一种气液混合系统
技术领域
本发明属于石油加工领域，涉及一种用于加氢反应器的气液混合分布系统，具体地说，涉及一种气液混合系统。
背景技术
加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应，欲使反应进料(气、液两相)与催化剂(固相)充分、均匀、有效地接触，加氢反应器一般设计有多个催化剂床层，在每个床层的顶部都设置有分配盘，并在两个床层之间设有温控结构(冷氢箱)，以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。
烃类加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。冷氢加入系统的作用和要求是：均匀、稳定地供给足够的冷氢量；必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。
冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将上层流下来的反应产物与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度，满足下一催化剂床层的反应要求，避免反应器超温。
冷氢箱的第一层为挡板盘，挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷氢与上一床层反应后的油气在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷氢箱的冷氢气和上层下来的热油气经过反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层—筛板盘，在筛板盘上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下还有一层再分配盘对预分配后的油气再作最终的分配。
再分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。再分配盘在催化剂床层上面，目的是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向的均匀分布。分配器种类比较多，我国自行设计制造的加氢反应器多采用泡帽型分配器。
专利CN201610010133.6提供了一种加氢反应器旋流冷氢管，包括与冷氢气储罐出口连接的进料管，还包括连接在所述进料管上的分配环管，以及装设在所述分配环管上的多个喷嘴，所述多个喷嘴围绕所述分配环管的圆环外壁均匀排布；所述喷嘴为筒型，所述喷嘴的侧壁末端处开设有切口，所述喷嘴的末端装设有端盖，所述多个喷嘴的切口方向相同或相反。
专利CN201620014039.3公布了一种混合系统，包括：外壳、上催化剂层、下催化剂层以及加氢管；上催化剂层与下催化剂层由上至下间隔地设置在外壳内，且上催化剂层与下催化剂层之间形成混合腔；加氢管的一端设置在混合腔内；加氢管的侧壁上设置有多个出气孔。冷氢气从多个出气孔内流至混合腔，反应流体流至混合腔内时，可与冷氢气充分混合，加氢管在通入冷氢气的同时可使反应流体与冷氢气充分混合，减少了混合腔的空间，但传热传质不够均匀，反应不够稳定。
目前随着加氢装置的大型化以及新的加氢技术的发展，加氢反应器的直径越来越大，单个加氢反应器催化剂床层增加。加氢反应器大型化以后，内构件的先进适用性将更加重要，如何实现气-液两相流体在床层内的均匀分布，保障传质、传热的均匀进行，和提高反应器内介质的传热效率将变得更为困难和更加重要。如国外先进的气液分配器，结合先进的催化剂装填技术使得反应器内截面上的温度非常均匀，温差达到≤1℃水平，不仅有利于反应器的操作控制，也可以大大延长催化剂的使用寿命。
发明内容
为了解决现有技术存在的气液两相流体在催化剂床层内难以分布均匀、传质传热不够均匀及传热效率低的技术问题，本发明提供了一种气液混合系统。
本发明提供了一种气液混合系统，该系统包括壳体及在壳体内自上而下设置的催化剂格栅、冷氢分布器、气液分配器和分配盘；气液分配器竖直固定于分配盘上，催化剂格栅和分配盘均固定于壳体内壁上。
本发明提供的冷氢分布器主要由位于同一平面内的进气管、内环管、外环管组成；进气管与内环管和外环管分别连通，与外环管通过进气管连通；外环管和内环管上沿轴线间隔设有斜向上的喷孔，各个喷孔为冷氢出口。
当内环管与外环管间距较小时，所述外环管上的喷孔沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，每个喷孔与水平面呈30～60度角；所述内环管上的喷孔仅设置于朝向反应器中心一侧的管壁上，每个喷孔与水平面呈30～60度角，喷孔上设有带水平段端口的弯喷嘴。当然，所述内环管上的喷孔也可沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，每个喷孔与水平面呈30～60度角，仅在朝向反应器中心一侧的管壁上的喷孔上设有带水平段端口的弯喷嘴。
当内环管与外环管间距较大时，所述外环管上的喷孔沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，每个喷孔与水平面呈30～60度角，朝向反应器中心一侧的管壁上的喷孔上设有带水平段端口的弯喷嘴；所述内环管上的喷孔沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，每个喷孔与水平面呈30～60度角，当然，也可在背离反应器中心一侧的管壁上的喷孔处设带水平段端口的弯喷嘴。
当然，根据内环管与外环管间距的大小以及实际工况的需要，可以对内环管和外环管上喷孔和弯喷嘴的设置方式进行调整，如可在内环管成对设置的两个喷孔上均设置带水平段端口的弯喷嘴或其他形式的喷嘴。
作为改进的方案，在气液分配器下方设有再分配盘，再分配盘整体呈圆盘状，再分配盘上均布分配孔。
本发明提供的气液混合装置的工作原理为：
上层催化剂床层反应油气通过催化剂格栅向下流动，为了下一床层继续有效反应的需要，在两床层间引入冷氢气来控制温度。冷氢通过冷氢分布器引入床层间，从上层下来的反应油气与冷氢均匀混合，继续向下，通过气液分配器进一步混合和分配。混合油气继续向下通过再分配盘进行再次分配，减少了死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀，有利于下一床层反应更加有效。
本发明具有如下有益效果：
1)冷氢分布器的独特结构，使得冷氢在反应器全截面上分布的更加均匀，与反应油气能充分混合，保障传质、传热的均匀进行，提高反应器内介质的传热效率；
2)冷氢分布器由进气管、内环管、外环管、喷嘴和喷孔组成，结构简单、紧凑，可以大幅节省反应器投资，安装与拆卸更加方便，适于大直径下流式反应器催化剂床层间使用。
3)再分配盘的设置，使反应油气在经过气液分配器的混合分配后再一次得以充分混合分配，使反应油气在催化剂床层间分布的更均匀，反应更稳定，更易于控制反应器的运作。
附图说明
图1为内环管与外环管间距较小时的冷氢分布器的结构示意图；
图2是图1中A-A向的一种结构示意图；
图3是图1中A-A向的另一种结构示意图；
图4是图1中B-B向的结构示意图；
图5为内环管与外环管间距较大时的冷氢分布器的结构示意图；
图6是图5中A-A向的一种结构示意图；
图7是图5中A-A向的另一种结构示意图；
图8是图5中B-B向的结构示意图；
图9是本发明的气液混合系统的结构示意图；
图10是再分配盘上分配孔示意图。
图中：1-进气管，2-外环管，3-内环管，4-弯喷嘴，5-喷孔，6-壳体，7-催化剂格柵，8-催化剂格柵支撑梁，9-冷氢分布器，10-冷氢分布器支撑梁，11-分配盘，12-分配盘支撑梁，13-气液分配器，14-再分配盘，15-催化剂床层，16-分配孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
当内环管与外环管间距较小时，如图1～4所示，本发明的冷氢分布器主要由位于同一平面内的进气管1、内环管3、外环管2组成；进气管1与内环管3和外环管2分别连通。外环管2上的喷孔5(如图4)沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，喷孔5与水平面呈30～60度角。内环管3上的喷孔可采用两种设置方式：一种仅设置于朝向反应器中心一侧的管壁上(如图2)，喷孔与水平面呈30～60度角，喷孔上设带水平段端口的喷嘴4；第二种情形是，内环管上的喷孔也可沿轴线间隔成对设置(如图3)，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，喷孔5与水平面呈30～60度角，仅在朝向反应器中心一侧的管壁上的喷孔上设有带水平段端口的弯喷嘴4。弯喷嘴4和喷孔5均为冷氢出口。
当内环管与外环管间距较大时，如图5～8所示，本发明的冷氢分布器主要由位于同一平面内的进气管1、内环管3、外环管2组成；进气管1与内环管3和外环管2分别连通。外环管2上的喷孔沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，喷孔5与水平面呈30～60度角，朝向反应器中心一侧的管壁上的喷孔上设有带水平段端口的弯喷嘴4(如图8)。内环管3上的喷孔沿轴线间隔成对设置，成对设置的两个喷孔呈轴对称排布，喷孔5与水平面呈30～60度角(如图6)；当然，也可在背离反应器中心一侧的管壁上的喷孔处设带水平段端口的弯喷嘴4(如图7)。弯喷嘴4和喷孔5均为冷氢出口。
如图9所示，本发明的气液混合系统包括壳体6、固定于壳体6的内壁及催化剂格柵支撑梁8上的催化剂格柵7、通过冷氢分布器支撑梁10固定于催化剂格柵7下方的冷氢分布器9、位于冷氢分布器9下方且固定于分配盘11上的气液分配器13以及位于气液分配器13下方悬吊于分配盘11上的再分配盘14，再分配盘上均布分配孔16，再分配盘14下方为催化剂床层15，分配盘11和再分配盘14固定于壳体6的内壁上。
下面结合附图说明本发明的工作原理：
上层催化剂床层反应油气通过催化剂格栅7向下流动，为了下一床层继续有效反应的需要，在两床层间引入冷氢气来控制温度。冷氢经进气管1进入冷氢分布器9，由设置于外环管2上的喷孔5和内环管3上的弯喷嘴4喷出，进入床层空间，在反应器全截面径向和周向方向上均匀分布，与从上层下来的反应油气均匀混合，继续向下。经设置于冷氢分布器9下方的分配盘11和气液分配器13的进一步混合分配后进入下方的再分配盘进行再一次分配，减少了死区，使油气在反应器全截面上分布的更加均匀，有利于下一催化剂床层15反应更加有效。
