[发明专利]一种物流混合分配系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多床层下流式反应器中相邻床层间的物流混合分配装置，更具体地说，涉及一种固定床加氢反应器中重新混合分配下流的气液两相反应物流的机械装置。

背景技术

在石油化工行业中，多床层下流式催化反应器用于加氢处理、加氢脱硫、加氢精制、加氢裂化以及脱蜡处理等处理过程。在这些处理过程中，气液混合物流并流向下通过催化剂床层进行反应，同时加氢反应是一个放热过程，物流通过催化剂床层时温度会逐渐升高，反应器截面上物流的分布趋向于不均匀，形成沟流或短路，并且出现温度分布不均匀，这将降低催化剂的利用率，影响产品的质量。如反应器截面上物流分配出现严重不均时，就会出现床层局部过热，甚至形成热点，缩短催化剂的使用寿命，迫使反应器过早停工。因此，需要在催化剂床层间设置收集器收集上一个催化剂床层排出的气液混合物流，同时注入冷剂(如冷氢)以调整气液混合物流的温度，设置混合器将物流进行充分的混合，再设置分布器将气液混合物流均匀分配到下一个催化剂床层，从而使得上一个催化剂床层物流及温度分布不均匀不会扩展到下一个床层，以提高各催化剂床层的使用效率。这一使反应器中气液混合物流收集、混合降温并且再分配的构件称为物流混合分配系统。

现有技术中物流混合分配系统由冷剂管、急冷箱、整流筛孔板及分配盘组成。冷剂管将冷剂(温度较低的氢气或反应物流)引入反应器催化剂床层间，与上一床层来的热反应物流预混合后进入急冷箱，在急冷箱中注入的冷剂与热反应物流进行充分的混合，降低反应物流温度并使气液混合均匀。从急冷箱出来的混合物流在整流筛孔板上进行整流预分布，为分配盘正常工作提供一个稳定的液位，从整流筛孔板溢流而下的混合物流通过分配盘上的分配器均匀分配到下一个催化剂床层中。其中，物流混合分配系统的整体性能取决于分配器及急冷箱的结构。

随着环保法规对油品质量的要求日趋严格，加氢处理已成为石油加工中必不可少的过程。近年来加氢装置处理量不断增加，反应器的规模趋于大型化。另外，由于原料性质逐渐变差，操作条件越来越苛刻，更容易造成反应器内反应物流的偏流、飞温，导致催化剂结焦，迫使反应器过早关闭。因而为满足反应器长周期、安全、平稳操作，对反应器中物流混合分配系统的设计提出了更高的要求。国内外的研究机构对多床层下流式反应器中的物流混合分配系统也不断提出新的设计和改进。

US3502445公开了一种物流混合分配系统，该结构由急冷分布器、液体收集盘、混合室、粗分布及分布盘组成。其中混合室为对流冲击式结构，分布盘上的分布器为典型的泡帽结构。注入的冷剂与热反应物流经预混合后经两圆形节流孔进入方箱内对撞冲击分两路流出，经过粗分布后由分布盘上分布器进行抽吸分配。目前大部分加氢反应器中物流混合分配系统主要采用此种结构。但该结构经实践证明有以下不足：冷热物流在混合室内停留混合时间短，无法混合充分；物流分散角度小，催化剂利用率低。尤其当反应器内径较大时，最大径向温差有时高达17℃左右，这样容易造成催化剂床层“热点”处催化剂结焦和介质偏流，给反应器操作带来安全隐患。

US5837208在上述US3502445公开的物流混合分配系统的基础上对混合室采用离心混合概念进行了改进，工业应用效果较好。这两种结构均为四层结构，存在占反应器空间大的缺点。

US5462719公开了一种物流混合分配系统，该结构由混合箱和再分配盘组成，前者由一层塔板分成上、下两部分，上部由环形多孔板、旋流喷嘴和圆形顶板构成；下部由圆形底板和环形多孔挡板组成。再分配盘上分配器为多立管式，其侧面开有液流孔，各立管的开孔上下交错。因混合室内设置叶片可加剧流体之间的混合，此结构物流混合较理想，可控制床层入口径向温差在6℃以内，避免了高温点和超高温的出现；但分配器为溢流型，物流分配性能对分配盘水平度非常敏感，对分配盘加工、安装要求比较高。

US5635145公开了一种物流混合分配系统，该结构由冷氢管、液体收集盘、混合室、液体导向槽、预分配盘和分配盘组成，分配盘上均布多个喷嘴型分配器。该结构在保证物流混合分配的前提下降低了构件的总高度，节省反应器空间；喷嘴型分配器使液相以喷射的形式高度分散，催化剂床层入口处物流覆盖率高。其缺点是系统压降较高。

US5690896公开了一种急冷再分布系统，该结构由急冷氢分布管、收集盘、混合箱、多孔筛板和泡帽塔盘组成。混合箱仅有一个出口和入口，注入的冷氢与热反应物流围绕混合箱做旋流运动产生紊流及螺旋流以达到强化物流混合。此结构物流混合分配性能取决于单一的入口分配源，要求分配器高度要高以适应足够的物流处理量，因此需要高压降才能有效地工作。