专利名称：多床下流催化反应器的分布器总成的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于多床下流催化的应器的分布器总成，这种反应器包含多个上下重叠的颗粒催化材料填充床，液体或液气混合物在向下流经填充床时在其内进行处理。这种反应器用于加氢处理、加氢精制、加氢裂化、脱蜡之类进行各种催化反应的石化处理工业。
石油化学工业将多床下流催化反应器用于许多处理工作。在炼油业里，多床下流反应器用于加氢处理、加氢脱硫、加氢精制、加氢裂化和脱蜡等处理过程。在这些处理过程中，加工的液体跟气体或汽体混合，而此种多相混合物又要穿过催化剂填充床。因为这些反应也许消耗部分反应剂，所以可能在液气通过反应器的路径中的若干点再注入一些汽化反应剂，例如氢。由于放热反应也许还产生大量的热，可能要添加冷却剂，以调整反应器内的温度。液气混合物流经催化剂床时，温度的某种不均匀分布和反应剂浓缩的现象常常在各床发生。这种现象如果得不到缓解，反应器的工作效率会很低，热点可能发展，有可能迫使反应器过早关闭，因而工厂也得停产。所以，必须提供反应器终端以收集那些从一个床排出而未分布到下一个床的液体和气体并予以混合，从而命名此种不均匀分布现象不致从一个催化剂床扩展到下一个催化剂床。为了达此目的，在催化剂床之间使用分布器总成，以保证各床的液气混合物(如可能的情况那样，还有汽化反应剂或冷却气)的分布在成份和温度方面尽量均匀。有了这种均匀分布，各床就可得以高效率地使用，所望的催化反应就可更可预测地进行。
现有技术中有许多用于多床下流反应器的分布器总成已为人知。美国专利US4,836,989中就说明了一例。在此例中，分布器总成包含一个置于催化剂床下面的收集器盘和一个安装于收集器盘下方的分布器盘。所述分布器盘由为收集器上收集的液体以及在分布器盘和催化剂床之间注入的冷却气提供若干通道的溢流道供料。这些溢流道在收集器盘的下面有在横向和切线方向面向位于收集器盘下面的环形混合室的出口。据说明，这些出口使环形混合器内的液体产生旋涡运动，促使混合良好，温度均衡。在混合室的下面还有混合装置把液体收集起来并分布到下面的催化剂床上。
美国专利US4,960,571号说明的另一种分布器总成包含一个在中央有一个开口的收集器板。在所述收集器板的下方有一个冷却混合区。在该混合区内，所述收集器板的下方，安装了第二块板，此板在环形外部上有若干个开口，此环形部位于收集器板中央开口的外围。在环形部附加了折流板，并对这些折流板作了切线角和同心环式安排，以引起流经环形部的液气产生旋涡。对用于多床下流反应器的其它种类的分布器总成作出说明的还有美国专利US3,705,016号、3,977,834号和4,182,741号。
根据本发明，用于多床下流反应器的分布器总成，包含一个用于收集并混合从上方催化剂床流来的液气的大致为环形的槽和一个位于环形槽中央，接收来自槽中的液体并对液气作进一步混合的混合室。所述混合室至少有一个接受来自槽中液体的进口以及至少有一个将流体导入下方催化剂床的出口。有一分隔壁和靠近进口的地方横过所述槽，以改变从进口收集来的液体的流向并使之在到达进口前围绕混合室周边相当大一部分旋转。也可以只使用一个进口和靠近该进口的一个分隔壁，并以此把收集起来汇集于分隔壁附近的液体在到达进口前，大体上围绕混合室的整个周边循环。从催化剂床流来的液体就这样收集起来并使之与汇集起来流经分隔壁至混合室进口这段槽内的液体相混合。
本发明的另一方面是混合室可以只有一个形成于底壁中央的出口，混合室进口可以包括一个以相应出口方向伸入混合室的通道，使得混合室内产生螺旋流或旋流，增强产生于环形收集与混合槽内的环流。上述进口通道的形状最好能使流体一进入混合室即产生紊流，另外，最好在混合室内安装一个部分圆桶形的折流壁，围绕出口形成环形通道，使得液气在混合室进口通道下游进一步产生螺旋流或旋流。进口通道的方向及形状和混合室内的环形通道共同作用，使液气强劲地相对高能地混合。
冷却气或液可于多点喷入混合槽内汇集起来的液体。本发明的又一方面是气体进口最好位于混合室的顶壁上，出口的正上方。冷却气于液体处理过程中输入，首先是在若干点注入收集于混合槽中的液体，其次是通过产生于混合室的紊流和螺旋流输入冷却气。
通过阅读参照附图的下面对优选实施例所作的说明会更容易地了解本发明的这些特点以及其它特点，附图中
图1是本发明分布器总成的优选实施例的垂直剖面示意图；图2是本发明分布器总成的优选实施例的顶视平面图；图3是本发明分布器总成的优选实施例的示意透视图。
如图1-3所示，多床下流反应器10有一个圆桶形侧壁11。图1所示部分取自盛放密集颗粒催化材料的上下重叠的催化剂床(未示出)之间的部位。各催化剂床被包含支承栅、间隔布和金属线网的栅屏组件12支承着，这些部件都是已知的。栅屏组件安装于水平地固定在反应器壁11上的两根平行横梁14和15上。本发明的分布器总成20安装于侧壁11上，位于栅屏组件12的下面，以便接收从上面的催化剂床整个底面流下来的液体和气体，并把这些液体和气体混合起来。分布器总成20将所产生的混合物分布于多孔板50，该板接着再将反应器整个横截面上的液、气和冷却气分布到安装于多孔板50下方的泡帽组件60。泡帽组件进一步混合液、气及冷却气，并将产生的液气混合物分布到位于下方的催化剂床(未示出)的整个上表面。
在某些油气加工(例如加氢脱硫)运用中，将冷却气注入加工中的液体和气体中。注入冷却气可能是为了控制温度，也可能是为了控制分布于下面的催化剂床的液气混合物的成分(例如提供氢过剩)。图1-3所示出的优选实施例中，冷却流体或冷却气(例如氢)通过冷却气管22和23在两个点上注入液体内(下面详细说明)。分布器总成20还起到把冷却气掺入从催化剂床接收来的液体和气体中并将液气混合物分布到多孔板50和泡帽组件60，以便分布于下面的催化剂床横截面上的作用。分布器总成20水平地安装在反应器壁11上，并包含一个大致为环状的收集与混合槽24。槽24包含一个由平的圆形底壁或板25形成的底壁和一个直立圆柄形周壁26。板25水平地安装于栅屏组件12的下方。
分布器总成20还包含一个具有侧壁31、32、33和34，固定于板25中央而又与板25之间密合不漏流体的混合室30。在板25之上，混合室30的侧壁与圆桶形周壁26之间形成环状收集与混合槽24，用于收集从上面催化剂床流下来的液体以及在这些液体到达混合室的进口通道36之前予以混合。
混合室30的形状像箱子，适于在支承上面的催化剂床的横梁14、15之间从板25向上伸展。在优选实施例中，混合室30在上视平面中为长方形，其纵长沿横梁方向延伸，其横宽为两横梁之间的间隔。所述混合室由分别固定于横梁14、15的内表面并与之相邻的长边侧壁31、33，短边侧壁或端部32、34和长方形顶壁35形成。混合室的底壁与收集器25在构成上是一个整体，并包括收集器25的中央部分。就是说，槽24的底壁和混合室的底壁都是由板25形成，因而都在同一水平面上。环状槽24的板25固定于横梁的下方并与之很接近，从而混合室30位于中央的一对横梁之间。这样做，可以把分布器总成20所占的垂直高度减至最小，从而高效地使用反应器10的总容积，并使催化剂的盛放量多一些。
在优选实施例中，混合室30有一个从端壁34上延伸出来的单一进口通道36和位于底壁25中央的单一出口37。进口通道36有一个上游端，该端在槽24的内壁26上形成一个长方形出口。槽的这个出口，顶和底分别为混合室的顶壁35和板25，两侧由侧壁31的内表面和端壁34的内边缘形成。出口37是形成于收集器板25中央的一个圆孔，与反应器侧壁11同轴。气体入口38形成于顶壁35的中央，出口37的正上方。正如图2和图3中最为清楚地看到的那样，侧壁31从混合室30向外突出，形成分隔壁40，该壁横过槽24，与进口通道36相邻。也就是说，分隔壁40和侧壁31组成一个整体并与进口36的径向(与反应器和出口37的轴线相对)外缘相连。分隔壁40从混合室的进口36向外突出，横过槽24。分隔壁40的下缘和板25大致形成流体密封，壁40的外端与槽的周壁26的内表面也大致形成流体密封。
分隔壁40改变邻近进口36的混合槽32内收集的液体的流向，使收集并积蓄于槽24内的液体在到达进口36之前大体上沿混合室的整个周边作弧形成圆形(图2中虚线所示)流动。也就是说，汇集起来的液体流动的弧形大体上为360度，仅仅不含对向进口通道36的上流开口的那段弧的宽度。在液体成雨滴状落入环形槽24内的各个部位时，槽的水平面上的圆形液流引起汇集的液体与从催化剂床成雨滴落入的液体产生能量较低的混合，因而进入进口36的液体的温度和成分比较均匀。为了使工作中的液面高度(图1中虚线所示)略低于混合室30的顶壁35，在聚集的液体的液面与顶壁35之间形成一个间隙，选择进口通道36的尺寸，特别是其下游端(即图3中所示通道内壁42的下游边)的宽度和高度要考虑到工作中液体流经反应器10的速率变化幅度。因此，可以看出槽内聚集的液体的大致深度是通过缩小进入混合室的进口通道36实现的，这是由于混合室跟收集与混合槽相连并形成其内壁，该室进口36包括到槽24的限制的出口。还可以看出，分布器总成20包含一个环状收集与混合槽24，该槽又至少有一个横过自已的分隔壁40，槽在其下游端邻近分隔壁处有一个出口通向缩小了的通道36。通道36限制液体从槽内流出，使之聚积于槽内；又由于流体首先缩小，在顺流而下时又扩大，促使液气流过那里时产生紊流。
正如图2和图3中可以看到的那样，到混合室30的进口通道36是沿着邻近该室的周边的，与反应器壁11的轴线为径向偏移的以及与混合室底壁28上形成的圆形出口37成切线方向的路径延伸的。这种与出口37相关的方向，与混合室内流动通道的环形一起，使液气的流动呈旋转型或螺旋型，这一流动加到环状槽24内产生的旋流或环流。进口通道36沿液气从槽32流入室30的方向逐渐变小或收缩，因而在液气流经进入混合室的进口通道的收缩了的下游端时产生紊流。通道由室的平滑的侧壁31和从混合室的横向端壁34成钝角，并从其边缘延伸出的平滑内壁42形成。壁42与侧壁31成锐角。壁42的下游与出口37相连，一般位于将该室分为上游部分和下游部分的分界平面，该平面沿室30的横宽方向延伸并与出口37的轴线相交，因而包含反应器壁11的轴线。
半圆桶形折流壁38安装于混合室30的上游部分。折流壁38从进口通道内壁42的下游边延伸出，与侧壁31越离越远。进口36的形状以及半圆桶形壁38和侧壁31之间流体路径扩大的这种形状使得流体在通道36的下游方向立即产生紊流。在半圆桶形折流壁与混合室的壁31、32、33之间的那一部分的室30的上游端部分形成一弧形通道，并由壁33、34和进口壁42形成U形结构连到混合室的下游端部分。进口通道的切线或径向偏移的安排以及混合室内的环形通道共同作用，产生圆形或螺旋形流动，把液体和气体完全混合在一起。
冷却气(例如氢)被管22、23在两个点上注入在收集与混合槽24内收集积蓄起来的液体内。如图1中的虚线所示，工作中液面的高度低于混合室30的侧壁的高度，即液面在混合室的顶壁之下。冷却管22、23的终端伸入混合槽内工作液面下，与混合室进口的径向位移大约270°和90°的位置。沿槽24内环流路径在这种径向偏移位置喷入冷却气使各该位置上的液体产生搅动，从而增强了落入和流经槽内液体的混合作用。
冷却气的一部分在喷入点夹带到液体内，其余的则从槽24内汇集的液体内向上流去，进入混合室30的顶壁上的气体进口38以及高于流过的液体穿过进口通道36内。应该注意，横梁14、15在靠近反应器壁11的外端是斜的，在横梁伸出混合室处分隔壁40的上缘与邻近的横梁14的下表面之间有一间隙。可以看出，优选实施例的混合室30为长方箱形，收集与混合槽24环绕混合室形成于圆形平板25上。箱形混合室的侧壁31、32、33、34基本上液密地固定于板25上，因此收集槽24的径向内壁由混合室的各侧壁形成，而槽的周壁26则由收集器板周边上的壁形成。混合室有一个长方形顶壁35，而其底壁则与板25形成一个整体。混合室30的出口37为一个位于板25中央和反应器轴线上的圆孔。催化剂床支承在安装在横梁14、15上的栅屏组件12的上面，收集器板水平地安装于横梁不远的下方，从而混合室30在两横梁之间并沿其纵向向上延伸。这样利用横梁之间的空间，最大限度地减小了分布器总成20所占的垂直空间，从而做到高效率地使用反应器的总容器。进口通道36的一侧由靠近横梁14而且沿其纵向延的混合室侧壁31形成。分隔壁40与侧壁31形成整体，并由侧壁31向外延伸到周壁26，因而与进口通道相邻。进口通道36的另一侧由与侧壁31成锐角的壁42形成，因而进口通道沿液流方向逐渐缩小。半圆桶形折流壁44在安装上与反应器的轴线同轴，也与圆形出口37的轴线同轴。折流壁44的上游边从平内壁42的下游边延伸出去。由于进口通道36逐渐狭小而受限制及围绕折流壁44的上游部分的扩大紊流、螺旋流最初形成在混合室30的上游端部。其后，紊流、螺旋流的进一步产生是由于折流壁44的下游部分和其附近的混合室侧壁33之间的狭窄受限和其后液体流过折流壁44进入混合室的下游端部分时的扩大。另外，旋流或螺旋流的产生还由于进口通道相对于出口37的径向偏移与切线安排及其后混合室上游端部分长方形侧壁31、32、33与半圆桶形折流壁44之间形成的大致为环形的通道。此种旋流或螺旋流得以在混合室的下游端部继续则是由于以切线方向从出口延伸出来的内壁42作了钝角安排。如图3所示，可在混合室内的角落里放置平板45，以使流动顺畅，增强旋流。这种紊流与叠加的旋流或螺旋流一起使液气混合物混合得完全彻底。
在优选实施例里，液、气以及冷却气离开混合室的出口37后，流向安装于收集和混合槽24和混合室30之下的多孔的平收集板50的中央。板50上有大量的孔(为了清楚起见只显示了其中的一部分)。泡帽组件60安装于板50的下方，接收多孔收集器板流来的液气并将这种液气混合物分布到下面的催化剂床。多孔板和泡帽组结合起来进一步使液体进行混合，并使液气掺合在一起。此种泡帽组可以是美国专利4,836,989号中所说的那样。该专利的内容结合作为对比文件。上述泡帽组件包含安装于板50下方的一块板，许多从该板上竖起的管子和装在管子顶端的帽。帽的下端设有若干裂缝，以节制通过管子吸入的液气混合物中的气泡。管子在板横切面上的分布使液气混合物在下面的催化剂床上分布均匀。最好在反应器10内有若干个分布器总成20，作不同方向放置，以便垂直相邻的分布器总成20的分隔壁40的径向偏差为180°，也就是说各分隔壁沿径向相反方向突出。反应器内的各分布器总成作此种安排会最大限度地减少在某一床内靠近混合室30的进口通道36形成的热点通过这一分布器总成传播到下一个催化剂床的可能性。
对本发明优选实施例所作的上述说明主要是为了达到说明的目的，应该认识到还会有许多体现本发明实质的变型。因此，决定本发明的范围应参照后面的权利要求书。
权利要求
1.一种催化反应器的分布器总成，包含一个圆桶形侧壁，两个或两个以上催化剂床和安装在所述反应器侧壁上用以支承上下重叠的催化剂床，允许液体从第一催化剂床流到第二催化剂床的装置，该分布器总成安装于所述反应器的所述第一与第二催化剂床之间，所述分布器总成包含一个供收集从所述第一催化剂床流下来的液体之用的大致为环形的槽，一个配置于所述槽的中央并有一个供接收所述槽内收集的液体之用的进口的混合室，所述混合室有一个把液气从所述室导入所述第二催化剂床的出口和一个临近所述进口横过所述槽使收集于所述槽内的液体到达所述进口之前在所述槽内循环绕过所述室的大部的分隔壁。
2.按照权利要求1的分布器总成，其特征在于所述混合室有一个唯一的进口，所述分布器总成包含一个靠近所述进口的唯一的分隔壁，所述的分隔壁使液体在到达所述唯一进口前在所述槽内绕过基本上整个所述混合室。
3.按照上述任一项权利要求的分布器总成，其特征在于所述混合室包含形成所述槽内壁的多个侧壁；所述进口与混合室的一个侧壁相邻；所述分隔壁与上述侧壁连成一体并从该壁向外延伸。
4.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室包含一个沿液气流动方向逐渐缩小的进口通道，用以在通过它向下游流动时产生紊流。
5.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室包含一个顶壁和一个底壁，所述混合室出口设于上述底壁中央；所述进口通道设于所述混合室的一个侧壁和一个内壁之间，该内壁沿液气进入混合室的方向逐渐向上述侧壁靠近，以此在所述混合室内产生旋流。
6.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室为长方箱形；所述折流壁为半圆桶形，所述折流壁终止于下游端部，该端部与混合室的近端的一个侧壁一起形成一缩小通道，使液气在沿所述折流壁向下游流动时产生紊流。
7.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于它还包括多个把冷却气输入所述槽内的冷却气喷射管，所述混合室顶壁上有气体进口，位于混合室出口正上方。
8.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所含混合室包含一个底壁；所述出口设于所述混合室的所述底壁的中央；所述进口包含一个与所述出口相切的进口通道，以此在所述混合室内产生旋流。
9.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述进口通道设于混合室的一个侧壁和一个终止于所述出口周边的内壁之间；所述分隔壁与形成所述进口通道的上述侧壁联成一体并从该侧壁向外延伸。
10.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述进口通道的所述内壁逐渐向形成所述进口通道的所述混合室侧壁接近，以此使液体在进入所述混合室时产生紊流。
11.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室还包含一个从进口通道的所述内壁起围绕所述出口的一部分延伸的部分圆桶形折流壁。
12.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于支承上下重叠的催化剂床的装置包含一对梁，所述槽的底壁和所述混合室的底壁在同一平面上；所述混合室的侧壁在横梁之间向上突起；所述混合室进口设在所述混合室的一个横于所述横梁之间的混合室的侧壁上。
13.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述分隔壁与混合室的一个侧壁联为一体并由该侧壁向外延伸，该侧壁沿所述混合室的纵向延伸。
14.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于所述出口设于混合室底壁的中央，所述混合室进口包含一个与所述出口相切的通道，用以在混合室内产生旋流。
15.按照上述权利要求中任一项的分布器总成，其特征在于它还包含向所述槽内喷射冷却气的装置，所述室的所述顶壁上有一个气体进口，位于所述混合室出口的正上方。
16.一种催化反应器的分布器总成，所述催化反应器包含一个圆桶形侧壁，两个或两个以上催化剂床和安装在所述反应器侧壁上用以支承上下重叠的催化剂床，允许液气从第一催化剂床流到第二催化剂床的装置，所述的分布器总成安装于反应器内的所述第一和第二催化剂床之间，所述分布器总成包含一个供收集从第一催化剂床流下来的液体之用的大致为环形的槽，一个横过所述槽的分隔壁，一个靠近所述分隔壁的所述槽的出口和在所述出口下游方向供收集所述液体并使之流向所述第二催化剂床的进口之用的装置，用以使所述槽中收集的液体在到达所述出口前在所述槽内循环。
17.按照权利要求17的分布器总成，其特征在于，所述槽有一个唯一的出口，所述分布器总成包含一个靠近所述出口的唯一分隔壁，因而所述分隔壁使液体在到达所述唯一出口之前基本上在整个所述槽中循环。
18.按照权利要求16或17的分布器总成，其特征在于在所述出口的下游的供收集所述液体并使之流向所述第二催化剂床的装置包含一个配置于所述槽中央并具有一个从所述槽出口接收液体的进口通道的混合室，所述混合室包含多个形成所述槽的内壁的侧壁，所述槽的出口设于混合室的一个侧壁上。
19.按照权利要求16-18中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室进口通道沿液气流进混合室的方向逐渐变窄，从而使液气在混合室进口下游产生紊流。
20.按照权利要求16-19中任一项的分布器总成，其特征在于所述混合室还包含一个顶壁和一个底壁，所述混合室出口形成于所述底壁的中央，所述进口通道在构成上与所述混合室的一个侧壁相连，而与其相对的一侧则为沿液气进入混合室的流动方向逐渐靠近所述侧壁的1个内壁，以此在所述混合室内产生旋流。
全文摘要
多床下流反应器包含多个分布器总成，每个总成有位于中央的一混合室和围绕上述混合室的一环形收集与混合槽。混合室一侧有进口，底壁上有出口，顶壁上有冷却气进口正对下面的出口。一个分隔壁横于环形槽，靠近进口，以使收集于槽内积蓄起来的液体围绕混合室向进口作旋转流动。这就保证了通过所述槽作旋转流动的液体与从催化剂床下落的液滴充分混合。产生于所述室内的紊流、螺旋流进一步把液体和气体混合起来并把冷却气掺入液气流。
文档编号B01J8/04GK1155850SQ96190573
公开日1997年7月30日 申请日期1996年4月19日 优先权日1995年5月5日
发明者布鲁斯·C·斯坦格兰, 克里斯尼亚·帕里米, 丹尼斯·R·卡什 申请人:切夫里昂美国公司