一种涡轮式冷氢箱的制作方法

本发明涉及加氢反应器内构件设备技术领域，更具体地说一种涡轮式冷氢箱，用于加氢反应器内实现冷氢气与高温反应物流中的气液两相充分混合传热的冷氢箱。

背景技术：

加氢技术是清洁燃料生产过程中必不可少的主要技术，加氢反应器是各类石油加氢装置中的核心设备。同加氢催化剂的开发和加氢工艺的改进一样，加氢反应器的设计优化受到了各大炼厂的广泛关注，其内构件是加氢反应器的重要组成部分，与催化剂的性能一起决定了加氢工艺的性能。

加氢反应属放热反应，需要通过加入冷氢气来控制床层温升的速度。冷氢箱是加氢反应器中重要的内构件之一，其作用是通过冷氢管注入的低温氢气与上方催化剂床层流下的高温反应物流迅速混合、充分换热，以降低反应物料的温度，为下一床层提供更均匀的温度和物料分布，充分发挥催化剂性能。冷氢箱性能的优劣直接影响到加氢反应的稳定性、催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期。

冷氢箱的功能主要有两个：①取热，控制反应物温度；②混合，中和反应物料的温差。催化剂床层的温升得到有效地控制，反应物料温度不超过催化剂的正常使用温度，反应器的径向温差较小，说明冷氢箱的混合传热性能良好。

中国专利CN200620133859.0公开了一种旋流式冷氢箱，由冷氢管、挡板、半圆形混合道、切向导流管、混合箱和筛孔板等构成。其特点在于增设了助混结构和开孔导流锥，使冷氢气与热物流先在半圆形混合道内进行预混合后，再到混合箱内进行旋流混合，提高了冷氢气与热物流之间的混合传热效果。但是由于切向导流管的原因使得该冷氢箱所占的体积仍然较大，且气、液两相并流时由于密度差容易形成分层流动，单靠延长流动路径对传热效果增加不明显。

中国专利CN201220608970.6公开了一种冷氢箱，包括冷氢分配器、液体收集盘、混合箱、液体粗分配盘和气液分配盘。该结构采用环形混合通道使反应物流与冷氢气充分混合后按圆周方向流动，并设有两级筛孔分配盘，使混合后的反应物流以小滴落下，增加了气液两相的传热面积，提高了取温效果，压降也很小。但这种结构较为复杂，且流体在混合箱下层的分配不均匀。

中国专利CN201210408335.8公开了一种急冷氢箱，自上而下包括集液板、滴液板、隔板和再分布筛板，冷氢管以环管的形式埋在集液槽的液相中，冷氢从冷氢环管中喷射出来对液相形成搅动和鼓泡，利用冷氢与液相较大的温差增强气液传热；集液槽中的液体经滴液板分散后以液滴的形式落下，提高了气液两相的接触面积，从而大幅提高了急冷氢箱的换热效率。但该冷氢箱物料停留时间较短，易造成换热不均，且当气液比出现变化时，会出现一系列的问题。

近年来，随着加氢裂化和加氢脱硫等工艺的改进、油品质量升级步伐的加快、炼油工业环保要求的提高，以及原油的重质化、劣质化，加氢技术得到了长足发展。反应器直径越来越大，催化剂活性越来越高，催化剂的床层温升高达20℃。若冷氢箱的性能不佳，反应器的径向温差可达30～40℃，造成催化剂性能下降，甚至产生飞温现象，导致催化剂失效和安全隐患。因此，开发新型高效冷氢箱迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种涡轮式冷氢箱，以克服现有技术中气液接触时间短、接触面积小、换热不充分、温度分配不均匀、结构复杂、反应器空间利用率低的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种涡轮式冷氢箱，它包括加氢反应器本体、安装在加氢反应器本体中的筛板和底板，筛板和底板之间安装有冷氢分布器，所述底板上设有冷氢进气孔，底板的中心设有与冷氢分布器同轴的两端敞口的圆柱形溢流筒，溢流筒的顶端高出筛板的上表面，筛板的上表面设有上层涡轮导流板，上层涡轮导流板由数块具有一定倾斜角度的呈涡轮状排布的平面板或曲面板组成，上层涡轮导流板的顶端设有盖板，底板的下表面设有下层涡轮导流板，下层涡轮导流板由数块具有一定倾斜角度的呈反向涡轮状排布的平面板或者曲面板组成，下层涡轮导流板的底部安装有防冲板。

优选的，所述冷氢分布器为内环、外环所组成的环形通道，冷氢进气孔设置在环形通道中间，冷氢进气孔的底部与冷氢管连接。

优选的，所述冷氢分布器的内环和外环上均布有数个出气孔，出气孔的形状为圆形或者多边形或者螺旋线形。

优选的，所述盖板为圆形平面板或帽状弧形面板，其外沿与加氢反应器本体的内壁之间留有环缝。

优选的，所述筛板与上层涡轮导流板连接处环形区域外的其他地方设数个筛孔，筛孔的形状为圆形或者多边形或者螺旋线形的一种或两种形状以上的组合。

优选的，所述防冲板为圆形平面板，其直径大于溢流筒底部的直径。

本发明在使用时，上方催化剂床层流下的高温气液物流由盖板与反应器本体内壁之间的环缝进入冷氢箱，在上层涡轮导流板的作用下产生螺旋向下的流动趋势，因溢流筒的阻挡作用，液相在底板上富集形成稳定的液位，筛板被淹没在液位以下。冷氢气通过冷氢管进入冷氢分布器，经冷氢分布器上的出气孔喷射进入液层，对液相形成搅动或鼓泡，与高温液体进行换热后，再穿过筛孔上升到液面以上，与高温气体进行换热。换热后的气液物流经溢流筒继续向下流动，在下层涡轮导流板和防冲板的溅射作用下，进一步被碎流雾化，充分混合传热后，以液滴的形式均匀流出冷氢箱，避免了下层催化剂床层热点的发生。

本发明的有益效果为：

（1）通过本发明的使用，高温气液混合物经盖板与反应器壁之间的环缝进入冷氢箱，在上层涡轮导流板的作用下产生螺旋向下的流动趋势，不仅有助于液相在底板上的富集，而且提高了液相之间的对流传热，使流出冷氢箱的液体温度均衡，气液物流在流出溢流筒后，经过下层涡轮导流板的作用产生向上的流动趋势，延长了气液物流在防冲板上的停留时间，经过防冲板的溅射作用，再次被碎流雾化，以小液滴的形式分散在气相中，有助于气液两相充分的混合和传热；

（2）气液混合物进入本发明后由于溢流筒的作用聚集在底板上方富集成稳定的液位，冷氢气从冷氢分布器喷射进入液层，以气泡的形式流经液层，穿过筛孔才能上升至液面以上，在液层中停留时间较长，接触面积大，气液两相温差较大，换热效率较高，且气泡对液层的搅动，有助于进一步改善液相温度分配的均匀性；

（3）本发明中溢流筒的直径较小，使气相物流在溢流筒上截面处对液相物流产生抽吸雾化作用，有助于提高气液两相的混合传热效果；

（4）本发明结构简单，气液混合物的流道顺畅，气液混合物按照圆周方向运动，动能损失小，有效降低了冷氢箱的压力损失。

（5）本发明呈扁平形结构，高度较低，且冷氢管设置在底板下方，不增加冷氢箱的总高，提高了反应器的空间利用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中冷氢分布器的结构示意图；

图3为图1中上层涡轮导流板的结构示意图；

图4为图1中下层涡轮导流板的结构示意图；

其中：1、反应器内壁，2、盖板，3、上层涡轮导流板，4、溢流筒，5、筛板，6、冷氢分布器，7、底板，8、下层涡轮导流板，9、防冲板，10、冷氢管，11、出口，12、出气孔，13、进气孔，14、筛孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种涡轮式冷氢箱，它包括加氢反应器本体1、安装在加氢反应器本体1中的筛板5和底板7，筛板5和底板7之间安装有冷氢分布器6，底板7上设有冷氢进气孔13，底板7的中心设有与冷氢分布器6同轴的两端敞口的圆柱形溢流筒4，溢流筒4的顶端高出筛板5的上表面，筛板5的上表面设有上层涡轮导流板3，上层涡轮导流板3由数块具有一定倾斜角度的呈涡轮状排布的平面板或曲面板组成，上层涡轮导流板3的顶端设有盖板2，底板7的下表面设有下层涡轮导流板8。如图4所示，下层涡轮导流板8由数块具有一定倾斜角度的呈反向涡轮状排布的平面板或者曲面板组成，下层涡轮导流板8的底部安装有防冲板9。

如图2所示，冷氢分布器6为内环、外环所组成的环形通道，冷氢进气孔13设置在环形通道中间，冷氢进气孔13的底部与冷氢管10连接。冷氢分布器6的内环和外环上均布有数个出气孔12，出气孔12的形状为圆形或者多边形或者螺旋线形。

盖板2为圆形平面板或帽状弧形面板，其外沿与加氢反应器本体1的内壁之间留有环缝。

如图3所示，筛板5与上层涡轮导流板3连接处环形区域外的其他地方设数个筛孔14，筛孔14的形状为圆形或者多边形或者螺旋线形的一种或两种形状以上的组合。

防冲板9为圆形平面板，其直径大于溢流筒4底部的直径。

本发明使用过程中，上方催化剂床层流下的气液热物流由盖板2和反应器内壁1之间环缝进入冷氢箱，在上层涡轮导流板3的作用下产生螺旋向下的流动趋势，促进液相热物流在底板7上富集。因溢流筒4的阻挡作用，液相热物流在冷氢箱底板7上形成稳定的液位，而筛板5被淹没在液位以下。冷氢气通过冷氢管10由底板7的下方进气孔13引入冷氢箱，经冷氢分布器6上的出气孔12喷射进入液层，对液相形成搅动或鼓泡，对高温液体进行取热后，穿过筛孔14上升到液面以上，再与高温气体进行混合传热。混合传热后的气液物流经溢流筒4向下流出冷氢箱出口11，在下层涡轮导流板8和防冲板9的溅射作用下，进一步碎流雾化，充分混合传热后，以液滴的形式均匀流出，避免了下层催化剂床层热点的发生。

本发明所提供涡轮式冷氢箱能够很好地解决现有技术中存在的气液接触时间短、传热效率低、温度分配不均匀等问题，具有气液混合传热充分、结构简单、压降低、反应器空间利用率高的优点。