[实用新型]水力旋流冷氢箱

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于加氢饱和、加氢精制和加氢裂化反应器中的冷氢与器内热流体之间的气液混合与换热的水力旋流冷氢箱，它也适用于其它温度不同的气液两相或者液液之间的换热。

背景技术

加氢反应通常释放大量热量，因此，对于多床层加氢反应器来说，油和氢气在上一床层反应后温度将会升高。为了能在下一床层继续进行反应，就必须控制混合物的温度，使其不超过催化剂正常使用温度。由于氢气的比热高达3.4kcal/(kg.K)，是有机化合物液体的7～8倍，因此用注入冷氢的方法可以降低反应物料温度，同时可以补充反应器内消耗的氢气。因此，有必要设计一种具有快速混合作用的流体力学装置——冷氢箱。

随着加氢技术的进步，催化剂活性越来越高，催化床层直径也越来越大，径向截面上的温度分布可能出现高达20℃的差异。这种流体的局部过热问题如不能迅速解决，将会通过流体传播使下层床层的流体力学和径向温度分布更加恶化，导致催化剂结焦，损害催化剂的性能，反应器还出现偏流现象，从而大大降低催化剂的使用周期，同时还引起反应器的操作波动。因此，冷氢和高温反应物料高效均匀换热，使下一床层得到更均匀的床层径向截面上的温度和物料分布是充分发挥催化剂性能以及装置平稳运行的前提。

由于加氢反应多在高温(280～350℃)、高压(3.0～16.0MPa)下进行，反应器空间上分宝贵，因此设计紧凑高效的冷氢箱是加氢反应器的技术关键。目前国内设计的常规冷氢箱一般采用上层挡板、中间为矩形流体折返箱、下层筛板的结构。这种结构基本上与80年代由国外引进的技术相似。冷氢气和烃类原料在这种冷氢箱中停留时间短，只经过一次折返，混合不充分，造成进入下一床层的物流的温度分布不均匀，从而使下一床层的反应过程受到影响，有时会使催化剂床层的最大径向温差达到相20℃左右，成为安全生产的一大隐患。针对这种情况，国内科研单位自行开发了几种冷氢箱并投入应用，主要有：

(1)BL型冷氢箱：由中国石化北京设计院和洛阳石油化工工程公司设备研究所联合研制并于1997年申请专利(专利号：ZL 97202630.4)。BL型冷氢箱已经在扬子石化、上海石化等多套加氢装置中得到良好应用，但是尚未在直径大于4.0m的加氢反应器中使用。其工作原理为，在冷氢箱上层完成预混合后的气液两相流体从上层底板上的两个节流孔进入冷氢箱中层外围的环形流道。环形流道由弧形混合板间隔出来，弧形板和导向板的设置使得在中层的狭小空间内形成较长的流道，强制流体沿流道向弧形板开口处流动，致使流动路线较普通冷氢箱延长2倍以上，为流体的混合与换热提供充分的空间与时间。混合流体从弧形板开口处进入弧形板内侧，受到导向板的引导形成环形旋转流动而延长流道，同时增大流体之间的周向剪切作用，有利于冷氢气与高温反应物料的混合与换热。混合后的流体从中间的折流孔进入冷氢箱下层。

(2)旋流式冷氢箱：由中国石化工程建设公司开发并于2000年申请了专利(专利号：ZL00253961.6)。

旋流式冷氢箱使冷氢气与热物流先进行大面积接触的预混合，然后再与反应产物在混合流道、中间混合箱内，通过延长接触时间、变换流速、转换流动方向，提高气体与气体、气体与液体、冷热流体之间的混合效果，使混合后介质的温度更加均匀，使反应器特别是大型反应器内床层的径向温差大大缩小。旋流式冷氢箱的压力降一般比常规冷氢箱高20％左右，工业实测结果为24kPa。

此外，早期专利还有ZL 93216461.7、US38809691、US3787189、US3502445等，这些专利中描述的氢箱设计方法可归纳为：增加停留时间，并通过流体在冷氢箱内的折流碰撞来达到流体混合与传热的目的。