一種氣相進料擴散器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種氣相進料擴散器，以解決將現有的氣液擴散器用于氣相進料的擴散時分別存在的氣相進料分布不均勻、流體整形結構較復雜、氣相進料流經氣液擴散器的壓降較大等問題。本發明氣相進料擴散器設有筒體(1)、開孔的分布板(3)，筒體內設有流體整形結構。筒體的下部設有條縫(11)；分布板設置一層，連接于筒體的底部。流體整形結構為上整形板(21)和下整形板(22)。上整形板和下整形板為圓環形板，水平設置，外圓邊緣連接于筒體的內壁上；上整形板和下整形板上均設有整形板開孔(20)。分布板上設有中部開孔(31)和環向開孔(32)。本發明適用于石油煉制與石油化工行業中固定床氣相加氫反應器氣相進料的擴散。
【專利說明】一種氣相進料擴散器
【技術領域】
[0001]本發明涉及石油煉制與石油化工行業中用于固定床氣相加氫反應器的一種氣相進料擴散器，氣相進料擴散器屬于固定床氣相加氫反應器的一種內構件。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著環保要求的不斷提高，輕質油品加氫裝置(汽油加氫、石腦油加氫等裝置)日益增多，其中有很多使用固定床加氫反應器。目前國內外傳統汽油加氫工藝中都采用二段絕熱固定床反應器，第一段采用氣液相加氫法，第二段采用高溫氣相加氫法；由于催化劑的性能、原料組成和流動狀態等差別，導致反應器內構件不同，操作上也有較大的差
巳
[0003]對于固定床氣液相加氫,有多種氣液擴散器可以使用。而對于固定床氣相加氫，貝1J沒有發現專用的氣相進料擴散器，通常是使用氣液擴散器。由于氣相進料的流動性更大，常常假定其經過氣液擴散器擴散后在氣液擴散器下方的反應器水平截面上均勻分布。隨著加氫反應器、特別是固定床高溫氣相加氫反應器技術的發展，氣相進料在反應器入口處的初始分布問題也日益引起人們的關注和重視。如果高溫氣相進料進入反應器并經擴散器擴散后沒有均勻分布或分布欠均勻，勢必會造成氣相進料分布的端效應和氣相進料偏流，大大降低設備效率，使產品質量下降。要解決好氣相進料進入反應器后的均勻分布問題，需要在反應器入口處設置結構合理的氣相進料擴散器。
[0004]現有的氣液擴散器主要有分布板型和側隙型。CN201208554Y公開了一種擴散器，在筒體的下方設有上擋板、中擋板和下擋板(作為分布板)，各擋板上均設有開孔。CN201208555Y公開了一種氣液擴散器，在筒體底板上設有錐形體。錐形體的頂部設有蓋板，側面設有2個相對的槽孔；錐形體內設有擋板，將錐形體以及各槽孔分成均勻的兩部分；上述的構件作為流體整形結構。在底板的下方設有上擋板、下擋板(作為分布板)，均設有開孔。CN201493092U公開了一種入口擴散器，在圓柱形外筒的下方設有兩層圓形碎流板(作為分布板)，碎流板上設有碎流孔。外筒內設有錐形內筒，內筒側壁上的對稱位置各設有一側面開孔，側面開孔的中間設有加強筋板；上述的構件作為流體整形結構。以上所述的幾種擴散器，均屬于分布板型的氣液擴散器，主要是為了使液相物料均勻分布。如果將它們用于擴散氣相進料，會存在如下問題:①多層帶孔分布板對氣相進料的分布很不利，容易增大氣相進料沿反應器內壁的壁流以及氣相進料流經氣液擴散器的壓降；②流體整形結構是為了適應氣液兩相進料的擴散，用于氣相進料的擴散則結構較為復雜，也會使氣相進料流經氣液擴散器的壓降較大。
[0005]現有的側隙型氣液擴散器，主要由筒體和不開孔的筒體底板組成，筒體的下部設有若干條縫，結構簡單。如果用于擴散氣相進料，氣相進料經條縫流出后會流向反應器內壁，在擴散器正下方的分布效果很差。
[0006]總之，現有的氣液擴散器適用于氣液兩相流進料的擴散，不適用于高溫氣相進料的擴散。
【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種氣相進料擴散器，以解決將現有的氣液擴散器用于氣相進料的擴散時分別存在的氣相進料分布不均勻、流體整形結構較復雜、氣相進料流經氣液擴散器的壓降較大等問題。
[0008]為解決上述問題，本發明采用的技術方案是:一種氣相進料擴散器，設有筒體、開孔的分布板，筒體的頂部為敞口結構，筒體內設有流體整形結構，其特征在于:筒體的下部設有條縫，分布板設置一層，連接于筒體的底部，流體整形結構為上整形板和下整形板，上整形板和下整形板為圓環形板，水平設置，外圓邊緣連接于筒體的內壁上，上整形板和下整形板上均設有整形板開孔，所述分布板上設有中部開孔和環向開孔。
[0009]采用本發明，具有如下的有益效果:(1)氣相進料由筒體的頂部入口進入本發明氣相進料擴散器后向下流動，大部分流經上整形板和下整形板上的內圓孔，通過節流作用克服氣相進料的偏流和沿擴散器筒體內壁的壁流，使筒體內的氣相進料基本上均勻地集中在筒體的軸心線區域流動。其余的氣相進料經上整形板和下整形板上的整形板開孔向下流動；整形板開孔一方面可以減小氣相進料在上整形板和下整形板下表面與擴散器筒體內壁的角部區域產生的回流區，另一方面可以減小氣相進料流經上整形板和下整形板的壓降。氣相進料經過上整形板和下整形板整形后到達分布板，一部分被分布板阻擋而折流，向四周側向流動，這樣就大大減小了氣相進料中心流以及氣相進料向擴散器正下方的沖擊。被分布板阻擋而折流的氣相進料，其中的一部分經筒體下部的條縫向擴散器周圍的空間擴散。到達分布板的氣相進料的另一部分，經分布板上的中部開孔和環向開孔向下流動，實現了氣相進料在擴散器正下方的均勻分布。這樣，氣相進料經擴散器擴散后，就可以在氣相進料擴散器下方的反應器圓筒形筒體內腔的整個水平截面上均勻分布，且緩沖效果好。氣相進料均勻分布特性好，測試面上的速度不均勻度一般為0.15?0.5。(2)分布板僅設置一層，不會增大氣相進料沿反應器內壁的壁流，并可使氣相進料流經分布板的壓降較小。(3)流體整形結構為上整形板和下整形板，結構比較簡單，并均帶有整形板開孔，所以氣相進料流經上整形板和下整形板的壓降也比較小。
[0010]本發明氣相進料擴散器的氣相進料流道通暢，氣相進料流經本發明氣相進料擴散器的壓降較小(一般為40?400Pa)，從而有利于系統節能。本發明氣相進料擴散器的部件少、結構簡單、制造方便、易于安裝，牢固穩定、在高溫環境中使用不易變形，使用過程中氣相進料的波動較小，適用于石油煉制與石油化工行業中固定床氣相加氫反應器氣相進料的擴散。
[0011]下面結合附圖、【具體實施方式】和實施例對本發明作進一步詳細的說明。附圖、【具體實施方式】和實施例并不限制本發明要求保護的范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的一種氣相進料擴散器的結構示意圖，上整形板上的內圓孔和下整形板上的內圓孔均與筒體同軸。
[0013]圖2是圖1中的A-A剖視圖。
[0014]圖3所示，氣相進料擴散器的分布板為平板。[0015]圖4所示，氣相進料擴散器的分布板為球冠面形板。
[0016]圖5是圖2中的I部放大圖，分布板上的環向開孔為扇環形孔。
[0017]圖6是圖2中的I部放大圖，分布板上的環向開孔為長方形孔。
[0018]圖7所示，氣相進料擴散器筒體下部的條縫為圓柱螺旋槽形條縫。
[0019]圖8是上整形板上的內圓孔與筒體不同軸、下整形板上的內圓孔與筒體同軸的氣相進料擴散器的結構示意圖。
[0020]圖9是圖8中上整形板的俯視圖。
[0021]圖10是圖1和圖8中下整形板的俯視圖。
[0022]圖11是本發明氣相進料擴散器進行冷模試驗時測試面上的測點分布示意圖。
[0023]圖1至圖11中，相同附圖標記表示相同的技術特征。
【具體實施方式】
[0024]參見圖1，本發明的氣相進料擴散器(簡稱為擴散器)，設有筒體1、開孔的分布板
3。筒體I為圓筒形，其頂部為敞口結構，作為氣相進料的入口。筒體I頂部的筒壁上設有用于將擴散器安裝在固定床氣相加氫反應器(簡稱為加氫反應器或反應器)入口的安裝凸臺或法蘭13。筒體I內設有流體整形結構。筒體I的下部設有條縫11，條縫11在筒體I的下部一般是均勻分布，相鄰兩個條縫11之間形成條形板12。分布板3設置一層，連接于筒體I的底部。
[0025]流體整形結構為上整形板21和下整形板22 ;上整形板21和下整形板22為圓環形板，水平設置，外圓邊緣連接于筒體I的內壁上。上整形板21設于筒體I的上部，下整形板22設于筒體I的中部。上整形板21和下整形板22上均設有整形板開孔20，整形板開孔20在上整形板21和下整形板22上一般是均勻分布。
[0026]分布板3上設有中部開孔31和環向開孔32 ;中部開孔31在分布板3中部的圓形區域均勻分布，環向開孔32在靠近分布板3邊緣的圓周方向上均勻分布(參見圖2)，這樣可以使氣相進料在擴散器正下方的流場較為均勻。
[0027]分布板3水平設置，與筒體I同軸。分布板3可以為圓錐面形板(如圖1、圖8所示)，其圓錐頂角α —般為100?160度。分布板3還可以是圓形平板(如圖3所示)或球冠面形板(如圖4所不)。參見圖4,分布板3為球冠面形板時，筒體I的底部與球冠面形板的底部通過一個圓環板相連。分布板3的作用一是為了均勻分布氣相進料、擴大氣相進料的擴散范圍，二是為了大大減小氣相進料向擴散器正下方的沖擊。
[0028]圓形平板分布板3自身的高度(即板厚)較小，圓錐面形板和球冠面形板的分布板3位于筒體I內部，它們都可以使氣相進料擴散器的總高度較低、占用的空間較少。本發明優選圓錐面形板的分布板3。
[0029]上整形板21上的內圓孔可以與筒體I同軸(如圖1所示，與圖10所示的下整形板22相同)，或者是不同軸(如圖8、圖9所示，也可稱為偏心設置)；下整形板22上的內圓孔均與筒體I同軸(如圖1、圖8和圖10所示)。參見圖8，在通過進氣管4進入擴散器的氣相進料6產生嚴重偏流的情況下，將上整形板21上的內圓孔偏心設置。
[0030]本發明氣相進料擴散器的主要結構參數一般如下:上整形板21和下整形板22上內圓孔的直徑b均為筒體I內直徑a的1/2?3/4 ( 二分之一至四分之三)，筒體I的內直徑a為固定床氣相加氫反應器圓筒形筒體內直徑的1/8?1/5 (八分之一至五分之一)，氣相進料擴散器的總高度H為固定床氣相加氫反應器圓筒形筒體內直徑的1/6?1/2 (六分之一至二分之一)。整形板開孔20 —般為圓形孔，直徑為5?20毫米；上整形板21和下整形板22上通常分別設置8?24個整形板開孔20。上整形板21和下整形板22上內圓孔的直徑b、整形板開孔20的直徑和數量一般取相同的數值。
[0031]分布板3上的中部開孔31 —般為圓形孔，直徑為2?10毫米，數量為8?24個。環向開孔32 —般為扇環形孔(如圖5所示)或長方形孔(如圖6所示)，寬度t為2?5毫米。環向開孔32在高度上通常處于條縫11底部附近的位置；在該位置，各環向開孔32分別與筒體I下部相鄰兩個條縫11之間的條形板12 —一對應設置，單個環向開孔32的長度大致與單個條形板12的寬度相等(參見圖2);這樣就可以減小因條形板12對氣相進料的阻擋而對經筒體下部條縫11向擴散器周圍空間擴散的氣相進料流場的影響，使該氣相進料流場更均勻。圖3中的B-B剖視圖、圖4中的C-C剖視圖與圖2基本相同。
[0032]筒體I下部的條縫11 一般為豎置的長方形條縫(如圖1、圖3、圖4、圖8所示)，或為圓柱螺旋槽形條縫(如圖7所示)，寬度s均為5?25毫米,數量均為8?24個。圓柱螺旋槽形條縫的升角β為45?60度(如圖7所示)。筒體I下部條縫11的總面積一般為分布板3上中部開孔31和環向開孔32總面積的2?5倍。
[0033]參見圖8、圖9，上整形板21上的內圓孔與筒體I不同軸時，上整形板21上內圓孔的軸心線與筒體I軸心線之間的距離c 一般為筒體I內直徑a的1/8?1/6 (八分之一至六分之一)O
[0034]筒體1、上整形板21、下整形板22和分布板3的厚度，一般均為10?30毫米。
[0035]本發明上述分布板3上中部開孔31和環向開孔32的形狀，是指它們在水平面上投影的形狀，其尺寸也在水平投影面上測量。筒體I下部的條縫11為豎置長方形條縫時，其形狀是指該條縫在與自身正對著的垂直平面上投影的形狀，寬度S也在該垂直投影面上測量。筒體I下部的條縫11為圓柱螺旋槽形條縫時，其寬度s在圓柱面展開平面上測量。在水平投影面上，筒體I和分布板3的直徑基本相等。
[0036]本發明氣相進料擴散器各部件的材料一般為不銹鋼(例如OCrlSNilOTi)，相互連接的部件之間使用焊接連接。
[0037]參見圖8，本發明氣相進料擴散器在使用時安裝在固定床氣相加氫反應器5的入口處，位于反應器5的頂部封頭內；筒體I頂部的安裝凸臺或法蘭13與反應器5、進氣管4通過螺栓螺母連接。圖1所示上整形板21上的內圓孔與筒體I同軸的擴散器與加氫反應器和進氣管的連接，與圖8所示的擴散器相同，附圖省略。
[0038]下面結合圖1、圖2說明本發明氣相進料擴散器的工作原理。氣相進料6由筒體I的頂部入口進入擴散器后向下流動，大部分流經上整形板21和下整形板22上的內圓孔，通過節流作用克服氣相進料6的偏流和沿擴散器筒體I內壁的壁流，使筒體I內的氣相進料6基本上均勻地集中在筒體I的軸心線區域流動。其余的氣相進料6經上整形板21和下整形板22上的整形板開孔20向下流動；整形板開孔20—方面可以減小氣相進料6在上整形板21和下整形板22下表面與擴散器筒體I內壁的角部區域產生的回流區，另一方面可以減小氣相進料6流經上整形板21和下整形板22的壓降。
[0039]氣相進料6經過上整形板21和下整形板22整形后到達分布板3，一部分被分布板3阻擋而折流，向四周側向流動(即沿筒體I的徑向流動)，這樣就大大減小了氣相進料6的中心流(即沿筒體I軸心線區域的流動)以及氣相進料6向擴散器正下方的沖擊。被分布板3阻擋而折流的氣相進料6，其中的一部分經筒體I下部的條縫11向擴散器周圍的空間擴散。到達分布板3的氣相進料6的另一部分，經分布板3上的中部開孔31和環向開孔32向下流動，實現了氣相進料6在擴散器正下方的均勻分布。這樣，氣相進料6經擴散器擴散后，就可以在氣相進料擴散器下方的反應器圓筒形筒體內腔的整個水平截面上均勻分布，再經設于擴散器下方的分配盤分配后進入位于分配盤下方的催化劑床層進行加氫反應(圖略)。
[0040]上述的氣相進料6，為氣態的烴原料(例如汽油、石腦油)與氫氣的混合物。在擴散器筒體I的頂部入口處，氣相進料6的溫度一般為280~400°C，壓力(表壓)一般為4~6MPa，體積流量一般為50~500立方米/小時(在上述的溫度和壓力下計量)。
[0041]參見圖8，氣相進料6通過進氣管4進入擴散器。進氣管4通常為彎管，往往會使進入擴散器的氣相進料6產生嚴重的偏流(圖8所示是向左邊偏流；圖8中的箭頭表示氣相進料6的流動方向)。為此，本發明將上整形板21上的內圓孔與筒體I不同軸設置(如圖8、圖9所示)，將該內圓孔從與筒體I同軸的位置向與氣相進料6偏流方向相反的方向(右邊)偏移一段距離c，以加大對氣相進料6偏流方向的改變，強化整流作用。之后，氣相進料6再經過內圓孔與筒體I同軸的下整形板22的整形后，基本上均勻地集中在筒體I的軸心線區域流動，到達分布板3。余下的過程，參見對圖1、圖2所示擴散器工作原理的說明。偏流嚴重的氣相進料6經過圖8所示的擴散器擴散后，也可以在氣相進料擴散器下方的反應器圓筒形筒體內腔的整 個水平截面上均勻分布。
[0042]一般來說，氣相進料6偏流得越嚴重，距離c越大。參見圖9，上整形板21上的內圓孔的直徑b較大且距離c較大 時，上整形板21上內圓孔的一側有可能與上整形板21的外圓邊緣或筒體I的內壁非常接近或相切；在這種情況下，上整形板21在該接近或相切之處以及附近區域不設置整形板開孔20 (圖略)。
[0043]在通過進氣管4進入擴散器的氣相進料6沒有產生嚴重偏流的情況下，采用圖1所示的擴散器即可。圖8所示擴散器未說明的部件結構及其變化、部件結構參數以及氣相進料6的組成、溫度、壓力和體積流量，與圖1所示的擴散器相同，說明從略。
[0044]氣相進料6經本發明擴散器的擴散后，可以在擴散器下方的反應器圓筒形筒體內腔的整個水平截面上均勻分布，均勻分布特性好。本發明將上述的水平截面簡稱為水平截面，下文及實施例中的測試面指的即是上述的水平截面。本發明所述氣相進料6分布的均勻性，指的是氣相進料6在擴散器下方的測試面上垂直向下分速度(簡稱為氣相進料6的速度)的均勻程度。測試面上氣相進料6的速度不均勻度σ按以下的公式I計算:
【權利要求】
1.一種氣相進料擴散器，設有筒體(I)、開孔的分布板(3)，筒體(I)的頂部為敞口結構，筒體(I)內設有流體整形結構，其特征在于:筒體(I)的下部設有條縫(11)，分布板(3)設置一層，連接于筒體(I)的底部，流體整形結構為上整形板(21)和下整形板(22)，上整形板(21)和下整形板(22)為圓環形板，水平設置，外圓邊緣連接于筒體(I)的內壁上，上整形板(21)和下整形板(22)上均設有整形板開孔(20)，所述分布板(3)上設有中部開孔(31)和環向開孔(32)。
2.根據權利要求1所述的氣相進料擴散器，其特征在于:分布板⑶為圓錐面形板、圓形平板或球冠面形板。
3.根據權利要求1所述的氣相進料擴散器，其特征在于:上整形板(21)上的內圓孔與筒體(I)同軸或者是不同軸，下整形板(22)上的內圓孔與筒體(I)同軸。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的氣相進料擴散器，其特征在于:上整形板(21)和下整形板(22)上內圓孔的直徑b均為筒體(I)內直徑a的1/2?3/4，整形板開孔(20)為圓形孔，直徑為5?20毫米，上整形板(21)和下整形板(22)上分別設置8?24個整形板開孔(20)。
5.根據權利要求4所述的氣相進料擴散器，其特征在于:分布板(3)上的中部開孔(31)為圓形孔，直徑為2?10毫米，數量為8?24個，環向開孔(32)為扇環形孔或長方形孔，寬度t為2?5毫米，各環向開孔(32)分別與筒體(I)下部相鄰兩個條縫(11)之間的條形板(12) —一對應設置。
6.根據權利要求5所述的氣相進料擴散器，其特征在于:筒體⑴下部的條縫(11)為豎置的長方形條縫或圓柱螺旋槽形條縫，寬度s均為5?25毫米，數量均為8?24個，圓柱螺旋槽形條縫的升角β為45?60度，筒體(I)下部條縫(11)的總面積為分布板(3)上中部開孔(31)和環向開孔(32)總面積的2?5倍。
7.根據權利要求6所述的氣相進料擴散器，其特征在于:上整形板(21)上的內圓孔與筒體⑴不同軸，上整形板(21)上的內圓孔與筒體⑴軸心線之間的距離c為筒體⑴內直徑a的1/8?1/6。
【文檔編號】C10G49/00GK103566834SQ201210276965
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月30日 優先權日:2012年7月30日
【發明者】蔡連波, 陳強, 盛維武, 龐晶晶, 趙曉青 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化洛陽工程有限公司