專利名稱：一種箱式急冷混合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發生放熱反應的反應器內的一種構件，具體地說是一種能實現熱的反應物流與補充的冷介質充分混合的急冷混合器。
背景技術：
放熱反應在石油煉制和石油化工工藝過程中非常普遍，如加氫裂化反應、加氫精制反應和烷基化反應等均是放熱反應，在某些放熱反應過程中，如果不對反應物流的溫度加以控制的話，反應器內催化劑床層內部的溫度就有可能在短時間內迅速上升，并達到難以控制的程度，這就是通常所指的“飛溫”現象，因此當反應的放熱量較大，催化劑床層的溫升較高時，通過適當的冷卻方法來調節和控制反應物流的溫度并防止“飛溫”現象的發生是十分必要的。可供選用的取熱方式一般有非直接取熱和直接加入冷卻介質兩種方式，而后一種方式是通常采用的較好方法，即把反應器內的催化劑床層分成兩個以上床層，在相鄰兩床層之間設置內構件并補充冷介質，以達到冷介質與熱反應物流的充分混合，并能均勻地分布到下一催化劑床層中。
以加氫反應為例，在加氫反應器內反應物流通常以氣相或氣、液兩相通過催化劑床層，并發生加氫裂化反應、加氫精制反應等放熱反應，為了控制反應物流的溫度，防止催化劑床層內發生“飛溫”現象，通常將冷介質加入到相鄰的兩個催化劑床層之間，并在反應器的內構件中與上一催化劑床層來的熱反應物流進行充分的混合，并均勻地分布到下一催化劑床層中。混合物流沿徑向位置以均一的溫度及組成進入下一催化劑床層的上部是十分必要的，因為反應物流溫度及組成沿徑向的梯度會由于反應的進行而進一步加劇，最終有可能導致催化劑床層內局部過熱，在局部過熱處催化劑的活性提高而選擇性降低，催化劑上的積炭快速增加，在加氫裂化過程中尤為明顯，這可導致催化劑的過早失活，且由于高溫的作用，催化劑載體的物理性能受到破壞，從而導致催化劑的過早老化。反應物流分配的不均勻還可使某一局部的氫氣濃度偏低，并加快此處催化劑的積炭速度，進而影響反應的選擇性和轉化率。
在加氫反應器內，相鄰兩催化劑床層之間的內構件一般包括冷介質引入管、急冷混合器、預分布板和分布板。冷介質引入管的作用是將溫度較低的冷介質引入反應器內，一般為帶有長方形開孔的直管、支狀管或環狀管等結構，冷介質由引入管的開口均勻噴出，與上一催化劑床層來的熱反應物流初步混合后進入急冷混合器，冷介質一般為溫度較低的氫氣、氣相物流或液相物流；急冷混合器的作用是使引入的冷介質與熱的反應物流在其內盡可能實現傳質和傳熱的平衡，使液相或氣相內的溫度及組成梯度很小；預分布板的作用是使從急冷混合器出來的混合物流進行預分布，并到達分布板，預分布板一般為篩孔板結構；分布板的作用是使混合物流均勻地分布到下一催化劑床層的頂部，分布板一般為以泡帽為分配單元的板狀結構。
在加氫過程中，反應器的內構件除了具有使熱的反應物流與補充的冷介質均勻混合且均勻分配到下一催化劑床層的作用外，內構件的高度還應該盡可能低。因為加氫反應器大多數為高壓反應器，反應器的直徑較大且器壁較厚，而且一般有多個催化劑床層，也就需要多組內構件，所以內構件高度的降低可以使反應器的總高度降低，從而節約反應器制造材料的投資，且給反應器的運輸及安裝帶來方便，還可以節省器體支撐結構的投資。
急冷混合器是放熱反應器內構件的重要組成部分，上一催化劑床層出來的熱反應物流與補充進來的冷介質在急冷混合器內進行充分的混合，為了增強混合效果，在急冷混合器的結構設計上，一般采用節流、碰撞與旋流的機理。US3502445提出的急冷混合器是，氣液兩相經過收集板上的兩個節流孔進入急冷混合器內，氣液兩相混合物流經過對撞后，分成兩路出急冷混合器。這種結構已在工業裝置上得到了廣泛應用，但其混合效果并不理想，從而造成下一催化劑床層入口處存在較大的徑向溫差，隨著反應的進行，催化劑床層內的徑向溫差會進一步增大，進而影響催化劑性能的發揮。此外，上述急冷混合器的結構復雜，制造及其在反應器內部的安裝均比較困難。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種箱式急冷混合器，以避免下一催化劑床層內由于反應物流與冷介質混合不均造成的局部高溫對催化劑物理性能的損害及催化劑上積炭的驟增。
本實用新型設計的箱式急冷混合器結構如下急冷混合器由入口1a和1b，流道2a和2b，節流孔3，流道4a和4b，節流孔5，及中心管6構成，其中流道2a和2b通過節流孔3與流道4a和4b相通，流道4a和4b通過節流孔5與中心管6相通，中心管6開口于收集板7上，開口的下方為以連接條8固定的圓形擋板9。
所述的流道2a、2b、4a和4b截面為正方形、長方形、圓形或半圓形。
急冷混合器的整體在反應器外制造并以整體形式在反應器內部安裝。也可將急冷混合器分成若干組件并在反應器內部拼裝。
本實用新型提供的急冷混合器可以實現高溫反應物流與補充的冷介質的充分混合，減小下一催化劑床層入口處的徑向溫差，有利于催化劑活性與選擇性的充分發揮。
圖1為本實用新型設計的急冷混合器流道及物流走向的示意圖，圖2為圖1中的A-A向視圖。
具體實施方式
放熱反應器內的催化劑床層分成多段床層，相鄰床層之間的空間內設有一組內構件，補充的溫度較低的介質與上一催化劑床層來的高溫反應物流在急冷混合器內實現充分混合，在急冷混合器的結構上采用了節流、碰撞等機理。混合物流分別通過急冷混合器的兩個入口進入，兩股物流分別經過一段流道后發生激烈地碰撞，并經節流孔進入內側流道，在內側流道內物流又分成兩股，兩股物流沿各自的流道流向另一側，發生激烈碰撞后經節流孔進入中心管，中心管開孔于收集板上，在開孔的下方設有一圓形擋板，使物流在到達預分布板之前進行初始分布。
由于不同工藝中的放熱反應器內的溫升會有較大的區別，且氣液兩相物流的比例也有著較大的不同，因此，本箱式急冷混合器在應用于不同放熱反應器內時，可以在流道的設置上有所變化，即在上述內側流道的內側再增加一至兩環流道，以延長流體在急冷混合器內的停留時間，強化混合效果。此外，為了加強流體在中心管內的混合效果，可以在中心管內設置具有抽吸作用的泡帽結構，在收集板的下方加裝碎流板，使流體具有一定的初始分布。
以下結合附圖對本實用新型提供的急冷混合器予以進一步的說明，但并不因此而限制本實用新型。
圖1為本實用新型提供的急冷混合器流道及物流走向的示意圖，圖2為圖1中的A-A向視圖。
本實用新型提供的急冷混合器結構如下急冷混合器由入口1a和1b，流道2a和2b，節流孔3，流道4a和4b，節流孔5，及中心管6構成，其中流道2a和2b通過節流孔3與流道4a和4b相通，流道4a和4b通過節流孔5與中心管6相通，中心管6開口于收集板7上，開口的下方為以連接條8固定的圓形擋板9。
本實用新型提供的急冷混合器的操作方法如下如圖1所示，急冷混合器安裝在收集板7上，收集板7的外緣與反應器內壁之間密封，上一催化劑床層來的熱反應物流與補充的冷介質的混合物流分別由急冷混合器的入口1a和1b進入急冷混合器，兩股物流分別經過流道2a和2b流向節流孔3，在節流孔3處兩股物流發生激烈地碰撞及混合后進入內側流道，分別沿流道4a和4b流向節流孔5，在節流孔5處兩股物流再次發生碰撞，并進入中心管6，中心管6開口于收集板7上，混合物流經中心管6的開口出急冷混合器并到達下部的預分布板。
圖2為圖1中的A-A向視圖，急冷混合器的主體是由流道2a、2b、4a、4b及中心管6組成的箱式結構，此箱式結構的急冷混合器安裝于收集板7上，中心管6開口于收集板7上，為了防止混合物流過于集中地沖向預分布板，在中心管6及收集板7的開口下方設有以連接條8固定的圓形擋板9，圓形擋板9可對混合物流起初始分布的作用。
本實用新型提供的急冷混合器優點如下1、急冷混合器主體為箱式結構，結構簡單，易于制造。
2、急冷混合器的整體結構可以在反應器外制造，直接在反應器內安裝，省去了在反應器內部的拼裝過程，易于安裝。
3、混合物流在急冷混合器內部經過兩次碰撞及兩次節流，強化了流體的混合，混合物流經過充分地傳質及傳熱達到了很好的混合效果，從而有效地減小了下一催化劑床層入口處的徑向溫差。
4、由于熱的反應物流及補充的冷介質主要是在急冷混合器內進行混合，且急冷混合器具有較好的混合效果，因此，可以降低對冷介質引入管結構的要求，采用結構較為簡單的冷介質引入管，特別是當反應器內只有氣相單相時，冷介質引入管可以直接開口于反應器的器壁上，省去其伸入反應器內的部分。
5、除了可以簡化冷介質引入管的結構外，冷介質引入管在反應器器壁上的開口位置還可以盡可能靠近收集板，從而降低了收集板至上一催化劑床層格柵之間的空間高度，減小了反應器的高度，有利于減少設備的投資，由于反應器器體重量的降低，還有利于反應器的運輸及安裝，降低基建投資。
6、急冷混合器流道的截面可以采用長方形，在流道截面一定的情況下，可以通過增加流道的寬度來降低流道的高度，從而使急冷混合器具有較小的高度，占用反應器的空間高度較小，有效地降低反應器的高度，有利于減少設備投資及基建投資。
權利要求1.一種箱式急冷混合器，其特征在于該急冷混合器由入口(1a)和(1b)，流道(2a)和(2b)、節流孔(3)，流道(4a)和(4b)，節流孔(5)，及中心管(6)構成，其中流道(2a)和(2b)通過節流孔(3)與流道(4a)和(4b)相通，流道(4a)和(4b)通過節流孔(5)與中心管(6)相通，中心管(6)開口于收集板(7)上，開口的下方為以連接條(8)固定的圓形擋板(9)。
2.按照權利要求1的急冷混合器，其特征在于所述的流道(2a)、(2b)、(4a)和(4b)截面為正方形、長方形、圓形或半圓形。
3.按照權利要求1的急冷混合器，其特征在于急冷混合器的整體在反應器外制造并以整體形式在反應器內部安裝。
4.按照權利要求1的急冷混合器，其特征在于急冷混合器分成若干組件并在反應器內部拼裝。
專利摘要一種箱式急冷混合器，由入口1a和1b，流道2a和2b，節流孔3，流道4a和4b，節流孔5，及中心管6構成，其中流道2a和2b通過節流孔3與流道4a和4b相通，流道4a和4b通過節流孔5與中心管6相通，中心管6開口于收集板7上，開口的下方為以連接條8固定的圓形擋板9。該急冷混合器可以實現高溫反應物流與補充的冷介質的充分混合，減小下一催化劑床層入口處的徑向溫差，有利于催化劑活性與選擇性的充分發揮。
文檔編號B01J8/04GK2885403SQ20052014685
公開日2007年4月4日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者楊克勇, 趙志海, 師峰, 付錦暉 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院