一种上行式气液分配结构和一种烃油加氢反应器
技术领域
本发明涉及一种反应器内构件和反应器，更具体地说，涉及一种气液分配内构件和一种烃油加氢反应器。
背景技术
在液相循环加氢工艺中，合适的溶氢方法是液相循环加氢工艺的关键。氢气与原料油和循环油在进入反应器前需要进行混合并充分溶解，以便为加氢反应供应必要的氢气；或者是氢气在反应器内能够快速的溶解于液相油，从而能够快速的补充液相中消耗的氢气。
同时，上流式反应器在运行中常发现存在床层容易出现热点、局部温升过大等问题。上流式反应器内的流体力学特性不稳定，影响因素不确定，这些都直接影响上流式反应器的放大、优化和应用等。同时加氢反应为放热反应，局部热点可能是由于局部阻塞、局部流率过低、停留时间加长、额外放热等引起的，而流体力学特性与反应器的初始气液分布有很大关系，而初始气液分布则受反应器内构件的影响。综合以上两个方面：目前上行式反应器内构件所需要解决的两个问题如下：A：氢气如何快速的溶解于柴油中，即氢气溶解的动力学问题；B：氢气如何在柴油中均匀分布：稳定的气液分布对提高反应器内的流动特性和催化剂利用率至关重要；本专利的主要目的即是如何解决氢气快速的溶解在液相柴油中。
CN 101632911 B公开了一种上流式反应器及其应用，反应器中通过设置初始分布器和中间分布器来达到气泡的破碎和均匀分布。当氢气与重质油品混合物由反应器底部进入反应器后，分散相气泡与锥形折流板撞击后破碎，向四周运动，在经过具有不均匀开孔结构的筛板后，气泡再次破碎，从而实现气体的局部均匀分布。该结构的缺点是不能及时的补充油相中消耗的氢气，从而影响装置的性能。
CN 201776132 U公开了一种带有防堵塞隔栅的上流式加氢反应器，通过在两个催化剂床层之间设置间隔为流体的均匀分布创造条件，其中间隔栅分为上下两部分，上部分小流道组件，为流道尺寸小于催化剂颗粒粒度的筛板、孔板、栅或者网结构，下部分截留组件，为具有倾斜或曲折流道的流道组件。原料和氢气并流向上流动通过催化剂床层，具有较低的压降和更大的抗压降增加能力，可以装填不同的催化剂床层，不同催化剂不会返混，所述的防堵塞床层间隔栅可以有效的抑制被流体携带的催化剂颗粒堵塞分布器或者隔栅的流道，为流体的均匀分配创造有利条件。
CN 202621143 U公开了一种上行式气液分布器，采用的分布器包括分布管和分布板，分布管上端与分布板流体连通，分布管下端设有斜角开口；气液分布器还包括挡板，斜角开口与挡板相连接，挡板遮盖斜角开口；分布管管壁上设置有气体通道。与现有技术相比，本实用新型具有气液分布均匀度高、操作弹性大、结构简单、加工制造便利、节省投资等优势。但缺点是该结构同样没有气体径向扩散的功能。
CN102039105 B公开了气液逆流反应器和气液逆流加氢工艺方法，反应器中采用了一种新型的内构件，包含一气液接触构件和气液收集构件，气液接触构件设置在气体收集构件上方，气体收集构件包括隔离板、降液管道和排气管道，隔离板具有通孔，通孔与设置的降液管道和排气管道相连接，降液管道为短管结构设置在隔离板下面，排气管道设置在隔离板上面，排气管道穿过上一层催化剂床层与反应器外部相通。
US 6,554,994公开了一种在多床层的固定床加氢反应器中同时分配气体和液体的流体分配装置和冷氢系统。流体分配装置可以采取多种形式，例如，筛网、格栅、穿孔板等。流体分配装置具有两个主要功能：(1)均匀分布在催化剂层的水平面上通过反应器的流体；(2)具有大气泡的破裂和流体混合的功能。中心提升管的孔，能够保证流体的最佳分布：每个提升管在其侧壁上至少有一个开口。蒸汽通过开口和围绕偏转器的液体进入立管的孔，并通过立管底部的开口，通过流体分配板中的穿孔向上进入空间，并通过催化剂支撑栅向上进入紧邻的隔板。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是解决现有技术中上行式烃油加氢反应器内氢气不能快速的溶解于液相油的问题。提高柴油及轻质油加氢反应器中气液两相之间的传质速率，使得氢气快速溶解于液相油中。
本实用新型提供的上行式气液分配结构，包括：中心圆管2和顶部覆盖的陶瓷膜3，所述的中心圆管底部开口为进口1，顶部开口为出口4。
本实用新型提供的烃油加氢反应器，包括：反应器壳体和反应器壳体内多段催化剂床层、设置于反应器底部的挡流板，其中所述的挡流板上开孔，与开孔对应设置上述的上行式气液分配结构，所述的反应器壳体底部设有入口，顶部设有出口。
本实用新型提供的上行式气液分配结构适用于烃油加氢反应器中，作为反应器内构件安装在底部挡流板上，含氢气体和液相烃馏分从底部入口进入上行式加氢反应器中，在经过挡流板进行初步分散后，气液两相混合物从所述的上行式气液分配结构的进口进入上行式气液分配结构中进一步的混合之后，气液混合物在压力作用下进入陶瓷膜中，由于陶瓷膜的微孔结构，气液混合物的通道尺寸突然减小，其运动速度增大，气液的传质速率增大。同时，陶瓷膜的弯曲孔道使得气液混合物进一步的碰撞，这极大地促进了传质效果。
本实用新型提供的上行式气液分配结构和烃油加氢反应器的有益效果为：
本实用新型提供的上行式气液分配结构适于安装在烃油加氢反应器中，包括柴油加氢反应器和轻质油加氢反应器，与现有技术中的气液分配器相比，本实用新型提供的上行式气液分配结构显著的提高了气相溶解于液相油的传质速率，溶解效果得到了明显的改善。本实用新型提供的烃油加氢反应器的结构简单，氢气在烃油中的溶解效果好，显著提高了反应效率，提高了烃油加氢的转化率。
附图说明
图1为上行式气液分配结构的一种实施方式的结构示意图。
图2为上行式气液分配结构的另一种实施方式的结构示意图。
图3为烃油加氢反应器下部立体结构示意图。
图4为对比例中采用的气液分配器的结构示意图。
其中，1-进口，2-中心圆管，3-陶瓷膜，4-出口，5-通孔，6-反应器壳体，7-反应器入口，8-挡流板，9-催化剂床层。
具体实施方式
以下详细说明本实用新型的具体实施方式，本说明书中所提及的容器的“上部”指由下至上容器的0-50％的位置，容器的“下部”指由下至上容器的50％-100％的位置，容器的“中部”指由下至上容器的30％-70％的位置，容器的“底部”指由下至上容器的95％-100％的位置。
本实用新型提供的上行式气液分配结构，包括：中心圆管2和顶部覆盖的陶瓷膜3，所述的中心圆管底部开口为进口1，顶部开口为出口4。
优选地，所述的中心圆管的高径比为2-5：1，高为160-320mm，内径为60-80mm，壁厚为3-6mm。
优选地，所述的中心圆管侧壁上开有多个通孔，所述的通孔的直径为3-6mm，数量为2-12个，优选4-8个。
优选地，所述的陶瓷膜为平板式结构，孔径<0.5μm，其孔隙率为 30％-50％。
本实用新型提供的烃油加氢反应器，包括：反应器壳体和反应器壳体内多段催化剂床层、设置于反应器底部的挡流板，其中所述的挡流板上开孔，与开孔对应设置上述的上行式气液分配结构，所述的反应器壳体底部设有入口，顶部设有出口。
优选地，所述的催化剂床层之间也设有挡流板和所述的上行式气液分配结构。
优选地，所述的挡流板距离反应器底部的距离为100-300mm。
优选地，所述的上行式气液分配结构与反应器的直径比为1:(25-35)。
优选地，所述的挡流板上的开孔率为0.2-0.4，所述的挡流板上开有 20-30个圆孔，每个开孔对应安装所述的上行式气液分配结构。
本实用新型提供的烃油加氢反应器为上行式加氢反应器，所述的反应器底部的挡流板上设有多个上行式气液分配结构，其主要功能是将气液混合物从底部的入口处引入分配到催化剂床层，并提高气液混合物的分配性能。
所述的上行式气液分配结构中，陶瓷膜的主要功能在于利用其特殊的膜孔道，将气液混合物的流通空间变小，提高气液体速度，并使得气液在弯曲孔道里碰撞、折返，从而达到强化气液分配性能的效果。所述的陶瓷膜的材质优选为氧化铝，陶瓷膜优选为平板式结构，孔径根据实际需要，维持在<0.5μm，其孔隙率为30％-50％。
优选地，所述的中心圆管的侧壁上开有布有直径在3-6mm的圆孔，优选开有4-8个圆孔，分别分布在距离进口的上方30mm、60mm和90mm 处，其主要目的是使得气液混合物进入管内的途径较多，减小过程压降。
本实用新型提供的上行式气液分配结构和烃油加氢反应器的工作原理是，气相和液相原料从底部的原料进口进入烃油加氢反应器，先经过挡流板进行初步分散，然后，气液两相混合物从所述的上行式气液分配结构的入口及中心圆管上的圆孔进入中心圆管中进行进一步的混合，之后，气液混合物在外部压力作用下进入顶部覆盖的陶瓷膜中；由于陶瓷膜的微孔结构尺寸很小，为10nm-00.5μm，气液混合物流经的通道尺寸突然减小，其运动速度增大，气液的传质速率增大。同时，陶瓷膜的弯曲孔道使得气液混合物进一步的碰撞促进了传质效果。与现有技术中采用的中心直管式气液分配结构相比，本实用新型提供的上行式气液分配结构显著提高了气体溶解于液相油的传质速率，明显提高了溶解效果。
采用了本实用新型的上行式气液分配结构的烃油加氢反应器能够促进氢气在反应原料烃油的溶解性，能够提高反应效率，提交目的产物的转化率。
以下结合附图本实用新型提供的上行式气液分配结构和烃油加氢反应器做进一步说明。附图1、2为上行式气液分配结构的的结构示意图。如附图1所示，上行式气液分配结构包括：中心圆管2和陶瓷膜3，所述的中心圆管2，为一空心直管，其顶部的出口4覆盖有陶瓷膜3，其底部的入口1为气液混合物的进口。中心圆管的管壁上开有通孔5，附图1的中心圆管2的侧壁上开有中心对称分布的至少两个圆孔5。如附图2所示，中心圆管上没有开孔。
附图3为烃油加氢反应器下部的立体结构示意图，如附图3所示，烃油加氢反应器，包括：反应器壳体6和反应器壳体内多段催化剂床层9、设置于反应器底部的挡流板8，其中所述的挡流板8上开孔，与开孔对应设置上述的上行式气液分配结构，所述的反应器壳体底部设有入口7，顶部设有出口。
下面的实施例进一步说明本实用新型的上流式气液分布器的结构和效果。但本实用新型并不因此而受到任何限制。
实施例1
采用如附图1所示的上行式气液分配结构，其中：中心圆管的外径为 60mm，壁厚为4mm，长度为180mm；陶瓷膜材质为氧化铝，陶瓷膜为平板式结构，孔径维持在<0.5μm，其孔隙率为40％；中心圆管的侧壁上开有直径为4mm的圆孔6个，分别分布在距离中心圆管的底部进口上方 30mm、60mm和90mm处。上行式分配系统安装在烃油加氢反应器冷漠塔底部的挡流板上，此冷漠塔的直径为300mm，高度为1000mm，塔体采用有机玻璃制作，以有利于观察反应器内和气液分配器出入口的流体流动情况。冷态模型试验采用的空气流量为2～8m3/h，水流量为0.2～1.0m3/h。
对比例1
采用如附图4所示的中心管式上行式气液分配结构，中心管的外径为 60mm，壁厚为4mm，长度为180mm。中心管侧壁上布有直径在4mm的圆孔6个，分别分布在距离中心管底部进口上方30mm、60mm和90mm 处。其余条件同实施例1中的一致。
在气相流量2～8m3/h的范围内，实施例1的冷漠塔中的气液两相流体分配均匀性较好。
在气相流量为3m3/h的条件下，实施例1的冷漠塔内液相中的气泡直径不均匀度为0.15左右，而对比例结构的气泡直径不均匀度为0.2左右。
在气相流量为2～3m3/h的低流量条件下，实施例1的冷漠塔内的气液分配结构产生的气泡直径为4mm左右，对比例1的冷漠塔内的气液分配结构产生的气泡直径则为6～7mm左右。
在气相流量为5～8m3/h的高流量条件下，实施例1和对比例1的冷漠塔内的气液分配结构产生的气泡直径差别不大，均在4.5mm左右。
综上可以认为，本实用新型提供的上行式气液分配结构在低气相流量条件下具有更好的气液混合性能，具有更好的流体分配均匀性，在高气量条件下与现有技术的分配性能差别较小。
