[发明专利]一种新型急冷氢箱

说明书

技术领域

本发明涉及一种石油化工工艺中并流向下的气液流体混合传热设备，更具体地说，是用于石油加工过程中固定床加氢反应器内使冷氢气与烃类反应物与热氢气充分混合的急冷氢箱。

背景技术

由于全球性环保法规的日趋严格，石油产品中的硫含量问题已备受关注。针对降低硫含量这一问题，世界各主要石油公司都已做了许多努力。而加氢技术是清洁燃料生产过程中必不可少的主要技术，因此如同加氢催化剂和加氢工艺一样，加氢反应器系统的性能和设计自然同样地受到了业内人士的关注，而反应器内构件则是反应器系统的重要组成部分。在生产可满足环保法规要求的石油产品的整个过程中，新催化剂、新工艺的作用能否得到充分发挥，与反应器内构件性能好坏有着密不可分的联系。换言之，内构件作用发挥的好坏直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期。在清洁燃料油生产过程中，采用一套好的内构件技术所得到的效果决不亚于换用一种活性更好的催化剂。

急冷氢箱是加氢反应器关键内件之一。急冷氢箱的功能有两个：取热，控制反应物料温度；混合、中和反应物料的温差。

由于加氢反应是放热反应，部分还是强放热反应，反应物料在流经催化剂床层时，发生加氢反应而放出热量。因此，在流动过程中反应物料的温度是不断上升的，而反应物温度越高，反应速率越快，恶性循环，容易造成整个催化剂床层飞温，产生催化剂结焦而失活。因此，加氢反应器一般均需要设置多个催化剂床层。对于多床层反应器来说，原料油、油气和氢气在上一床层反应后温度升高。为了给下一床层提供适宜的反应温度，就必须采用中间加入冷氢的方式实现取热，即在两个床层间通入适量冷氢，在急冷氢箱的作用下，冷氢、油气和液相油三者充分混合，实现传质与传热，从而实现控制反应物系温度，为下一床层提供适宜的入口反应温度，这是急冷氢箱的第一个功能，即取热。

由于加氢过程是放热反应，固定床反应器是滴流工况，催化剂床层空隙率的变化会影响流场均匀度，进而导致径向温差的产生，即经过一个催化剂床层后，反应物料在床层径向截面上的温度分布不均匀，甚至会出现局部过热点，如果温度不等的物料进入下一个催化剂床层继续反应，会发生局部飞温的情况，对催化剂的活性危害很大，甚至造成部分催化剂结焦失活，会影响产品质量。因此，反应物料在进入下一个催化剂床层前，需要利用冷氢箱将整个反应器截面上的物料收集、混合，将温差消除后再分布到下一个催化剂床层上，这是急冷氢箱的第二个功能，即温度均化。

CN2448440Y公开了一种立式旋流式冷氢箱，该冷氢箱由冷氢管、挡板、半圆形混合通道、切向导流管、混合箱构成。专利CN201140043Y公开了一种水力旋流冷氢箱，该冷氢箱由降落板、引流管、旋流管、旋流管支撑板、混合筒组成。以上两种冷氢箱通过物料的离心旋转运动增加混合效果，其混合效果与物料的旋转流态相关。

专利CN2294771Y公开了一种急冷混合器，该急冷混合器由冷氢管、物流导向盘、环形节流板、物流分散盘、弧形混合槽、隔板、物流导向板构成。专利CN200954445Y公布了一种扁平式冷氢箱，由冷氢管、截流板、两个半圆形混合通道、两个混合室、两个防冲板、两个开孔挡板和筛板孔组成。以上两种冷氢箱通过延长气液流动距离，增加气液接触时间增加传热效果。

专利CN1765483A公布了一种曝气式急冷氢箱，该急冷氢箱包括冷氢分布器、鳞片式冷却盘、布氢箱、液封迷宫组件、环流箱、导流管、混合箱、气体收集分配器和溅锥体组成。该急冷氢箱通过鼓泡增强传热。

上述急冷氢箱的目的通过旋流、延长冷热物料流动路程或扰动物流增加接触面积从而达到冷热物料的传热效果。由于加氢装置运行周期加长，反应初期与末期工况物料的流态变化较大，而物料需要一定的流速才能形成旋转，通过旋流的方式强化传热不可取；气、液两相并流时由于密度差容易形成分层流动，单靠延长流动路径对传热效果增加效果不明显。急冷氢箱的主要功能是实现气液两相反应物料的降温，冷却介质采用冷氢，冷氢温度较低，一般为50～53℃左右，用量较少，一般冷氢在反应物料进入急冷氢箱前打入，打入后冷氢与油气之间的混合传热速率很快，油气温度在进入急冷氢箱前就降低，而液相温度还没有降下来，因此在急冷氢箱内主要是实现油气－液相的混合传热。由于此时气相与液相温差不大，因此主要靠提高传热时间与传热面积来提高传热效率。急冷氢箱的关键点是对液相反应物料的取热。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种新型的多层板式急冷氢箱。