裝有對(duì)水平度缺失很不敏感的分配元件的氣液混合物的分配器盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了裝有對(duì)水平度缺失很不敏感的分配元件的分配器盤，分配元件由兩個(gè)基本上共軸的圓柱體構(gòu)成，其稱為內(nèi)部圓柱體（1）和外部圓柱體，隔開兩個(gè)圓柱體的內(nèi)部水平表面（5）被封閉。分配器盤適于氣體的和液體的并流向下流，更具體地在稱為“滴流”的狀態(tài)下。本發(fā)明也涉及分配器盤在各種石油餾分的加氫處理或氫化作用的工藝中的應(yīng)用。
【專利說明】裝有對(duì)水平度缺失很不敏感的分配元件的氣液混合物的分配器盤
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在固定床類型催化反應(yīng)器中氣體和液體分配的領(lǐng)域，該反應(yīng)器在并行氣/液向下流動(dòng)模式中操作。其主要的應(yīng)用目的在于氣油或其它石油餾分的加氫處理，以及更常見地使用一個(gè)或者多個(gè)反應(yīng)器的所有工藝，該反應(yīng)器在氣/液向下流動(dòng)模式中操作。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有大部分分配器由帶有分配元件的盤組成，例如在R.N.Maiti和K.D.P.Nigam在2007年發(fā)表于Ind Eng Chem Res (工業(yè)工程化學(xué)研究期刊)46，6464-6182上的文章"Gas-liquid distributors for trickle bed reactors"(《滴流床反應(yīng)器的氣液分配器:回顧》)中所述。
[0003]這種煙囪狀物可以是不同種類，并且以不同的構(gòu)型置于盤之上，如下列專利所述:US2002/0127160A1, US6093373, US2004/0197245A1, US2007/0241467A1, GB721247,US658738, US2007/145610, US5942162。
[0004]置于并行氣體和液體向下流動(dòng)模式中操作的反應(yīng)器中的催化床上游的分配器盤的目的在于盡可能均勻地將的氣體和液體的雙相混合物分配到位于其下游的催化床上。在盤的煙園狀物出口處，雙相混合物流通常形成集中的射流。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的裝有多孔煙?狀物的分配器盤的基于重力流的操作。通過使液體進(jìn)入通常沿著煙?狀物側(cè)壁分配的孔中來分配液體，通過煙?狀物頂部的開口來分配氣體。然而，由于在安裝過程中盤在自身重力下彎曲或者所述盤相對(duì)水平面偏移，會(huì)導(dǎo)致此類盤中發(fā)生水平度缺失。
[0006]在盤水平度缺失的情況下，集液器的高度在分配器盤上方不再均勻，其導(dǎo)致液體在下游的催化床上的分配不平衡，尤其是當(dāng)液面接近孔列時(shí)。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的裝有“鐘罩式”煙囪狀物的分配器盤也對(duì)盤水平度缺失敏感。鐘罩式煙囪狀物由頂上置有鐘罩的中心圓柱體構(gòu)成，鐘罩帶有多個(gè)槽。氣體和液體經(jīng)由槽并且經(jīng)由鐘罩底部通過，也在鐘罩和主要的圓柱體之間的空間中通過。還存在鐘罩式煙囪狀物的其他變體，例如在專利US2007/145610，US5942162中稱作“蒸汽提升”煙囪狀物，其工作原理不變。
[0008]“鐘罩式”煙囪狀物的工作基于氣體攜帶液體穿過鐘罩和圓柱體之間的空間。然而，在盤水平度缺失的情況下，集液器的高度在分配器盤上不再均勻。兩個(gè)偏移的煙?狀物之間的對(duì)氣體的開放表面之間的距離因此變得相對(duì)較大，并且煙囪狀物之間液體的夾帶不再均勻，其引起液體分配極其不均。此現(xiàn)象的主要加重因素在于鐘罩底部的開口以及槽的
數(shù)量多。
[0009]此類不均勻的分配，如果不加以控制，可能會(huì)顯著減弱反應(yīng)器的性能。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】圖1a和Ib表示根據(jù)本發(fā)明的分配器盤的示圖，其顯示出外部的圓柱體2和內(nèi)部的圓柱體I構(gòu)成了分配元件，并且其中外部的圓柱體2相對(duì)分配器盤底部平面加高了高度h3。
[0011]圖2表示液體不平衡指數(shù)(后文將會(huì)詳細(xì)定義)隨著液體表面速度(Vsl)改變的曲線，意味著可以比較依據(jù)本發(fā)明的盤與依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的煙?狀物設(shè)備。
[0012]圖3表示液體不平衡指數(shù)(后文將會(huì)詳細(xì)定義)隨著液體表面速度(Vsl)改變的曲線，意味著可以比較依據(jù)本發(fā)明的盤與依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通常稱作“鐘罩式煙囪狀物”的設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的旨在改良現(xiàn)有技術(shù)的分配器盤的分配質(zhì)量，其通過為分配器盤提供對(duì)水平度缺失的敏感性弱于現(xiàn)有技術(shù)的多孔煙?狀物和鐘罩式煙?狀物的分配元件來實(shí)現(xiàn)，并具有較好的工作靈活性。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的分配器盤由以矩形、方形或者三角形圖案在所述盤上規(guī)則地分配的多個(gè)分配元件構(gòu)成。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的分配器盤的分配元件由兩個(gè)近似同心且豎直的圓柱形管構(gòu)成，其中外部的圓柱形管設(shè)有一個(gè)或多個(gè)槽，使得氣體和液體通過。
[0016]兩個(gè)同心管用于確定氣體和液體的環(huán)形混合區(qū)域，并且允許反應(yīng)器不同部位點(diǎn)以盡可能均勻的方式再引入產(chǎn)生的氣/液混合物。
[0017]外部的圓柱形管相對(duì)盤平面被升高，其意味著可以限定高度h3，形成對(duì)一個(gè)或多個(gè)液體入口槽的保護(hù)，防止可能的由于液體進(jìn)給中可含有的雜質(zhì)引起的污垢，尤其是當(dāng)其為重碳?xì)浠衔镞M(jìn)給時(shí)。外部的圓柱體的升高還意味著盤平面上的阻塞會(huì)減少，其歸因于液體在分配器盤上更好的分配。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)的盤工作的不同的是，本發(fā)明的分配元件的工作主要基于在氣相流動(dòng)的影響下，在隔開兩個(gè)同軸圓柱體的環(huán)形空間的上升部分中的夾帶液體。在環(huán)形空間中流動(dòng)專門經(jīng)由位于側(cè)壁上的表面通過，其保證了對(duì)干燥槽(對(duì)氣流開放的部分)的更好的控制，并且因此本發(fā)明的盤使得對(duì)水平度缺失的敏感度較低。
[0019]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于干燥槽的高度總是足夠允許氣體均勻進(jìn)入環(huán)形區(qū)域，并且最終允許液體在煙?狀物之間平衡地夾帶。
[0020]實(shí)際上，這種新穎的分配元件的使用意味著平均地，在大的液體范圍上，盤對(duì)水平度缺失的敏感度可以降低。
[0021]更確切地說，本發(fā)明可以定義為在向下流動(dòng)并流模式中的氣液流的分配器盤，其位于可含有多個(gè)催化床的反應(yīng)器的不同水平處，從而保證產(chǎn)生的氣液混合物均勻分配在位于所述盤下游的催化床上，所述盤設(shè)有方形或者三角形圖案的盤表面上規(guī)則分布的分配元件。
[0022]分配元件有兩個(gè)基本上共軸的圓柱體構(gòu)成，其中內(nèi)部的圓柱體I直徑為dl，高度為hl，外部的圓柱體2的直徑為d2，高度為h2，隔開兩個(gè)圓柱體的下部水平表面被封閉。
[0023]外部圓柱體2的側(cè)壁設(shè)有至少一個(gè)基本上豎直的槽4，使得氣體和液體進(jìn)入環(huán)形區(qū)域3，氣液混合物在環(huán)形區(qū)域3中以上行流夾帶，然后通過其上部開口 6進(jìn)入內(nèi)部圓柱體I中，并且在內(nèi)部圓柱體I中下落，隨后通過位于內(nèi)部圓柱體I下端的開口 7被排出。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，分配元件的封閉水平表面5位于分配器盤底部上方高度h3處，此高度范圍是lO-lOOmm,優(yōu)選地介于20mm-60mm之間。
[0025]高度為h4的豎直槽4的數(shù)量優(yōu)選地在1-3之間，并且更優(yōu)選地介于I和2之間。
[0026]分配元件之間的間距優(yōu)選為根據(jù)方形或者三角形圖案，介于100-300mm之間，更優(yōu)選地介于100-200mm之間。
[0027]從分配器盤底部起的分配元件的總高度介于100-500mm之間，優(yōu)選地介于200-400_ 之間。
[0028]分配元件的主要尺寸如下所列:
外部圓柱體高度h2:
外部圓柱體直徑d2:
內(nèi)部圓柱體高度h1:
內(nèi)部圓柱體直徑dl:
氣液混合物入口槽高度h4:
氣液混合物入口槽寬度ef:
外部圓柱體相對(duì)盤的底部平面的高度h3:
這些主要尺寸的值在下面列出:
h2介于100-500mm之間，并且優(yōu)選地介于200-400mm之間； d2介于15-300mm之間，并且優(yōu)選地介于50_200mm之間； hi介于100-500mm之間，并且優(yōu)選地介于200-400mm之間； dl介于IO-1OOmm之間，并且優(yōu)選地介于25_75mm之間； h4介于10-500mm之間，并且優(yōu)選地介于100-300mm之間； ef介于l_5mm之間，并且優(yōu)選地介于l_3mm之間； h3介于IO-1OOmm之間，并且優(yōu)選地介于20_60mm之間。
[0029]氣體和液體進(jìn)入的槽具有的形狀可以非常多樣，最簡單并且優(yōu)選的形狀是矩形(h4，ef)或者三角形，其特征尺寸仍然為h4和ef，三角形的頂點(diǎn)指向上或者向下。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的分配器盤在某些情況下可以具有組成分配器盤的內(nèi)部的和外部兩個(gè)圓柱體的軸之間的一定偏移。因此，表述“基本上”或“近似”共軸應(yīng)該被最廣義地理解為其兩軸之間的距離可以介于O到(d2-dl) /4之間。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的分配器盤能夠由一組錐形導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)，每個(gè)導(dǎo)流板置于分配元件之下，錐的大部分指向下。
[0032]通常地，本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的任何類型的導(dǎo)流板在本發(fā)明的背景下都可使用。
[0033]本發(fā)明的分配元件也能夠由一組篩元件來實(shí)現(xiàn)，其置于盤下游離所述盤的介于20-300mm之間的距離處，優(yōu)選地介于50-150mm之間，不同的篩元件也被置于不同的平面上。當(dāng)它們存在時(shí)，這些導(dǎo)流板或者篩元件形成本發(fā)明的盤的整體部分。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的分配器盤主要應(yīng)用于進(jìn)行碳原子數(shù)為4-30，優(yōu)選地為8-20的石油餾分的加氫處理、氫化作用或氧化作用反應(yīng)的反應(yīng)器。
[0035]更通常地，根據(jù)本發(fā)明的分配器盤應(yīng)用于采用向下流動(dòng)的氣體和液體的并流的反應(yīng)器中，其為“滴流床”模式，即液體表面速度介于0.1-1.5cm/s之間。
【具體實(shí)施方式】[0036]本發(fā)明可以被定義為適應(yīng)于向下流動(dòng)并流模式的雙相氣液流的分配器盤。此類盤用于安裝于使用此類雙相流的反應(yīng)器中，更特別是在“滴流床”模式中，其被定義為其中連續(xù)相為氣相，分散相為液相的流中，液體以近似規(guī)則的滴流的形式存在，其中液體的表面速度介于0.1-1.5cm/s之間。
[0037]分配元件以可以是矩形、方形或者三角形圖案規(guī)則分配在分配器盤上。
[0038]分配元件由兩個(gè)近似共軸的圓柱體構(gòu)成，內(nèi)部的圓柱體直徑為dl，外部的圓柱體直徑為d2。
[0039]這兩個(gè)近似共軸的圓柱體限定了環(huán)形區(qū)域3，氣體和液體以向上流動(dòng)的模式運(yùn)動(dòng)通過環(huán)形區(qū)域3。實(shí)際上，氣體和液體通過沿著外部圓柱體2的壁刺穿的一個(gè)或多個(gè)縱向槽4進(jìn)入環(huán)形區(qū)域3。
[0040]槽的下部通常使得液體通過，槽的上部通常使得氣體通過。因此重要的是槽的此上部，稱作“干燥”槽，足以使得氣體處于所需的流量。根據(jù)本發(fā)明的分配元件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，它們對(duì)于水平度的任何缺失不敏感，歸因于干燥槽的高度總是足以允許氣體進(jìn)入環(huán)形區(qū)域3。
[0041]外部圓柱體2不降到盤底部，并且停在距底部高度為h3的位置?？v向槽4從盤上方的所述高度h3開始，延伸到高度h3+h4的位置。
[0042]將外部圓柱體2和內(nèi)部圓柱體I隔開的水平表面5被封閉。
[0043]縱向槽4的數(shù)量限制在每個(gè)分配元件2或3個(gè)。這些不同的特征意味著基本上改善了分配元件的功能，尤其是當(dāng)水平度缺失時(shí)。實(shí)際上，減少槽的數(shù)量和封閉分配元件的底部意味著更好地控制集液器的高度，從而確保足夠的干燥槽高度，使得在水平度缺失的情況下，通向具有一定變化的兩個(gè)分配元件之間氣體的表面之間的距離是小的。
[0044]與專利US2007/145610，US5942162相反，系統(tǒng)不是必須將位于兩個(gè)同心管之間的部分限制雙相流，其中流為氣體提升類型，在槽與氣體和液體接觸時(shí)，雙相的乳狀液形成，其占據(jù)了由基本上共軸的圓柱體限定的所有環(huán)形空間。
[0045]示例
下面的兩個(gè)比較示例顯示了相比于現(xiàn)有技術(shù)的兩種設(shè)備的本發(fā)明的分配系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0046]示例I比較了相對(duì)于裝有煙囪狀物的標(biāo)準(zhǔn)分配器盤的本發(fā)明的分配設(shè)備的分配效率。
[0047]當(dāng)盤(依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)或本發(fā)明)存在水平度缺失Λ H=Icm時(shí)，通過定義液體不平衡指數(shù)來量化對(duì)水平度缺失的敏感性如下:
【權(quán)利要求】
1.一種用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，該分配器盤位于反應(yīng)器的各個(gè)水平處，該反應(yīng)器可包括多個(gè)催化床，從而確保產(chǎn)生的氣液混合物在位于所述盤下游的催化床上的均勻分配，所述盤設(shè)有分配元件，該分配元件以方形或三角形圖案在盤的表面上規(guī)則地分配，分配元件由兩個(gè)基本上共軸的圓柱體構(gòu)成，該圓柱體被稱為內(nèi)部圓柱體(1)，其具有直徑(dl)和高度(hl)，以及外部圓柱體(2)，其具有直徑(d2)和高度(h2)，該外部圓柱體相對(duì)于盤平面升高了高度(h3)，將兩個(gè)圓柱體分開的下部水平表面(5)被封閉并且位于分配器盤的底部上方的高度(h3)處，該高度(h3)在10至IOOmm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20mm至60mm的范圍內(nèi)，外部圓柱體(2)的側(cè)壁設(shè)有至少一個(gè)基本上豎直的槽(4),用于允許氣體和液體進(jìn)入環(huán)形區(qū)域(3)，氣液混合物作為上升流在環(huán)形區(qū)域(3)中被夾帶，然后經(jīng)由其上部開口(6)通入內(nèi)部圓柱體(1)，并且在內(nèi)部圓柱體(1)內(nèi)側(cè)下落,然后經(jīng)由位于內(nèi)部圓柱體(1)下端處的開口(7)被排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中具有高度(h4)的豎直的槽(4)數(shù)量在I至3的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在I至2的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中分配元件之間的間距為尺寸在100至200mm的范圍內(nèi)的方形或三角形圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中分配元件的總高度在200至400mm的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中分配元件的尺寸如下: (h2)在100至500mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在200至400mm的范圍內(nèi)； (d2)在15至300mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在50至200mm的范圍內(nèi)； (hi)在100至500mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在200至400mm的范圍內(nèi)； (dl)在10至1OOmm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在25至75mm的范圍內(nèi)； (h4)在10至500mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在100至300mm的范圍內(nèi)； (ef)在I至5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在I至3mm的范圍內(nèi)； (h3)在10至1OOmm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在20至60mm的范圍內(nèi)； 其具有如下標(biāo)記: (h2):外部圓柱體高度(h2)； (d2):外部圓柱體直徑(d2)； (hi):內(nèi)部圓柱體高度(hi)； (dl):內(nèi)部圓柱體直徑(dl)； (h4):氣液混合物的入口槽高度(h4)； (ef):氣液混合物的入口槽寬度(ef)； (h3):外部圓柱體相對(duì)于盤底部平面的高度(h3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中用于氣體和液體的通道的槽具有三角形形狀，三角形頂點(diǎn)指向上或者指向下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中內(nèi)部的和外部的兩個(gè)圓柱體不是精確地共軸，而是偏離中心達(dá)它們兩軸之間的距離，該距離在O至(d2-dl)/4的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中分配器盤由一組錐形導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)，該導(dǎo)流板形成所述盤的整體部件，每個(gè)導(dǎo)流板置于分配元件之下，錐的擴(kuò)大部分指向下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于向下流動(dòng)的并流模式中的氣液流的分配器盤，其中分配器盤由一組篩來實(shí)現(xiàn)，該篩形成所述盤的整體部件并且置于盤下游離所述盤一定距離處，該距離在20至300mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在50至150mm的范圍內(nèi)，各種篩元件也被置于不同的平面中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器盤在包含4至20個(gè)碳原子，優(yōu)選地8至20個(gè)碳原子的石油餾分的加氫處理、氫化作用或氧化作用的工藝中的使用。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分配器盤在使用“滴流床”模式中的氣體和液體的并流向下流動(dòng)的任意工藝中的使用，此模式即液體的表面速度在0.1至1.5cm/s的范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B01D3/20GK103906563SQ201280054260
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月3日
【發(fā)明者】Y.阿魯恩, F.巴澤爾-巴希, F.奧吉耶, C.羅容, C.布瓦耶 申請(qǐng)人:Ifp 新能源公司