新型氣液分配器在加氫反應器的應用

王 巖，彭德強，李 欣，齊慧敏，劉 杰

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新型氣液分配器在加氫反應器的應用

王 巖，彭德強，李 欣，齊慧敏，劉 杰

(中國石油化工股份有限公司 撫順石油化工研究院，遼寧撫順 113001）

介紹了幾種常見的氣液分配器形式及工作原理，包括溢流型分配器、抽吸型分配器和混合型分配器，詳細介紹了FRIPP開發的新型氣液分配器的主體結構和工作原理，該分配器在某公司加氫反應器進行了工業應用，運行結果表明，床層溫度分布均勻，同一床層各測溫點溫差≤1 ℃，顯示了其優異的性能，具有廣闊的市場前景。

加氫反應器；氣液分配器；溢流；抽吸；混合

氣液分配器在化工及煉油的反應器中大量應用，尤其是固定床加氫反應器的重要內構件之一。近年來，隨著加氫反應器規模的不斷增大，對在反應器內氣液兩相的分配效果要求也越來越高，氣液分配器的設計更為重要。氣液分配器可以均勻的分布從入口擴散器或上一個催化劑床層的氣液兩相物流，將氣液兩相原料混合、并均勻地噴灑在催化劑床層表面，保證氣液兩相與催化劑有充分的接觸。加氫過程為放熱反應，氣液分配器可以改善原料流體的流動狀態，使氣液兩相物流達到軸向和徑向的均勻分布，保證發揮催化劑的作用，如果氣液分配器不能將物流均勻分布到床層上，催化劑床層就會發生偏流，偏流會導致催化劑的局部過熱，使催化劑結焦，進而影響了反應效率和催化劑的使用壽命，大大降低了裝置的開工周期。加氫反應器能否長周期穩定工作，催化劑能否充分發揮其作用，產品是否達到質量要求，氣液分配器的分配效果起到了至關重要的作用[1]。因此，為了生產超低硫燃料，開發一種分布效果好、壓降小、安裝尺寸小、安裝精度低、可將液相分散更加均勻的分配器具有十分重大的意義[2-6]。

1 氣液分配器的主要形式

1.1 溢流型氣液分配器

按照其作用機理主要分為三類：溢流型、抽吸型以及二者的混合型。它們的結構、工作機理各不相同，其微觀分配均勻性也差別很大。

典型的溢流型氣液分配器有兩種類型：一種氣液分配器由長管和短管構成，當分配盤上的液面高度超過短管的高度時，液體就會溢流進短管，從而進入床層，而氣相則經過長管進入床層。另外一種氣液分配器是主體管為斜口管形式，在斜口管上開有若干溢流孔，斜口管上部設置蓋板。當分配盤上的液面高度超過溢流孔時，液體就會溢流進入斜口管內，而氣相會從斜口處向下流入斜口管。進入斜口管以后，液相會被氣相夾帶沖出斜口管進入下方的催化劑床層中。通過分析溢流型氣液分配器的結構和工作原理，液體流動的主要動力源于于分配盤上的液面位能，溢流型氣液分配器結構比較簡單，壓降小，安裝檢修比較方便，噴淋點多。不足之處就是液體流出斜口管時，液滴直徑較大，會形成柱塞流，操作彈性也比較小[2]，圖1為斜口管分配器。

圖1 斜口管分配器

1.2 抽吸型氣液分配器

抽吸型氣液分配器的結構主要由主體管和泡帽等部件構成，泡帽的下部開有多條平行于軸線的課產生抽吸作用的條縫，圖2為典型的一種泡帽式分配器。當分配盤上的液面高于泡帽的下沿時，氣相通過條縫，在泡帽和主體管之間的環形空間產生強大的抽吸力，使得液相被抽吸破碎，變成小液滴被氣體攜帶進入主體管。目前，這種抽吸型氣液分配器在國內的加氫反應器內構件使用較多。與溢流型氣液分配器相比，抽吸型氣液分配器結構比較復雜，壓降較大，制作成本比較高，安裝檢修也比較麻煩[2]。

圖2 泡帽分配器

1.3 混合型氣液分配器

混合型氣液分配器是將溢流型和抽吸型氣液分配器兩種分配器的優點相結合，具有碎流板結構的溢流碎流式氣液分配器，它主體結構主要由主體管、蓋板和碎流板三部分構成。從結構上看，溢流碎流型氣液分配器基本上保留了溢流型氣液分配器結構簡單、噴淋點多，壓降小等優點[2]。

目前，國內外加氫反應器應用的氣液分布器為泡帽型分配器，或改進型泡帽分配器，該分配器基于抽吸原理，氣相折流時對液相形成夾帶，實現液相分布，但是由于其流態為柱塞流，中心區域流量大，分配效果不好，需流經一段床層后，才能實現均勻分配，且對床層的沖擊大，反應器不得不填充足夠厚度的瓷球來削減沖擊力，輔助均化液相，浪費了寶貴的反應器空間[7-11]。

2 FRIPP氣液分配器技術簡介

2.1 分配器基本結構

撫順石油化工研究院（簡稱FRIPP）開發了一種新型分配器，其主體結構由垂直降液管、雨帽、濺板構成如圖3所示。該分配器可實現物料較大擴散角，通過調整分配器液相溢流口位置與形狀，形成合理的分配盤存液深度，降低分配盤水平度偏差與液位波動帶來的宏觀分配不均勻。由于設置了濺板結構，使氣流對液流具有剪切和破碎作用，使液流得到更大范圍的分散，液體分配的微觀均勻性十分優越。

圖3 FRIPP分配器模型

2.2 分配器工作原理

工作時，當分配盤上的液面上升到溢流口時，液體成股沿水平方向進入分配器內，并在分配器管內匯集，在勢能作用下掉落在下部的濺板上，利用濺板的特殊結構形式，借助液相的勢能，使得液相在濺板導流作用下，在濺板表面形成一層薄而均勻液膜。而氣相則從分配器上部的氣相通道流入分配器內，由于流通面積減小，實現了氣相的提速，氣相吹拂液相的薄液膜實現了液相的碎流，從而達到液相分散的目的。由于受到濺板阻擋作用，迫使氣相夾帶液滴向四周分散，實現物料較大擴散角，動能耗盡后自然滴落。濺板背面形成渦流，對液滴產生曳力，使其向中心區域運動，從而使液滴具有更大的分散區域，其流態如圖4所示。

流態照片驗證了噴嘴式分配器的機理，從噴嘴式分配器出口的液體被氣體破碎為1～2 mm的液滴，并向四周噴射，噴射角在110°左右，液相破碎效果非常好。

2.3 技術特征

（1）該噴嘴式分配器可根據液相負荷范圍，垂直降液管上開設液相溢流孔，以分配器管線呈對稱分布，以限制液體下降的流速，分配盤存在安裝誤差或液位波動時，可使每個分配器的液相量相近。使分配器適應更廣的液相負荷范圍。

（2）由于噴嘴式分布器尺寸較小，安裝空間小，噴嘴間距小，大大增加了噴淋點數，其濺板結構使氣流對液流具有剪切和破碎作用，使液流得到更大范圍的分散，因此，液體分配的微觀均勻性十分優越。

3 FRIPP新型分配器在加氫裝置上的工業應用效果

3.1 裝置簡介

某公司30萬t/a潤滑油原料加氫脫酸裝置，于2013年7月22日開始催化劑的裝填工作，8月15日開始催化劑硫化，8月18日生產出合格產品，實現了開車一次成功的目標。該公司30萬t/a潤滑油原料加氫脫酸裝置以常二線油、減二線油、減三線油為原料，生產脫酸精制油。該套裝置采用了撫順石油化工研究院的催化劑、工藝技術和內構件技術，其中內構件技術主要包括內置集垢器、噴嘴式分配器、旋葉式冷氫箱。

3.2 裝置的運行情況

該反應器直徑2 000 mm，一共分為兩個床層，運行結果表明床層壓降在0.15 MPa以下，床層無偏流現象，床層溫度分布均勻，同一床層各測溫點溫差≤1 ℃，如表1所示。

表1 某公司加氫反應器床層徑向溫度

3.3 小結

目前，該裝置的最大加工量可以達到32 t/h，床層壓降在0.15MPa以下，新型分配器發揮了較理想的作用，床層均表現了良好的溫度分布狀態，床層無偏流現象，床層溫度分布均勻，同一床層各測溫點溫差≤1 ℃。

4 結 論

從工業運行數據可以看出，新型分配器發揮了較理想的作用，床層均表現了良好的溫度分布狀態，反應器壓降無升高，大大改善了裝置的安全生產條件，為裝置的長周期運轉提供了保障。顯示了其優異的性能，具有廣闊的市場前景，必將給企業帶來顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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Application of New Gas-liquid Distributor in Hydrogenation Reactors

，，，，

（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals,SINOPEC, Liaoning Fushun 113001，China）

Forms and working principles of several common gas-liquid distributor were introduced, including the overflow type distributor, a suction type distributor and mixed type distributor. The main structure and the working principle of new gas-liquid distributor developed by FRIPP were described. The distributor had been used in the hydrogenation device in a company. The running results showed that, the bed temperature distribution was uniform, the temperature difference of every temperature measuring points in the same bed layer was less than or equal to 1 ℃, so the new gas-liquid distributor showed excellent performance, had a broad market prospect.

hydrogenated reactor; distributor; suction; aspiration ; mixing

TQ 052

A

1671-0460（2016）09-2147-03

2016-07-18

王巖（1982-），女，遼寧省撫順市人，工程師，碩士，2008 年畢業于遼寧石油化工大學化工過程機械專業，研究方向：從事化工工程技術研究工作。E-mail：wangyan.fshy@sinopec.com，電話：024-56389229。