新型气液分配器在加氢反应器的应用

王 岩，彭德强，李 欣，齐慧敏，刘 杰



新型气液分配器在加氢反应器的应用

王 岩，彭德强，李 欣，齐慧敏，刘 杰

(中国石油化工股份有限公司 抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺 113001）

介绍了几种常见的气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，详细介绍了FRIPP开发的新型气液分配器的主体结构和工作原理，该分配器在某公司加氢反应器进行了工业应用，运行结果表明，床层温度分布均匀，同一床层各测温点温差≤1 ℃，显示了其优异的性能，具有广阔的市场前景。

加氢反应器；气液分配器；溢流；抽吸；混合

气液分配器在化工及炼油的反应器中大量应用，尤其是固定床加氢反应器的重要内构件之一。近年来，随着加氢反应器规模的不断增大，对在反应器内气液两相的分配效果要求也越来越高，气液分配器的设计更为重要。气液分配器可以均匀的分布从入口扩散器或上一个催化剂床层的气液两相物流，将气液两相原料混合、并均匀地喷洒在催化剂床层表面，保证气液两相与催化剂有充分的接触。加氢过程为放热反应，气液分配器可以改善原料流体的流动状态，使气液两相物流达到轴向和径向的均匀分布，保证发挥催化剂的作用，如果气液分配器不能将物流均匀分布到床层上，催化剂床层就会发生偏流，偏流会导致催化剂的局部过热，使催化剂结焦，进而影响了反应效率和催化剂的使用寿命，大大降低了装置的开工周期。加氢反应器能否长周期稳定工作，催化剂能否充分发挥其作用，产品是否达到质量要求，气液分配器的分配效果起到了至关重要的作用[1]。因此，为了生产超低硫燃料，开发一种分布效果好、压降小、安装尺寸小、安装精度低、可将液相分散更加均匀的分配器具有十分重大的意义[2-6]。

1 气液分配器的主要形式

1.1 溢流型气液分配器

按照其作用机理主要分为三类：溢流型、抽吸型以及二者的混合型。它们的结构、工作机理各不相同，其微观分配均匀性也差别很大。

典型的溢流型气液分配器有两种类型：一种气液分配器由长管和短管构成，当分配盘上的液面高度超过短管的高度时，液体就会溢流进短管，从而进入床层，而气相则经过长管进入床层。另外一种气液分配器是主体管为斜口管形式，在斜口管上开有若干溢流孔，斜口管上部设置盖板。当分配盘上的液面高度超过溢流孔时，液体就会溢流进入斜口管内，而气相会从斜口处向下流入斜口管。进入斜口管以后，液相会被气相夹带冲出斜口管进入下方的催化剂床层中。通过分析溢流型气液分配器的结构和工作原理，液体流动的主要动力源于于分配盘上的液面位能，溢流型气液分配器结构比较简单，压降小，安装检修比较方便，喷淋点多。不足之处就是液体流出斜口管时，液滴直径较大，会形成柱塞流，操作弹性也比较小[2]，图1为斜口管分配器。

图1 斜口管分配器

1.2 抽吸型气液分配器

抽吸型气液分配器的结构主要由主体管和泡帽等部件构成，泡帽的下部开有多条平行于轴线的课产生抽吸作用的条缝，图2为典型的一种泡帽式分配器。当分配盘上的液面高于泡帽的下沿时，气相通过条缝，在泡帽和主体管之间的环形空间产生强大的抽吸力，使得液相被抽吸破碎，变成小液滴被气体携带进入主体管。目前，这种抽吸型气液分配器在国内的加氢反应器内构件使用较多。与溢流型气液分配器相比，抽吸型气液分配器结构比较复杂，压降较大，制作成本比较高，安装检修也比较麻烦[2]。

图2 泡帽分配器

1.3 混合型气液分配器

混合型气液分配器是将溢流型和抽吸型气液分配器两种分配器的优点相结合，具有碎流板结构的溢流碎流式气液分配器，它主体结构主要由主体管、盖板和碎流板三部分构成。从结构上看，溢流碎流型气液分配器基本上保留了溢流型气液分配器结构简单、喷淋点多，压降小等优点[2]。

目前，国内外加氢反应器应用的气液分布器为泡帽型分配器，或改进型泡帽分配器，该分配器基于抽吸原理，气相折流时对液相形成夹带，实现液相分布，但是由于其流态为柱塞流，中心区域流量大，分配效果不好，需流经一段床层后，才能实现均匀分配，且对床层的冲击大，反应器不得不填充足够厚度的瓷球来削减冲击力，辅助均化液相，浪费了宝贵的反应器空间[7-11]。

2 FRIPP气液分配器技术简介

2.1 分配器基本结构

抚顺石油化工研究院（简称FRIPP）开发了一种新型分配器，其主体结构由垂直降液管、雨帽、溅板构成如图3所示。该分配器可实现物料较大扩散角，通过调整分配器液相溢流口位置与形状，形成合理的分配盘存液深度，降低分配盘水平度偏差与液位波动带来的宏观分配不均匀。由于设置了溅板结构，使气流对液流具有剪切和破碎作用，使液流得到更大范围的分散，液体分配的微观均匀性十分优越。

图3 FRIPP分配器模型

2.2 分配器工作原理

工作时，当分配盘上的液面上升到溢流口时，液体成股沿水平方向进入分配器内，并在分配器管内汇集，在势能作用下掉落在下部的溅板上，利用溅板的特殊结构形式，借助液相的势能，使得液相在溅板导流作用下，在溅板表面形成一层薄而均匀液膜。而气相则从分配器上部的气相通道流入分配器内，由于流通面积减小，实现了气相的提速，气相吹拂液相的薄液膜实现了液相的碎流，从而达到液相分散的目的。由于受到溅板阻挡作用，迫使气相夹带液滴向四周分散，实现物料较大扩散角，动能耗尽后自然滴落。溅板背面形成涡流，对液滴产生曳力，使其向中心区域运动，从而使液滴具有更大的分散区域，其流态如图4所示。

流态照片验证了喷嘴式分配器的机理，从喷嘴式分配器出口的液体被气体破碎为1～2 mm的液滴，并向四周喷射，喷射角在110°左右，液相破碎效果非常好。

2.3 技术特征

（1）该喷嘴式分配器可根据液相负荷范围，垂直降液管上开设液相溢流孔，以分配器管线呈对称分布，以限制液体下降的流速，分配盘存在安装误差或液位波动时，可使每个分配器的液相量相近。使分配器适应更广的液相负荷范围。

（2）由于喷嘴式分布器尺寸较小，安装空间小，喷嘴间距小，大大增加了喷淋点数，其溅板结构使气流对液流具有剪切和破碎作用，使液流得到更大范围的分散，因此，液体分配的微观均匀性十分优越。

3 FRIPP新型分配器在加氢装置上的工业应用效果

3.1 装置简介

某公司30万t/a润滑油原料加氢脱酸装置，于2013年7月22日开始催化剂的装填工作，8月15日开始催化剂硫化，8月18日生产出合格产品，实现了开车一次成功的目标。该公司30万t/a润滑油原料加氢脱酸装置以常二线油、减二线油、减三线油为原料，生产脱酸精制油。该套装置采用了抚顺石油化工研究院的催化剂、工艺技术和内构件技术，其中内构件技术主要包括内置集垢器、喷嘴式分配器、旋叶式冷氢箱。

3.2 装置的运行情况

该反应器直径2 000 mm，一共分为两个床层，运行结果表明床层压降在0.15 MPa以下，床层无偏流现象，床层温度分布均匀，同一床层各测温点温差≤1 ℃，如表1所示。

表1 某公司加氢反应器床层径向温度

3.3 小结

目前，该装置的最大加工量可以达到32 t/h，床层压降在0.15MPa以下，新型分配器发挥了较理想的作用，床层均表现了良好的温度分布状态，床层无偏流现象，床层温度分布均匀，同一床层各测温点温差≤1 ℃。

4 结 论

从工业运行数据可以看出，新型分配器发挥了较理想的作用，床层均表现了良好的温度分布状态，反应器压降无升高，大大改善了装置的安全生产条件，为装置的长周期运转提供了保障。显示了其优异的性能，具有广阔的市场前景，必将给企业带来显著的经济效益和社会效益。

参考文献：

［1］ 李欣，彭德强，齐慧敏，刘杰. 新型固定床加氢反应器内构件的研究与应用[J]. 当代化工，2012，4(08)：862-867.

［2］ 蔡连波. 溢流碎流型气液分配器的开发研究[J]. 炼油技术与工程，2009，39(12)：23-27.

［3］ 王蓉，毛在砂，陈家铺. 滴流床中流体分布的研究状况和展望. 化工进展，1998(3)：5-10.

［4］ 夏博康. 加氢反应器内构件的发展[J]. 石油化工设术，1980，1：16-24.

［5］ 曾祥根，张占柱，王少兵，侯拴弟，毛俊义. 加氢反应器分配器的数值模拟[J]. 计算机与应用化学，2005，12(2).

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［7］ 王兴敏. 固定床加氢反应器内构件的开发与应用[J]. 炼油设计，2001，31(08)：24-27.

［8］ 王岩，彭德强，李欣，齐慧敏，刘杰. 加氢反应器除垢方法研究[J]. 当代化工，2011，40(06)：597-599.

［9］ 熊杰明. 滴流床反应器典型分配器的结构与性能[J]. 北京石油化工学院学报，2000，8(2)：16-20.

［10］ 熊杰明，冀学森，高广达，鲍浪，郁浩然. 喷射型分配器的性能研究[J]. 石油化工，2000，29(07)：504-506.

［11］ 蔡连波. BL 型气液分配器的试验研究[J]. 石油化工设备，2009，38(02)：1-4.

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

王岩（1982-），女，辽宁省抚顺市人，工程师，硕士，2008 年毕业于辽宁石油化工大学化工过程机械专业，研究方向：从事化工工程技术研究工作。E-mail：wangyan.fshy@sinopec.com，电话：024-56389229。