一種旋流-噴射型冷氫箱的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種旋流?噴射型冷氫箱，用于加氫加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件之一，由冷氫噴射環(huán)管、氣液預(yù)分配盤板、氣液噴射盤板、桁架支撐梁、二?至十二個(gè)旋流?噴射器、緊固件、二至四個(gè)催化劑卸料管等不銹鋼構(gòu)件組成。氣液兩相流經(jīng)過旋流?噴射器的螺旋通道后，會(huì)產(chǎn)生勻性很好的空心圓柱形液幕，并被高速氣相流產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)抽吸剪切成為細(xì)小霧滴，實(shí)現(xiàn)一次霧化目的。氣液噴射盤板上設(shè)置了二次環(huán)形噴嘴，實(shí)現(xiàn)二次霧化目的。特點(diǎn)是新注入的冷氫氣對(duì)高溫液相流的霧化效果明顯，反應(yīng)物流之間擴(kuò)散效果極佳、無論反應(yīng)器直徑大小均體現(xiàn)噴灑均勻性高且無偏流問題。
【專利說明】
_種旋流_噴射型冷氫箱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及石油化工機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種石油或煤焦油煉制用加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件旋流-噴射型冷氫箱?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)的環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格， 對(duì)潔凈燃油的要求越來越高，石油煉制及煤化工企業(yè)不得不提高自身各種油品的產(chǎn)品質(zhì)量，而油品加氫技術(shù)便是提高油品質(zhì)量的最有效的方法之一。加氫工藝技術(shù)水平的高低，主要取決于加氫原料油預(yù)處理的質(zhì)量、加氫催化劑(保護(hù)劑)的性能和加氫反應(yīng)器內(nèi)件三個(gè)主要因素。
[0003]目前，為了提高燃料油品加氫反應(yīng)的質(zhì)量，就必須提高加氫催化劑的反應(yīng)活性。但是，采用高活性的催化劑，一旦氣相流對(duì)液相流的擴(kuò)散性不好，催化劑床層就會(huì)出現(xiàn)“局部溝流”區(qū)域，即氣液分配器正下方局部區(qū)域內(nèi)液相流相對(duì)偏多，因其阻力大，氣相流相對(duì)偏少，引起“局部缺氫”問題。當(dāng)氫氣在液相流中的溶解程度較低和加氫反應(yīng)中接觸不到氫氣兩種情況同時(shí)存在時(shí)，就是嚴(yán)重的“缺氫”現(xiàn)象，此時(shí)該區(qū)域會(huì)出現(xiàn)“局部熱點(diǎn)”，不飽和烴或重質(zhì)油品中的殘留稠環(huán)芳烴等物質(zhì)，非常容易發(fā)生疊合、縮聚和縮合等有害反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑表面積炭失去活性、縮短加氫催化劑的使用壽命。
[0004]如何提高加氫反應(yīng)質(zhì)量和延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，在很大程度上也取決于反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的先進(jìn)性和合理性。當(dāng)加氫反應(yīng)放熱過大及加氫反應(yīng)耗氫大氫分壓低時(shí)，對(duì)進(jìn)一步加氫反應(yīng)質(zhì)量和催化劑使用壽命均不利，此時(shí)需要從催化劑床層下部注入急冷用的冷氫， 以達(dá)到降溫和提高氫分壓的目的，為了讓新注入的冷氫在進(jìn)入催化劑床層前，冷熱反應(yīng)物流之間的擴(kuò)散度、溫度及氫氣溶解度都要達(dá)到理想狀態(tài)，要求采用先進(jìn)性高的冷氫箱(也稱為急冷箱)。必須確保氣液兩相流經(jīng)過充分?jǐn)U散后，確保氣液兩相流溫度均勻性和液相流的高度分散性。液相流的霧化程度越高，霧滴直徑尺寸越小，就意味著氣液兩相流的擴(kuò)散性越好，液體單位體積的比表面積越大，有利于提高氫氣向液相流中的溶解速度和增加氫氣的溶解度，還可以將液相流均勻地噴灑到催化劑床層上，最終有效地避免“有害反應(yīng)”的發(fā)生， 對(duì)提高加氫反應(yīng)質(zhì)量和延長(zhǎng)催化劑使用壽命是非常有利的。
[0005]目前，隨著國(guó)內(nèi)外加氫技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)形式的冷氫箱，如中國(guó)專利CN 200954445Y扁平式冷氫箱、CN200952000旋流式冷氫箱、CN202506372U—種冷氫箱、 CN200510068654.9的一種冷氫CN201220608970.6—種冷氫箱。其按照結(jié)構(gòu)原理大致可分為對(duì)撞型冷氫箱和旋流型冷氫箱兩種形式。對(duì)撞型冷氫箱分為二層，其中第一層為氣液預(yù)分配盤板、第二層為篩孔盤板。在氣液預(yù)分配盤板設(shè)置了一對(duì)噴灑下降孔，在每個(gè)噴灑下降孔的下邊還設(shè)置了凹形擴(kuò)散槽，兩個(gè)凹形擴(kuò)散槽開口正對(duì)面布置，兩股氣液兩相流正以對(duì)撞形式噴射達(dá)到擴(kuò)散目的，然后在兩凹形擴(kuò)散槽軸線的兩側(cè)噴出，進(jìn)入到下部篩孔盤板上，隨著兩股反向氣液兩相流，由中心向外擴(kuò)散，在液相流經(jīng)過巾25_篩孔向下噴射。旋流型冷氫箱是前者的改進(jìn)型，它分成兩層旋流-下降型冷氫箱和三層溢流-旋流型冷氫箱兩種結(jié)構(gòu)形式，旋流-下降型冷氫箱上層為氣液預(yù)分配盤板、下層為篩孔盤板，氣液兩相流先進(jìn)入氣液預(yù)分配盤板上部設(shè)置的旋流通道內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散，然后再由中心設(shè)置的擴(kuò)散下降孔進(jìn)入到篩孔盤板上，最后由各個(gè)篩孔下降到氣液再分配盤板上。溢流-旋流型冷氫箱上層為氣液預(yù)分配盤板，中層為旋流盤板，下層為篩孔盤板，氣液兩相流先從氣液預(yù)分配盤板上設(shè)置的一對(duì)噴灑下降孔進(jìn)入到下一層，再進(jìn)入旋流通道進(jìn)行氣液擴(kuò)散，然后再?gòu)男鞅P板中心下降孔進(jìn)入到篩孔盤板，最后由各個(gè)篩孔下降到氣液再分配盤板上。兩種方式都是利用旋流通道方式和噴灑擴(kuò)散方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)流換熱和擴(kuò)散。
[0006]以上幾種結(jié)構(gòu)形式的冷氫箱雖然在節(jié)省投資，增加氣液兩相流的停留時(shí)間等方面做了改進(jìn)，但是還存在幾方面的不足:1、氣相流對(duì)液相流的擴(kuò)散作用和對(duì)流作用都很差，體現(xiàn)在反應(yīng)物流之間溫差高達(dá)14°C以上;2、冷氫氣向液相流溶解的速度不高;3、篩孔盤板下方的液相流偏流現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)配合新型加氫催化劑發(fā)揮良好作用的效果不佳。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠增加氣液擴(kuò)散性和減少液相流偏流的旋流-噴射型冷氫箱。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的旋流-噴射型冷氫箱，由冷氫噴射環(huán)管、氣液氣液預(yù)分配盤板、氣液噴射盤板、桁架支撐梁、二至十二個(gè)旋流-噴射器、緊固件、二至四個(gè)催化劑卸料管(如有)等不銹鋼構(gòu)件組成，其中，位于冷氫噴射環(huán)管下方的冷氫箱部分為上、 下二層，上部為氣液預(yù)分配盤板、下部為氣液噴射盤板，其中，上部的氣液預(yù)分配盤板與下部的篩孔盤板分別安裝在桁架支撐梁上下翼緣板和反應(yīng)器上下水平支撐圈板上。
[0009]其中，位于最上部的冷氫噴射環(huán)管由入口管、帶孔環(huán)管、連接用法蘭(包括緊固件和密封件)等組成。在帶孔管的管壁設(shè)置了不同噴射方向的冷氫噴射孔。該孔噴射出來的高速冷氫流具有很強(qiáng)的抽吸作用，將下降的反應(yīng)物流混入高度擾動(dòng)的噴射流體之中，達(dá)到預(yù)混合的目的。
[0010]旋流-噴射器由齒形筒體、上部圓封板(在催化劑卸料管的位置不設(shè)置)、螺旋下降管、八個(gè)空心螺旋葉片、空心圓錐斗體、一級(jí)噴嘴圓錐形圓板(在催化劑卸料管的置為空心圓板結(jié)構(gòu))等構(gòu)件組成。齒形筒體的頂部端口圓周布置了鋸齒形開口，目的是減輕氣液預(yù)分配盤板水平度超差造成的液相流偏流問題;八個(gè)空心螺旋葉片安裝在齒形筒體與螺旋下降管之間，組成了八個(gè)螺旋流道，設(shè)置螺旋流道的目的是利于離心力將液相流與氣相流分開， 在離心力作用下得到厚度均勻性很好的旋轉(zhuǎn)液相膜;空心圓錐斗體的上部端圓口直徑與外筒體圓口一致，且相互焊接在一起;一級(jí)噴嘴圓錐形圓板安裝在螺旋下降管底端口，且與空心圓錐斗體的下部圓口留有一定距離，組成了一級(jí)環(huán)形噴嘴，設(shè)置一級(jí)環(huán)形噴嘴的目的是為了冷熱氣相流能夠有效霧化高溫液相流。
[0011]旋流-噴射型冷氫箱由上部氣液預(yù)分配盤板和下部氣液噴射盤板兩層組成，且分別安裝在桁架支撐梁的上下翼緣和反應(yīng)器器壁上設(shè)置水平支撐圈上。其中，氣液預(yù)分配盤板分為幾塊，且能夠組成圓形盤板，氣液預(yù)分配盤板板還設(shè)置了二至十二個(gè)用于安裝旋流-噴射器的圓孔，數(shù)量是根據(jù)反應(yīng)器直徑大數(shù)量相應(yīng)增加，催化劑卸料管(如有)數(shù)量一般為二至四個(gè)，數(shù)量也是直徑大數(shù)量多原則。其中，氣液噴射盤板分為幾塊，且能夠組成圓形盤板，盤板的鋼板面上被沖壓了呈三角形排列的空心圓錐形孔，二級(jí)噴嘴圓錐形圓板通過弧形連接條板安裝在空心圓錐形孔的下方，留有一定環(huán)向縫隙，組合成了二級(jí)環(huán)形噴嘴。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:一是通過環(huán)形噴嘴霧化原理，利用高速氣相流來霧化液相流成為細(xì)小霧滴，大大增加了氣液兩相流的擴(kuò)散和熱交換性能；二是采取環(huán)形噴嘴的放射形噴射和旋流-噴射器數(shù)量多(在催化劑卸料管處也可以設(shè)置)兩種措施，可以有效解決液相流在氣液噴射盤板下部產(chǎn)生的偏流問題。【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的冷氫噴射環(huán)管俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型的氣液預(yù)分配盤板俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型的氣液噴射盤板俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5是本實(shí)用新型的帶卸料管旋流-噴射器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖6是本實(shí)用新型的帶卸料管旋流-噴射器俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7是本實(shí)用新型的旋流-噴射器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖8是本實(shí)用新型的旋流-噴射器俯視結(jié)構(gòu)示意圖。[0021 ]圖9是本實(shí)用新型的二級(jí)環(huán)形噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中，1為冷氫噴射環(huán)管，2為氣液預(yù)分配盤板，3為氣液噴射盤板，4為桁架支撐梁， 5為旋流-噴射器，6為緊固件，7為催化劑卸料管，11為入口管，12為帶孔管，13為連接用法蘭，14為冷氫噴射孔。【具體實(shí)施方式】
[0023]圖1所示旋流-噴射型冷氫箱由冷氫噴射環(huán)管1、氣液預(yù)分配盤板2、氣液噴射盤板 3、桁架支撐梁4、二-至十二個(gè)旋流-噴射器5、緊固件6、二至四個(gè)催化劑卸料管(如有)7等不銹鋼構(gòu)件組成。位于冷氫噴射環(huán)管1下方的冷氫箱部分，分為上、下二層，上層為氣液預(yù)分配盤板2、下層為氣液噴射盤板3,其中，上層的氣液預(yù)分配盤板2與下層的氣液噴射盤板3分別安裝在桁架支撐梁4上下翼緣板和反應(yīng)器上下水平支撐圈板上。本實(shí)用新型的所有零部件均可采用不銹鋼制作。[〇〇24]圖2所示冷氫噴射環(huán)管1由入口管11、帶孔環(huán)管12、連接用法蘭(包括緊固件和密封件)13、在帶孔管12的管壁設(shè)置了不同噴射方向的冷氫噴射孔14,該孔噴射出來的高速冷氫流具有很強(qiáng)的抽吸作用，將一部分下降的反應(yīng)物流抽吸進(jìn)入高度擾動(dòng)的噴射流體之中，達(dá)到預(yù)混合的目的。
[0025]圖3所示氣液預(yù)分配盤板2分為若干塊能從人孔進(jìn)入的氣液預(yù)分配盤板塊21，安裝在桁架支撐梁4的上翼緣表面上和反應(yīng)器器壁設(shè)置的水平支撐圈板上，組裝后為圓形盤板， 其中，在二-至十二個(gè)旋流-噴射器5的位置上的盤板塊21上開設(shè)了圓孔22,用于安裝旋流-噴射器5,數(shù)量是根據(jù)反應(yīng)器直徑大小來確定，氣液兩相流只能通過旋流-噴射器5進(jìn)入到下一層。
[0026]圖1、3、5、6、7、8所示，旋流-噴射器5安裝在氣液預(yù)分配盤板所開的圓孔22內(nèi)。每個(gè)旋流-噴射器由齒形筒體51、上部圓封板(在催化劑卸料管的位置不設(shè)置)52、螺旋下降管 53、八個(gè)空心螺旋葉片54、空心圓錐斗體55、一級(jí)噴嘴圓錐形圓板(在催化劑卸料管的位置為空心圓板結(jié)構(gòu))56等不銹鋼零件件組成。其中，齒形筒體5的頂部端口開設(shè)了鋸齒形開口 57,目的是減輕氣液預(yù)分配盤板2水平度較大時(shí)，造成的液相流偏流問題。八個(gè)空心螺旋葉片54、安裝在齒形筒體51與螺旋下降管53之間，組成了八個(gè)螺旋流道100,設(shè)置螺旋流道100 的目的是利用離心力將液相流與氣相流分開，得到旋轉(zhuǎn)液相流101，且沿著空心圓錐斗體下降到下部端圓口處形成了空心圓柱形低速旋轉(zhuǎn)液幕102。[〇〇27]圖1、3、5、6、7、8所示，空心圓錐斗體55的上部端圓口直徑與外筒體圓口一致，且相互焊接在一起，一級(jí)噴嘴圓錐形圓板56安裝在螺旋下降管53的底部，且與空心圓錐斗體55 的下部圓口留有一定距離，組成了一級(jí)環(huán)形噴嘴200。從一級(jí)環(huán)形噴嘴200噴射高速氣流201 所產(chǎn)生的負(fù)壓區(qū)202將抽吸空心圓柱形低速旋轉(zhuǎn)液幕102進(jìn)入到高速氣流201之中，被其剪切成為微小霧滴，達(dá)到霧化的目的。
[0028]圖1、4、9所示，氣液噴射盤板3分為若干塊能從人孔進(jìn)入的氣液預(yù)分配盤板塊31， 安裝在支撐梁4下翼緣上表面和反應(yīng)器器壁設(shè)置的水平支撐圈板上，組裝后為圓形盤板。其中，氣液預(yù)分配盤板塊31板面上，被直接沖壓了三角形排列的空心圓錐形斗體32,其下部為開孔33;弧形連接條板34是用的3 X 3mm方鋼或直徑3mm左右的圓鋼絲沖壓成弧形鋼條;二級(jí)噴嘴圓錐形圓板35的內(nèi)圈水平圓板36外直徑應(yīng)等于、小于或大于下部開孔33內(nèi)徑；二級(jí)噴嘴圓錐形圓板35為空心倒碟形38,圓錐角為60°-120°，空心倒碟形38能使一些吸附在倒圓錐形37外邊緣液體被抽吸到上方的負(fù)壓區(qū)302內(nèi)，再次被高速氣相流302剪切成微小霧滴， 這樣可以有效阻止中間滴流現(xiàn)象產(chǎn)生。二級(jí)噴嘴圓錐形圓板35安裝在下部開孔33的下方， 通過一對(duì)弧形連接條板34上下連接，留有一定環(huán)向縫隙，由此組成了二級(jí)環(huán)形噴嘴300。處于二級(jí)環(huán)形噴嘴300中間的高速水平氣流302以放射狀向外噴射，在二級(jí)環(huán)形噴嘴300的上方產(chǎn)生環(huán)形負(fù)壓區(qū)303，將空心圓柱形旋轉(zhuǎn)液膜抽吸到高速水平氣流302中，被其所霧化。其中，可以通過下弧形連接條板34上的弧型鋼條的彎曲程度改變二級(jí)環(huán)形噴嘴300的噴射間隙和噴射角度或是可以調(diào)整制造環(huán)形噴嘴時(shí)的縫隙誤差。[〇〇29]工作時(shí)，注入的冷氫由冷氫噴射環(huán)管的均勻分布的噴射孔向催化劑支撐盤板的下部空間(氣液預(yù)分配盤板的上部空間)噴射，由于各射流產(chǎn)生的負(fù)壓抽吸作用，一部分反應(yīng)物流(氣液兩相流)得到預(yù)混合，液相流落到氣液預(yù)分配盤板上，然后經(jīng)過形齒筒體的鋸齒形開口，流到旋流-噴射器內(nèi)與上部氣相流一起進(jìn)入到各螺旋流道內(nèi)，在離心力作用下，得到旋轉(zhuǎn)液相流，且沿著空心圓錐斗體下降到下部端圓口處形成了空心圓柱形低速旋轉(zhuǎn)液幕，并被一級(jí)環(huán)形噴嘴所噴射的高速水平氣相流所抽吸到氣相流之中，并被霧化成為細(xì)小霧滴后，均勻地噴灑到氣液噴射盤板上，最后由各個(gè)二級(jí)環(huán)形噴嘴到下部空間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋流-噴射型冷氫箱，由冷氫噴射環(huán)管(1)、氣液預(yù)分配盤板(2)、氣液噴射盤板 (3)、桁架支撐梁(4)、二-至十二個(gè)旋流-噴射器(5)、緊固件(6)、二至四個(gè)催化劑卸料管(7) 不銹鋼構(gòu)件組成，其特征在于:位于冷氫噴射環(huán)管(1)下方的冷氫箱部分為上、下二層，上部 為氣液預(yù)分配盤板(2)、下部為氣液噴射盤板(3)，其中，上部的氣液預(yù)分配盤板(2)與下部 的篩孔盤板(3)分別安裝在桁架支撐梁(4)上下翼緣板和反應(yīng)器上下水平支撐圈板上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流-噴射型冷氫箱，其特征在于:冷氫噴射環(huán)管(1)由帶 孔環(huán)管(12)、連接用法蘭(13)、在帶孔環(huán)管(12)的管壁設(shè)置了不同噴射方向的冷氫噴射孔 (14)〇3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流-噴射型冷氫箱，其特征在于:旋流-噴射器(5)安裝 在氣液氣液預(yù)分配盤板(2)的圓孔(22)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流-噴射型冷氫箱，其特征在于:桁架支撐梁(4)的腹板 為桁架結(jié)構(gòu)，由不銹鋼方鋼或圓鋼以桁架結(jié)構(gòu)形式焊接而成。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流-噴射型冷氫箱，其特征在于:旋流-噴射器(5)由齒 形筒體(51)、上部圓封板(52)、螺旋下降管(53)、八個(gè)空心螺旋葉片(54)、空心圓錐斗體 (55)、一級(jí)噴嘴圓錐形圓板(56)，在催化劑卸料管的位置為空心圓板結(jié)構(gòu)組成，其中，齒形 筒體(51)頂部端口為鋸齒形開口(60);空心螺旋葉片(54)為空心結(jié)構(gòu)，行程為0.2-0.5個(gè)螺 距，且安裝在齒形筒體(51)與螺旋下降管(53)之間，組成了八個(gè)螺旋流道(100)，空心圓錐 斗體(55)的圓錐角為90°-120°，其上部端口內(nèi)直徑與齒形筒體(51)內(nèi)直徑一致，下部端口 為圓形口；一級(jí)噴嘴圓錐形圓板(56)，在催化劑卸料管的位置為空心圓板結(jié)構(gòu)，圓錐角為 90°-120°，其上部?jī)?nèi)圈為圓形平板(57)，外圈為圓錐形(58)，其底部為空心倒碟形(59)，一 級(jí)噴嘴圓錐形圓板(56)安裝在螺旋下降管(53)的下部端口處，且處于空心圓錐斗體(55)的 下方，與之留有一定縫隙，組成了一級(jí)環(huán)形噴嘴。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流-噴射型冷氫箱，其特征在于:氣液噴射盤板(3)的氣 液預(yù)分配盤板塊(31)板面上，被直接沖壓了三角形排列的空心圓錐形斗體(32)，其下部為 開孔(33);弧形連接條板(34)為弧形鋼條;二級(jí)噴嘴圓錐形圓板(35)的內(nèi)圈水平圓板(36) 外直徑應(yīng)等于、小于或大于下部開孔(33)內(nèi)徑；二級(jí)噴嘴圓錐形圓板(35)為空心倒碟形 (38)，圓錐角為60°-120°，二級(jí)噴嘴圓錐形圓板(35)安裝在開孔(33)的下方，通過一對(duì)弧形 連接條板(34)上下連接，留有一定環(huán)向縫隙，由此組成了二級(jí)環(huán)形噴嘴(300)。
【文檔編號(hào)】B01J8/02GK205599125SQ201620299079
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】馮斌
【申請(qǐng)人】馮斌