一种溢流气液分配器及其加氢反应器的制作方法

本申请属于化工设备领域，具体涉及一种溢流气液分配器及其加氢反应器。

背景技术：

由于油品加氢过程是放热反应，原料油在催化剂床层303径向截面上分布不均匀，会导致催化剂润湿效果好的部位反应程度剧烈，生成热量较多；催化剂局部温度越高，反应速率越快，两者效果叠加会形成过热点，使这部分催化剂性能过早失活，损害催化剂的性能，甚至会导致催化剂部分区域的结焦、板结，物料无法正常流过，其下方催化剂失去作用，从而大大降低催化剂的使用寿命与装置的开工周期。

煤焦油是煤炭在干馏、气化或热解过程中获得的液体产品之一，含有大量的烯烃、多环芳烃等不饱和烃以及硫、氮化合物，其酸度高、胶质含量高、产品安定性能差，无法满足作为燃料油使用的要求。对煤焦油采用加氢改质工艺进行处理，即，在一定温度、压力及催化剂作用下，可完成脱硫、不饱和烃饱和、脱氮反应、芳烃饱和，达到改善其安定性、降低硫含量和芳烃含量的目的，最终获得石脑油和优质燃料油，其产品质量可以达到汽油、柴油调和油指标。

由于煤焦油酸度高，导致设备腐蚀，产生大量油溶性金属离子，在高温、高压、临氢工况下生成金属硫化物；此外，煤焦油中富含焦质，在高温工况下生成粉末状垢物，常规的泡帽分配器基于抽吸原理，沉积的垢物常常把泡帽分配器淹没，导致分配盘承载的压力降超出设计负荷，导致分配盘塌陷。因此，在这种工作环境下可以选择溢流气液分配器，溢流气液分配器不易被垢物堵塞引起的压力降。

现有的溢流气液分配器如图1所示，通常包括两端敞口且竖直放置的溢流管101、设置于溢流管101管体上的若干流溢口102、以及设置于溢流管101底端敞口处的碎流板103。正常运行时，液相物流从所述流溢口102进入所述溢流管101，从所述溢流管101底端敞口处流出，气相物流从所述溢流管101顶端敞口处进入，气液两相在所述溢流管101内发生第一次碰撞混合并流向下，在所述碎流板103处发生第二次碰撞混合折流扩散到催化剂床层303的四周，实现气液相的均匀分配。

但是，上述溢流气液分配器在工作时，是将若干个上述溢流气液分配器固定在加氢反应器内的塔板上，除溢流管101底端敞口以及碎流板103在塔板下方，其余部件在塔板上方。如果累积在塔板上的液相的液面高度不同或者当塔板出现倾斜时，液面较高处的周围溢流气液分配器先发生溢流，液面较低处的周围溢流气液分配器后发生溢流或不能溢流，导致溢流气液分配器之间气液分配的不均匀，出现偏流现象。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种溢流气液分配器，将若干个溢流气液分配器固定在塔盘上，构成反应器分配盘，安装在反应器内，实现物料在反应器水平截面上的均匀分配，以解决现有溢流气液分配器分配不均匀，甚至出现偏流的问题。

一种溢流气液分配器，包括中空的中心管和套设于所述中心管外部的外筒体，在所述外筒体下方设置有溅锥，所述外筒体与所述溅锥通过连杆连接；

所述中心管至少有一端设置于所述外筒体内部；

所述外筒体的筒壁顶端设置有第一齿槽，所述外筒体的筒壁底端设置有锥管；

所述锥管的内径由与外筒体相连接的一端向自由端逐渐减小；

所述溅锥的外径由靠近锥管一端向远离锥管一端逐渐增大。

进一步地，所述中心管的中心线与所述外筒体的中心线线重合。

进一步地，所述中心管底端设置有缩颈喷嘴，所述缩颈喷嘴位于所述外筒体内，所述中心管顶端伸出外筒体顶端。

进一步地，所述锥管的底端设置有第二齿槽。

进一步地，所述第一齿槽的槽齿为三角形、正方形、矩形或半圆形，所述第二齿槽的槽齿为三角形。

进一步地，所述锥管的母线与所述溅锥的母线沿所述溅锥顶角方向的夹角为10°-90°，所述溅锥203的顶角为90°-170°。

进一步地，所述锥管的母线与所述溅锥的母线沿所述溅锥顶角方向的夹角为50°-70°，所述溅锥203的顶角为100°-150°。

本申请还提供一种加氢反应器，包括上述方案中任意一项的溢流气液分配器以及塔盘；

所述外筒体的顶端位于所述塔盘的上方，所述外筒体的底端位于所述塔盘的下方；

将多个所述溢流气液分配器固定在塔盘上构成分配盘，所述分配盘位于所述加氢反应器内的顶部气液入口与催化剂床层之间。

进一步地，所述溢流气液分配器在所述塔盘上排列成若干行，并呈三角形、四边形、菱形或圆形布置。

进一步地，所述溢流气液分配器在所述塔盘上梅花形布置。

由以上可知，本申请提供一种溢流气液分配器及其加氢反应器，溢流气液分配器包括中心管、外筒体、溅锥以及连杆，中心管置于外筒体中心处，作为气相通道的中心管，其下部设置缩颈喷嘴，实现提高气速的目的，便于吹散液滴；外筒体的顶端上设置有第一齿槽，有效避免因塔盘水平度问题产生的偏流现象，提高物料分配均匀度；外筒体的底端设置有锥管，可产生喷溅流态，将液相物流撞散，提供了更大的分散域。因此，该溢流气液分配器具有结构简单、压力降小，适用于煤焦油中的机械杂质、金属硫化物及焦粉较多的工况，可有效消除因垢物堵塞引起的压力降产生，因塔盘水平度产生的偏流问题，保障加氢反应器的稳定长周期运行。

附图说明

图1，现有的溢流气液分配器结构示意图；

图2，本实用新型的溢流气液分配器结构示意图；

图3，本实用新型的一种齿槽结构示意图；

图4，本实用新型的一种溢流工作方式示意图；

图5，本实用新型的一种溢流气液分配器在塔盘上的分布图；

图6，本实用新型的一种加氢反应器结构示意图。

其中，101-溢流管，102-流溢口，103-碎流板，200-溢流气液分配器，201-中心管，2011-进气口，2012-缩颈喷嘴，202-外筒体，2021-第一齿槽，2022-锥管，2023-第二齿槽，203-溅锥，204-连杆，3-加氢反应器，301-塔盘，302-分配盘，303-催化剂床层。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例示出的实施例中的附图，对本申请实施例示出的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图2至图3所示，本申请的溢流气液分配器200包括中空的中心管201和套设于所述中心管201外部的外筒体202，在所述外筒体202下方设置有溅锥203，所述外筒体202与所述溅锥203通过连杆204连接。

中心管201为上下敞口的中空管，作为气相通道，其顶端敞口作为气相物流入口的进气口2011，其下敞口作为气相物流的出口。工作时，绝大部分气相物流从中心管201下端的敞口处喷出，与外筒体202内的液相物流想混合，将直径较大液滴吹散成直径较小液滴，并将直径较小液滴输送到一定的范围中。

外筒体202的筒壁顶端作为流溢堰，其顶端上设置有第一齿槽2021，外筒体202的筒壁底端设置有锥管2022，锥管2022的内径由与外筒体202相连接的一端向自由端逐渐减小；溅锥203的外径由靠近锥管2022一端向远离锥管2022一端逐渐增大，因此，形象的看锥管2022的水平投影为倒梯形。在工作时，液相物料经过第一齿槽2021沿外筒体202内壁向下流淌，当流至锥管2022上后，由于锥管2022上端直径大于下端的直径，直径的减小会使得液相物流产生喷溅流态，将连续的液相物流撞散，形成液滴，然后再利用气体将液滴输送至四周，使得液滴分散的范围更广。

中心管201至少有一端位于外筒体202内。也就是说，中心管201上下敞口端都可以位于外筒体内，液相物流沿着外筒体202内壁流向下方，中心管201作为气相物流通道，中心管201的直径比外筒体202的直径小，中心管201下端部分通过支撑架连接固定在外筒体202内。采用中心管201与外筒体202套装结构，实现气液分流，液相溢流的形式，能够适应煤焦油金属杂质较多、焦粉较多的工况条件，溢流气液分配器200不易堵塞，避免分配盘302产生压力降。

溅锥203通过连杆204固定在锥管2022下方，具体而言，连杆204为“L”形，连杆204的一端连接在外筒体202的外壁，连杆204的另一端连接在溅锥203的底部，溅锥203的中心线与锥管2022的中心线在一条直线上，有利于液滴往周围分散的更加均匀。

本实用新型提供的一种溢流气液分配器200，工作时，将上述的若干个溢流气液分配器200固定在塔盘301上，构成反应器分配盘302，安装在反应器内，实现物料在反应器水平截面上的均匀分配，如图4所示。当塔盘301上液面高度不水平或者塔盘301出现倾斜时，必然会出现液面高度不均匀的情况，有些地方的液面高，有些地方的液面低，液面高的地方先到达外筒体202的顶端上的第一齿槽2021。若外筒体202顶端没有第一齿槽2022，那么其过流面积比较大，因此，液面高的地方流速较大，偏流现象比较严重。本申请的外筒体202的顶端周圈设置了若干第一齿槽2021，当液面高的地方到达塔盘301上最低处的第一齿槽2021，液相物流开始从该处进行溢流，由于第一齿槽2021减小了过流面积，因此塔盘301上的液面升高的较快，很快塔盘301上的液面就会建立起平衡，降低溢流气液分配器200对塔盘水平度的依赖，确保溢流气液分配器200的周向上均有液相存在，从而提高溢流气液分配器200的宏观均匀度，避免了偏流现象。

优选地，中心管201的中心线与外筒体202的中心线重合，使得气相物流均匀的喷向锥管2022底端，有利于提高溢流气液分配器200的宏观均匀度。

优选地，中心管201底端设置有缩颈喷嘴2012，缩颈喷嘴2012可以是在中心管201的底端固定一个圆锥形喷嘴；还可以是中心管201的一部分，具体为中心管201缩颈处上端为空心圆管，缩颈处下端圆锥形。本申请利用了气相可压缩性较强的特性，以实现提高气速的目的，工作时气相物流经过缩颈喷嘴2012处被压缩，喷出的气相物流速度明显提高，更加便于将直径较大液滴吹散成直径较小液滴，并将小液滴输送到较大的范围中，从而提高溢流气液分配器200的服务域，有效降低分配器分散物料所需的能量，即有效降低分配器的压力降。更具体的说，缩颈喷嘴2012的高度刚好能够让喷出的气相物流覆盖锥管2022的底端，若缩颈喷嘴2012的高度太高，喷到锥管2022的底端的气相物流的流速就会较低，不利于将液相物流吹散成液滴，若缩颈喷嘴2012的高度太低，喷出的气相物流直接穿过锥管2022的底端，达不到将液相物流吹散成液滴的目的。

优选地，第一齿槽2021的水平投影形状为三角形、正方形、矩形或半圆形。其中第一齿槽2021的水平投影形状为三角形的效果最好，其水平正视为“V”形。在工作时，采用这种“V”形的齿槽，其过流面积从下往上逐渐增大。当液面到达“V”形底部时，由于这种形状的第一齿槽2021底部过流面积很小，所以塔盘301上的液面升高的非常快，更加有利于建立起均匀的液面，从而极大提高溢流气液分配器200的宏观均匀度，几乎不会偏流现象。

本实用新型的一种优选方案是，如图2所示，锥管2022的底端周圈设置有若干第二齿槽2023。当连续的液体流至第二齿槽2023时，由于相邻的第二齿槽2023之间有间隙，一部分液体从间隙处流下，一部分流过第二齿槽2023后流下，因此第二齿槽2023可使连续的液相物流转化为离散流态，此时便于气相物流从孔隙之间穿过，以便气相物流与液相物流的混合，经过喷溅后使液相物流形成的液滴，有利于气液的分散。

更具体的说，第二齿槽2023的水平投影形状为三角形，其水平正视为“V”形。在工作时，采用这种“V”形的第二齿槽2023，相当于在锥管2022底端设置了一圈锯齿。当液体流经第二齿槽2023时，由于“V”形结构凹槽与凸起部分都有棱角，因此液相物流虽然有一定的表面张力，但是在棱角处容易刺破液膜，更加容易将连续的液相物流转化为离散流态，更加有利于气液的分散。

本实用新型的另一种优选方案是，锥管2022的母线与溅锥203的母线沿溅锥203顶角方向的夹角为10°-90°，溅锥203的顶角为90°-170°。具体的说，当液滴从锥管2022的底端喷出后呈一定的角度撞向溅锥203，当液滴撞到溅锥203后，由于液滴的速度较大，有一定的冲击力，液滴会进一步碎裂，形成粒径更小的液滴。另外液滴与溅锥203呈一定角度进行碰撞，不仅能够在冲击力的作用下形成细小的液滴，而且碰撞后的液滴能够以溅锥203母线的法线为中心线进行反射，具有一定角度和速度的小液滴之间会再次发生碰撞，产生更加细小的液滴。溅锥203的顶角角度可将液滴导向更远的地方，实现液滴分散的更加均匀。

更具体的说，锥管2022的母线与溅锥203的母线沿溅锥203顶角方向的夹角为50°-70°，溅锥203的顶角为100°-150°。若锥管2022的母线与溅锥203的母线沿溅锥203顶角方向的夹角过小，那么液滴碰撞后的角度靠近溅锥203的母线，分散的距离较近；若锥管2022的母线与溅锥203的母线沿溅锥203顶角方向的夹角过大，虽然碰撞的力度更大，但碰撞后的液滴速度损失较大，也不利于分散到更远的地方，所以在上述范围设置的锥管2022与溅锥203可使液滴的分散效果较好。

本申请还提供一种加氢反应器3，如图6所示，包括上述任意一项技术方案中的溢流气液分配器200以及塔盘301。如图4和图5所示，塔盘301上开设有与外筒体202尺寸相匹配的安装孔，外筒体202穿过安装孔，采用焊接的方式固定在塔盘301上，其中外筒体202的顶端位于塔盘301的上方，外筒体202的底端位于塔盘301的下方。将多个溢流气液分配器200固定在塔盘301上构成分配盘302，分配盘302位于所述加氢反应器3内的顶部气液入口与催化剂床层303之间。溢流气液分配器200在所述塔盘301上排列成若干行，并呈三角形、四边形、菱形或圆形布置，使得液滴分散的均匀。更具体的说，溢流气液分配器200在所述塔盘301上梅花形布置，实现液滴分散的更加均匀。

本申请加氢反应器3具体工作情况如图6所示，气液两相物流自加氢反应器3顶部的入口进入，液相物流在重力场的作用下滴落在塔盘301上，并形成一定深度的液层，当液层达到一定的高度时，液相物流从第一齿槽2021处溢流进外筒体202，液相物流沿着外筒体202的内壁向下流淌，当经过锥管2022底部的第二齿槽2023后，连续的液相物流会被第二齿槽2023刺破，因此液相物流之间就会有间隙形成离散流态。气相物流从中心管201上端的进气口2011进入并向下运动，当通过缩颈喷嘴2012时，气相物流被压缩，流速增大并喷出缩颈喷嘴2012。气相物流吹向液相物流发生第一次碰撞，将离散的液相物流，吹散成液滴状态，并携带者液滴吹向溅锥203，在溅锥203处气液两相发生第二次碰撞混合折流扩散到催化剂床层303的四周，实现气液相的均匀分配。

综上，本申请的溢流气液分配器200的分配器具有结构简单、压力降小，适用于煤焦油中的机械杂质、金属硫化物及焦粉较多的工况，可有效消除因垢物堵塞引起的压力降产生，因塔盘301水平度产生的偏流问题，保障加氢反应器3的稳定长周期运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。