方案可知，由于外管体和内管体之间形成有碰撞空间,能够使经所述第一流体出口流入的第一流体和经第二流体入口流入的第二流体在所述碰撞空间内碰撞混合后从所述第二流体出口流出，从而使气体和液体两相的混合更均匀各个可靠。而且，由于本发明的结构简单，因此能够具有更小的尺寸，从而能够使反应器(特别是固体颗粒床层反应器)具有更高的滴液点密度和更高的流体界面覆盖能力。本发明还能够在改善催化剂床层物流分配的同时具有较小的压降，而特别地适合用于多固体颗粒床层中的物流分配。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述物流混合分配器的一种具体实施方式的主视图。

图2是图1的A-A剖视图，其显示本发明的物流混合分配器的一种内部结构。

图3是图1的A-A剖视图，其显示本发明的物流混合分配器的一种内部结构。

图4是本发明所述导流板的俯视图。

图5是本发明所述物流混合分配器的一种具体实施方式的结构示意图。

图6是应用本发明所述物流混合分配器所进行的有关分配均匀性的实验结果示意图。

图7和图8表示了以不同间距配置的物流混合分配器对床层湿润率的影响。

附图标记说明

301 外管体 302 内管体

303 导流板 304 垂直孔

305 斜孔 306 顶部环形板

307 第一流体入口 308 第二流体入口

309 第一流体出口 3010 导流部

3011 连接件 3012 顶挡板

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

为了便于公众更好地理解本发明，下面结合本发明所述物流混合分配器在使用状态时的状况进行说明。

该物流混合分配器包括内管体302和外管体301，该外管体301包括设置在外管体301底部的导流板303，并通过顶部环形板306连接在内管体302的外侧。

如图1所示，顶挡板3012、顶部环形板306、外管体301、内管体302及设置有第二流体出口的导流板303。外管体301与内管体302通过顶部环形板相连接，并与连接在外管体30底部的导流板303共同形成流体外管流道。内管体302中形成有流体内管流道，并具有与流体内管流道连通的第一 流体入口307和第一流体出口309。流体分别从第一流体出口309、第二流体入口308进入并在该流体外管流道中的位于第一流体出口309和第二流体入口的相对区域的碰撞空间发生对冲混合后，从第二流体出口流出外管流道。

具体地，第一流体能够为气相，而第二流体为液相。该气相流体从经内管流道并通过第一流体出口进入，而液相流体从第二流体入口308进入，气液相能够在碰撞空间中进行能对冲而混合并经第二流体出口流出。

其中，顶挡板3012位于物流混合分配器的顶部，通过连接件3011连接在顶部环形板306上。该顶挡板3012为圆形或矩形平板以将液相流体导流到塔盘上，同时避免液相流体在第一流体入口307形成液封而阻碍气相流体的进入。

具体地，顶部环形板306的中心与外管体301和内管体302的轴线重合，且顶部环形板306的内环直径不大于内管体302的直径，外环直径不小于外管体301的直径。内管体302直径能够为外管体301直径的1/5-1/2，优选为1/3；内管体302高度能够为外管体301高度的1/4-4/5，优选为2/3。

内管体302上设置有多个第一流体出口309，这些第一流体出口309能够为多个，沿周向、高度方向均匀配置，优选该第一流体出口309沿周向方向布置有1-5排，优选为对称配置的2排。另外，优选每排第一流体出口沿高度方向均匀地配置有1-6个，具体地，为3个。

在上述技术方案的技术上，通过将外管体上的侧壁的第二流体入口308开设在与第一流体出口309相应的位置，以使经第二流体入口308和第一流体出口309流出的流体能够容易地发生碰撞。另外，优选在外管体301侧壁上设置有导流部3010，并使第一流体出口309形成为倾斜孔，以使流经该第一流体出口的气相流体能够产生一定的加速去碰撞液相流体。导流部3010能够以各种方式形成，例如下述实施例1和实施例2中所描述的。另外，也 能够通过将导流部3010设置为倾斜于外管体301侧壁方式，以进一步使经导流部3010流出的第二流体的动量也相应地变大，从而提高气液混合效果。

在上述技术方案的基础上，导流板303为设置有同开孔的圆形板。该开孔能够为各种形状、具体地包括设置在中心处的垂直孔304，和设置在垂直孔304周围的斜孔305，其中优选斜孔306的轴线与板面夹角为15°-75°，优选为45°。该斜孔305均匀地布置在导流板303上，其数量能够为1-40，优选为20。通过设置在导流板303上的斜孔305，能够将在碰撞空间内碰撞混合后流经导流板303的流体从多个开孔(垂直孔304和斜孔305)分散引流道下方的催化剂床层。

在本发明中，通过使分别经过流体外管流道和流体内管流道的气相流体和液相流体在碰撞空间内发生对冲及动量交换以增强物流混合效果，并通过带有夹角开孔(斜孔305)的导流板303来强化混合流体在下方床层的均匀分配。通过本发明不但能够有效地提高反应器的床层界面上的滴液点覆盖面，而且结构简单，便于拆装。同时，本发明还能够在改善催化剂床层物流分配的同时具有较小的压降，而特别地适合用于多固体颗粒床层中的物流分配。

以下将通过下述实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

下面结合图1详述实施例1，物流混合分配器包括顶挡板3012，顶部环形板306，外管体301，内管体302和导流板303。顶挡板3012为圆形平板，其直径大于第一流体入口307处直径，顶挡板3012通过连接件3011与下方顶部环形板306相连。第一流体入口307位于顶部环形板306中心处，第二流体入口308位于外管体301侧壁上。导流板303上设有垂直孔304及与水平面带有夹角的斜孔305。

具体地，如图2所示，外管体301侧壁上设有6个用于流通液相流体的 弧形状导流部3010，导流部3010在侧壁上的第二流体入口308的形状为矩形；内管体302侧壁上设置有对应的6个用于流通气相流体的与垂直面形成有夹角的斜孔作为第一流体出口309。

作为导流部3010的另一种实施方式，如图3所示，外管体301侧壁上设有4个用于流通液相流体的管状导流部3010，导流部3010在侧壁上的第二流体入口308开孔形状为圆形；内管体302侧壁上设置有对应的4个用于流通气相流体的与垂直面形成有夹角的斜孔作为第一流体出口309。第二流体入口308的尺寸为a，第一流体出口309的尺寸为b，两者满足b/3<a<3b，且两者处于同一垂直高度上。

结合上述实施例，本发明的工作机理如下所述：当上床层流体流至分配塔盘上时，由于顶挡板3012的作用，液相流体流至塔盘上并开始在塔盘上累积，当累积至一定程度时，液相流体从外管体301侧壁上第二流体入口308流入物流混合分配器内，气相流体则从内管体302的第一流体入口307流入。由于内管体302直径小于外管体301直径，因此气相流体能够携带较大动量从第一流体出口309流出并与经导流部3010流出的携带较低动量的液相发生碰撞对冲，从而使得两相发生强烈混合与分散，随后物流流至底部导流板303后，经由斜孔305作用能够以分散较好的状态流至下层固体颗粒床层。

实施例2

下面结合图5详述实施例2，其中图5中只显示了不包括顶挡板的结构部分。内管体302与外管体301分别到焊接顶部环形板306，外管体301的直径能够为40-120mm，优选为60mm；内管体302的直径能够为8-60mm，优选为20mm；外管体301的高度为80-200mm，优选为150mm；内管体302的高度为20-160mm，优选为100mm。

流体经顶挡板3012流向两侧并逐渐在塔盘上积累，当液位积累至一定高度时，液相流体开始从外管体301上的第二流体入口308流入。外管体301 侧壁上共设置有3排开槽，每排开槽中设置有4个槽口，槽口308为矩形状，长为5-30mm，优选为15mm，宽为1-8mm，优选为3mm。

气相流体从第一流体入口307流入，并从第一流体出口309流出。内管体302上共设置有与第二流体入口对应高度的3排圆孔作为第一流体出口309，圆孔的轴线与垂直轴线的夹角为15°-75°，优选为45°，圆孔直径为2-12mm，优选为6mm。

从第一流体出口309流出的气相携带更大的动量与从外管体301流入的液相发生碰撞，随后两者混合流至下方导流板303上。

导流板303上共设置有1个中心处垂直孔304、18个斜孔305。垂直孔304直径为1-8mm，优选为5mm，斜孔305直径为2-12mm，优选为8mm。混合流体流至导流板303上后通过斜孔305以一定的分散角度流至下方固体颗粒床层上。

实施例3

由于本发明所述物流混合分配器的分配能力能够通过冷态模型试验来考察，并通过滴液点中心间距和覆盖面能力来表征。下面说明通过在冷态模型装置上对本发明实施例2所进行了流体分配均匀性考察，其结果如图6所示。可以看到，各测点的流量偏差处于较小范围，流量整体标准偏差较小，这说明本发明具有较好的流体分配均匀性。

另外对本发明与传统泡帽盘的截面流体覆盖能力进行了比较。从图7和图8中能够明显地得出流体截面覆盖能力取决于分配装置布局方式、催化剂颗粒直径等因素。通过比较能够得出分配装置布局间距越小，固体颗粒床层横截面流体分布越均匀。

优选分配装置的布局间距必须处于合适位置才能使用于补偿分配装置分配不均的级配材料高度最小。级配材料的高度能够通过下式计算：

$z=\frac{s^2}{{{\mathrm{kd}}_p}^{1/2}}$

即为取得床层中流体均匀分配，床层高度z(单位：m)与布局间距s(单位：m)、催化剂颗粒直径d_p(单位：m)、常数k(单位：1/m)之间存在一定关系。该常数k的单位变化能够参考反应动力学中的速率常数k，即对于不同反应级数的反应，速率常数单位量纲也不相同。

传统的泡帽塔盘间距过大而减少了催化剂的使用率，需要更多的级配床层高度来进行径向分散以校正流体分布。因此，与传统的泡帽分配器相比，由于本发明具有更小的尺寸，从而能够使反应器具有更高的滴液点密度，并且具有更高的流体界面覆盖能力。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。