本發(fā)明涉及化工設(shè)備，具體地，涉及一種物流混合分配器和固體顆粒床層反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

目前，化工領(lǐng)域中的催化反應(yīng)大多采用帶有固體顆粒床層的反應(yīng)器進(jìn)行。通常，這種反應(yīng)器(塔器)用于氣體相物料與液體相物料之間的化學(xué)反應(yīng)。具體地，氣液兩相物料經(jīng)過反應(yīng)器分配塔盤或設(shè)置在反應(yīng)器塔盤上的反應(yīng)物流分配器被分配到催化劑固體顆粒床層上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

氣體和液體兩相的混合以及物料在催化劑固體顆粒床層上分配的均勻性成為影響反應(yīng)生成產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。氣相與液相反應(yīng)物料混合地越好，兩相間分配愈均勻，反應(yīng)器中催化劑床層中反應(yīng)速率及溫度變化則更平穩(wěn)，更易控制。目前，工業(yè)上使用較多的分配裝置為泡罩式及豎管式。因此，為了使氣體和液體兩相更好地混合并均勻地分配到催化劑固體顆粒床層上，存在有下述現(xiàn)有技術(shù)。

CN2290399公開了一種二次霧化分配器，主要由泡罩、降液管、霧化元件組成。雖然這些元件增強(qiáng)了氣液霧化作用，但存在內(nèi)部元件過于復(fù)雜、壓降過大等缺點。

CN2834690公開了一種溢流型分配器，主要由降液管及底部碎流元件組成。降液管上端設(shè)有V型開槽。液體流通的主要動力是塔盤上液位高度提供的靜壓頭，而V型溢流開槽對液位高度變化十分敏感，同時單一的開槽設(shè)計使得液相負(fù)荷流量變化范圍較小。

CN200963585公開了一種抽吸型分配器，主要由泡帽、降液管、碎流板 構(gòu)成。泡帽采用了改進(jìn)的螺旋形條縫。同傳統(tǒng)的泡帽分配器相比，優(yōu)化了單個分配器的分配均勻性，改善了徑向分配峰值過大的問題。但依然存在流體流量對液位高度變化較敏感的缺點。

CN201959779公開了一種改進(jìn)泡帽分配器。同傳統(tǒng)的泡帽分配器相比，增加了底部流體擴(kuò)散元件，一定程度改善了單個分配器分配均勻性，同樣存在不適用高氣相負(fù)荷條件、對塔盤液位高度敏感等問題。

可見，在現(xiàn)有技術(shù)中，各種反應(yīng)物流分配器(例如泡帽分配器等)的流體流量對反應(yīng)器塔盤上的液位高度變化十分敏感，物流混合傳質(zhì)效果差，而且可操作性較低，不能較好地適用于加氫裝置大型化及日益嚴(yán)格的油品質(zhì)量要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為提供一種物流混合分配器，該物流混合分配器在安裝到反應(yīng)器中后能夠可靠地進(jìn)行氣體和液體兩相的混合，而且不容易受到反應(yīng)器塔盤上的液位高度的影響。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種物流混合分配器，其中，該物料混合分配器包括內(nèi)管體和外管體，所述內(nèi)管體包括開設(shè)在所述內(nèi)管體的頂部的第一流體入口和設(shè)置在所述內(nèi)管體側(cè)壁的第一流體出口,所述外管體通過頂部環(huán)形板連接在所述內(nèi)管體的外側(cè)，該外管體包括設(shè)置所述外管體側(cè)壁的第二流體入口和設(shè)置在所述外管體底部的導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板上設(shè)置有第二流體出口，所述外管體和所述內(nèi)管體之間形成有碰撞空間,以能夠使經(jīng)所述第一流體出口流入的第一流體和經(jīng)第二流體入口流入的第二流體在所述碰撞空間內(nèi)碰撞混合后從所述第二流體出口流出。

優(yōu)選地，所述第二流體出口包括位于所述導(dǎo)流板中心處的垂直孔和設(shè)置在所述垂直孔周圍的多個斜孔305；優(yōu)選地，所述多個斜孔均向所述導(dǎo)流板 外側(cè)傾斜，并形成以所述垂直孔為中心的圓形陣列，所述斜孔的軸線與所述垂直孔的軸線之間形成為45度；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述垂直孔的直徑為1-8mm，優(yōu)選為5mm，所述斜孔的直徑為2-12mm，優(yōu)選為8mm。

優(yōu)選地，所述第一流體出口為傾斜地設(shè)置在所述內(nèi)管體側(cè)壁上的傾斜孔，該傾斜孔的軸線與所述內(nèi)管體的軸線的夾角為15-75度；優(yōu)選地，所述夾角優(yōu)選為45度，所述傾斜孔的直徑為2-12mm，優(yōu)選為6mm。

優(yōu)選地，所述物流混合分配器還包括頂擋板，該頂擋板通過連接件連接在所述頂部環(huán)形板上。

優(yōu)選地，所述頂擋板為直徑大于所述第一流體入口直徑的圓形平板，該頂擋板的軸線與所述外管體和所述內(nèi)管體的軸線重合。

優(yōu)選地，所述物流混合分配器還包括設(shè)置在所述外管體側(cè)壁上的導(dǎo)流部，該導(dǎo)流部中形成有與所述第二流體入口連通的外管導(dǎo)流道。

優(yōu)選地，所述第二流體入口為沿所述外管體高度方向依次并排設(shè)置的多個矩形開口，該矩形開口的寬度方向平行于所述外管體的高度方向；所述導(dǎo)流部為間隔設(shè)置的多個弧形板，該弧形板的一端連接在所述矩形開口的長度方向側(cè)，另一端向所述外管體中心伸出，所述弧形板之間的間隔形成為所述外管導(dǎo)流道。

優(yōu)選地，所述第二流體入口為沿所述外管體高度方向依次設(shè)置的多個圓形孔，所述導(dǎo)流部為一端連接在對應(yīng)的所述圓形孔處，另一端向所述外管體中心伸出的管狀體，該管狀體中形成有所述外管導(dǎo)流道。

優(yōu)選地，所述第一流體出口的設(shè)置高度與所述第二流體入口的設(shè)置高度位于相同高度，所述第二流體入口在所述外管體高度方向上的最大尺寸為a，所述第一流體出口的在所述外管體高度方向上的尺寸為b，兩者之間滿足公式b/3<a<3b。

本發(fā)明還提供一種固體顆粒床層反應(yīng)器，該固體顆粒床層反應(yīng)器包括塔 盤和設(shè)置在所述塔盤上的多個物流混合分配器，其中，該多個物流混合分配器為根據(jù)上述技術(shù)方案所述的物流混合分配器。

通過上述技術(shù)方案可知，由于外管體和內(nèi)管體之間形成有碰撞空間,能夠使經(jīng)所述第一流體出口流入的第一流體和經(jīng)第二流體入口流入的第二流體在所述碰撞空間內(nèi)碰撞混合后從所述第二流體出口流出，從而使氣體和液體兩相的混合更均勻各個可靠。而且，由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，因此能夠具有更小的尺寸，從而能夠使反應(yīng)器(特別是固體顆粒床層反應(yīng)器)具有更高的滴液點密度和更高的流體界面覆蓋能力。本發(fā)明還能夠在改善催化劑床層物流分配的同時具有較小的壓降，而特別地適合用于多固體顆粒床層中的物流分配。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明所述物流混合分配器的一種具體實施方式的主視圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖，其顯示本發(fā)明的物流混合分配器的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖3是圖1的A-A剖視圖，其顯示本發(fā)明的物流混合分配器的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖4是本發(fā)明所述導(dǎo)流板的俯視圖。

圖5是本發(fā)明所述物流混合分配器的一種具體實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是應(yīng)用本發(fā)明所述物流混合分配器所進(jìn)行的有關(guān)分配均勻性的實驗結(jié)果示意圖。

圖7和圖8表示了以不同間距配置的物流混合分配器對床層濕潤率的影響。

附圖標(biāo)記說明

301 外管體 302 內(nèi)管體

303 導(dǎo)流板 304 垂直孔

305 斜孔 306 頂部環(huán)形板

307 第一流體入口 308 第二流體入口

309 第一流體出口 3010 導(dǎo)流部

3011 連接件 3012 頂擋板

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指參考附圖所示的上、下、左、右；“內(nèi)、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內(nèi)、外。

為了便于公眾更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明所述物流混合分配器在使用狀態(tài)時的狀況進(jìn)行說明。

該物流混合分配器包括內(nèi)管體302和外管體301，該外管體301包括設(shè)置在外管體301底部的導(dǎo)流板303，并通過頂部環(huán)形板306連接在內(nèi)管體302的外側(cè)。

如圖1所示，頂擋板3012、頂部環(huán)形板306、外管體301、內(nèi)管體302及設(shè)置有第二流體出口的導(dǎo)流板303。外管體301與內(nèi)管體302通過頂部環(huán)形板相連接，并與連接在外管體30底部的導(dǎo)流板303共同形成流體外管流道。內(nèi)管體302中形成有流體內(nèi)管流道，并具有與流體內(nèi)管流道連通的第一 流體入口307和第一流體出口309。流體分別從第一流體出口309、第二流體入口308進(jìn)入并在該流體外管流道中的位于第一流體出口309和第二流體入口的相對區(qū)域的碰撞空間發(fā)生對沖混合后，從第二流體出口流出外管流道。

具體地，第一流體能夠為氣相，而第二流體為液相。該氣相流體從經(jīng)內(nèi)管流道并通過第一流體出口進(jìn)入，而液相流體從第二流體入口308進(jìn)入，氣液相能夠在碰撞空間中進(jìn)行能對沖而混合并經(jīng)第二流體出口流出。

其中，頂擋板3012位于物流混合分配器的頂部，通過連接件3011連接在頂部環(huán)形板306上。該頂擋板3012為圓形或矩形平板以將液相流體導(dǎo)流到塔盤上，同時避免液相流體在第一流體入口307形成液封而阻礙氣相流體的進(jìn)入。

具體地，頂部環(huán)形板306的中心與外管體301和內(nèi)管體302的軸線重合，且頂部環(huán)形板306的內(nèi)環(huán)直徑不大于內(nèi)管體302的直徑，外環(huán)直徑不小于外管體301的直徑。內(nèi)管體302直徑能夠為外管體301直徑的1/5-1/2，優(yōu)選為1/3；內(nèi)管體302高度能夠為外管體301高度的1/4-4/5，優(yōu)選為2/3。

內(nèi)管體302上設(shè)置有多個第一流體出口309，這些第一流體出口309能夠為多個，沿周向、高度方向均勻配置，優(yōu)選該第一流體出口309沿周向方向布置有1-5排，優(yōu)選為對稱配置的2排。另外，優(yōu)選每排第一流體出口沿高度方向均勻地配置有1-6個，具體地，為3個。

在上述技術(shù)方案的技術(shù)上，通過將外管體上的側(cè)壁的第二流體入口308開設(shè)在與第一流體出口309相應(yīng)的位置，以使經(jīng)第二流體入口308和第一流體出口309流出的流體能夠容易地發(fā)生碰撞。另外，優(yōu)選在外管體301側(cè)壁上設(shè)置有導(dǎo)流部3010，并使第一流體出口309形成為傾斜孔，以使流經(jīng)該第一流體出口的氣相流體能夠產(chǎn)生一定的加速去碰撞液相流體。導(dǎo)流部3010能夠以各種方式形成，例如下述實施例1和實施例2中所描述的。另外，也 能夠通過將導(dǎo)流部3010設(shè)置為傾斜于外管體301側(cè)壁方式，以進(jìn)一步使經(jīng)導(dǎo)流部3010流出的第二流體的動量也相應(yīng)地變大，從而提高氣液混合效果。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，導(dǎo)流板303為設(shè)置有同開孔的圓形板。該開孔能夠為各種形狀、具體地包括設(shè)置在中心處的垂直孔304，和設(shè)置在垂直孔304周圍的斜孔305，其中優(yōu)選斜孔306的軸線與板面夾角為15°-75°，優(yōu)選為45°。該斜孔305均勻地布置在導(dǎo)流板303上，其數(shù)量能夠為1-40，優(yōu)選為20。通過設(shè)置在導(dǎo)流板303上的斜孔305，能夠?qū)⒃谂鲎部臻g內(nèi)碰撞混合后流經(jīng)導(dǎo)流板303的流體從多個開孔(垂直孔304和斜孔305)分散引流道下方的催化劑床層。

在本發(fā)明中，通過使分別經(jīng)過流體外管流道和流體內(nèi)管流道的氣相流體和液相流體在碰撞空間內(nèi)發(fā)生對沖及動量交換以增強(qiáng)物流混合效果，并通過帶有夾角開孔(斜孔305)的導(dǎo)流板303來強(qiáng)化混合流體在下方床層的均勻分配。通過本發(fā)明不但能夠有效地提高反應(yīng)器的床層界面上的滴液點覆蓋面，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于拆裝。同時，本發(fā)明還能夠在改善催化劑床層物流分配的同時具有較小的壓降，而特別地適合用于多固體顆粒床層中的物流分配。

以下將通過下述實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實施例1

下面結(jié)合圖1詳述實施例1，物流混合分配器包括頂擋板3012，頂部環(huán)形板306，外管體301，內(nèi)管體302和導(dǎo)流板303。頂擋板3012為圓形平板，其直徑大于第一流體入口307處直徑，頂擋板3012通過連接件3011與下方頂部環(huán)形板306相連。第一流體入口307位于頂部環(huán)形板306中心處，第二流體入口308位于外管體301側(cè)壁上。導(dǎo)流板303上設(shè)有垂直孔304及與水平面帶有夾角的斜孔305。

具體地，如圖2所示，外管體301側(cè)壁上設(shè)有6個用于流通液相流體的 弧形狀導(dǎo)流部3010，導(dǎo)流部3010在側(cè)壁上的第二流體入口308的形狀為矩形；內(nèi)管體302側(cè)壁上設(shè)置有對應(yīng)的6個用于流通氣相流體的與垂直面形成有夾角的斜孔作為第一流體出口309。

作為導(dǎo)流部3010的另一種實施方式，如圖3所示，外管體301側(cè)壁上設(shè)有4個用于流通液相流體的管狀導(dǎo)流部3010，導(dǎo)流部3010在側(cè)壁上的第二流體入口308開孔形狀為圓形；內(nèi)管體302側(cè)壁上設(shè)置有對應(yīng)的4個用于流通氣相流體的與垂直面形成有夾角的斜孔作為第一流體出口309。第二流體入口308的尺寸為a，第一流體出口309的尺寸為b，兩者滿足b/3<a<3b，且兩者處于同一垂直高度上。

結(jié)合上述實施例，本發(fā)明的工作機(jī)理如下所述：當(dāng)上床層流體流至分配塔盤上時，由于頂擋板3012的作用，液相流體流至塔盤上并開始在塔盤上累積，當(dāng)累積至一定程度時，液相流體從外管體301側(cè)壁上第二流體入口308流入物流混合分配器內(nèi)，氣相流體則從內(nèi)管體302的第一流體入口307流入。由于內(nèi)管體302直徑小于外管體301直徑，因此氣相流體能夠攜帶較大動量從第一流體出口309流出并與經(jīng)導(dǎo)流部3010流出的攜帶較低動量的液相發(fā)生碰撞對沖，從而使得兩相發(fā)生強(qiáng)烈混合與分散，隨后物流流至底部導(dǎo)流板303后，經(jīng)由斜孔305作用能夠以分散較好的狀態(tài)流至下層固體顆粒床層。

實施例2

下面結(jié)合圖5詳述實施例2，其中圖5中只顯示了不包括頂擋板的結(jié)構(gòu)部分。內(nèi)管體302與外管體301分別到焊接頂部環(huán)形板306，外管體301的直徑能夠為40-120mm，優(yōu)選為60mm；內(nèi)管體302的直徑能夠為8-60mm，優(yōu)選為20mm；外管體301的高度為80-200mm，優(yōu)選為150mm；內(nèi)管體302的高度為20-160mm，優(yōu)選為100mm。

流體經(jīng)頂擋板3012流向兩側(cè)并逐漸在塔盤上積累，當(dāng)液位積累至一定高度時，液相流體開始從外管體301上的第二流體入口308流入。外管體301 側(cè)壁上共設(shè)置有3排開槽，每排開槽中設(shè)置有4個槽口，槽口308為矩形狀，長為5-30mm，優(yōu)選為15mm，寬為1-8mm，優(yōu)選為3mm。

氣相流體從第一流體入口307流入，并從第一流體出口309流出。內(nèi)管體302上共設(shè)置有與第二流體入口對應(yīng)高度的3排圓孔作為第一流體出口309，圓孔的軸線與垂直軸線的夾角為15°-75°，優(yōu)選為45°，圓孔直徑為2-12mm，優(yōu)選為6mm。

從第一流體出口309流出的氣相攜帶更大的動量與從外管體301流入的液相發(fā)生碰撞，隨后兩者混合流至下方導(dǎo)流板303上。

導(dǎo)流板303上共設(shè)置有1個中心處垂直孔304、18個斜孔305。垂直孔304直徑為1-8mm，優(yōu)選為5mm，斜孔305直徑為2-12mm，優(yōu)選為8mm。混合流體流至導(dǎo)流板303上后通過斜孔305以一定的分散角度流至下方固體顆粒床層上。

實施例3

由于本發(fā)明所述物流混合分配器的分配能力能夠通過冷態(tài)模型試驗來考察，并通過滴液點中心間距和覆蓋面能力來表征。下面說明通過在冷態(tài)模型裝置上對本發(fā)明實施例2所進(jìn)行了流體分配均勻性考察，其結(jié)果如圖6所示?？梢钥吹?，各測點的流量偏差處于較小范圍，流量整體標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，這說明本發(fā)明具有較好的流體分配均勻性。

另外對本發(fā)明與傳統(tǒng)泡帽盤的截面流體覆蓋能力進(jìn)行了比較。從圖7和圖8中能夠明顯地得出流體截面覆蓋能力取決于分配裝置布局方式、催化劑顆粒直徑等因素。通過比較能夠得出分配裝置布局間距越小，固體顆粒床層橫截面流體分布越均勻。

優(yōu)選分配裝置的布局間距必須處于合適位置才能使用于補(bǔ)償分配裝置分配不均的級配材料高度最小。級配材料的高度能夠通過下式計算：

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

即為取得床層中流體均勻分配，床層高度z(單位：m)與布局間距s(單位：m)、催化劑顆粒直徑d_p(單位：m)、常數(shù)k(單位：1/m)之間存在一定關(guān)系。該常數(shù)k的單位變化能夠參考反應(yīng)動力學(xué)中的速率常數(shù)k，即對于不同反應(yīng)級數(shù)的反應(yīng)，速率常數(shù)單位量綱也不相同。

傳統(tǒng)的泡帽塔盤間距過大而減少了催化劑的使用率，需要更多的級配床層高度來進(jìn)行徑向分散以校正流體分布。因此，與傳統(tǒng)的泡帽分配器相比，由于本發(fā)明具有更小的尺寸，從而能夠使反應(yīng)器具有更高的滴液點密度，并且具有更高的流體界面覆蓋能力。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。