專利名稱：一種用于催化反應(yīng)器中兩相流的混合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在容器中混合氣體或蒸氣與液體的混合裝置，汽相和液相在該裝置中并流流動(dòng)。該裝置的目的是使離開該裝置的出口混合物的溫度和化學(xué)組成達(dá)到平衡。本發(fā)明適用但不限于，在一種加氫操作反應(yīng)器如加氫處理反應(yīng)器或加氫裂化反應(yīng)器內(nèi)兩個(gè)鄰近催化劑床層之間，將熱富氫處理氣和熱烴液體同冷卻流股混合。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種包括前述混合裝置的催化反應(yīng)器、一種在該反應(yīng)器中并流流動(dòng)的蒸氣和液體的混合方法，以及一種采用所述方法制備的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利中已經(jīng)公開了大量?jī)上嗖⒘魅萜鞯幕旌涎b置。大部分裝置屬于下面六種中的一種第1種提供于收集塔板并具有進(jìn)料溜槽的渦旋混合器美國(guó)專利3,541,000記述了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器由水平的收集塔板6組成。該收集塔板有多個(gè)斜槽32/34。從上面催化劑床層流下來的全部蒸氣和液體工藝物流高速流過這些進(jìn)料溜槽。收集塔板的下面是環(huán)形混合箱8。槽的出口噴嘴設(shè)有水平構(gòu)件，在環(huán)形混合箱中會(huì)形成渦流流動(dòng)。然后流體通過內(nèi)堰12，之后垂直向下通過中心孔10。在中心孔10的出口處，通過多腿支架設(shè)備30中的多孔管式分配器加入冷卻流體?；旌掀飨旅嬖O(shè)置有一個(gè)用于液體粗分配的分布塔板14。塔板14也可以用作從中心孔10流出的高速流體的沖擊板。在粗分配塔板的下方設(shè)置有一個(gè)用于液體最終分配的分配塔板4。
渦流混合器的其他例子美國(guó)專利4,836,989公開了一個(gè)與美國(guó)專利3,541,000中混合器相似的渦流混合器。但是，為了改進(jìn)冷卻流體同從上面催化劑床層流下來的蒸氣和液體的混合，急冷流體是通過收集塔板12的上游而非下游的多孔管式分配器13加入。
美國(guó)專利5,837,208、5,989,502和WO0248286中公開了與美國(guó)專利4,836,989中混合器相似的混合器。
第2種具有徑向/水平輸入流的漩渦箱式混合器美國(guó)專利3,353,924中記述了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器由收集塔板6組成。冷卻介質(zhì)通過收集塔板上方的多孔管環(huán)11加入。從混合器上方的催化劑床層3中流出的蒸氣和液體和冷卻流體通過多個(gè)進(jìn)口8進(jìn)入漩渦箱7中。同前述渦旋混合器設(shè)計(jì)不同，流體主要是在水平方向/徑向通過進(jìn)口進(jìn)入漩渦箱式混合器。進(jìn)口設(shè)有葉片9，該葉片可以使漩渦箱7中的流體做渦流運(yùn)動(dòng)。流體通過中心孔13a流出漩渦箱。中心孔下方，有孔沖擊板設(shè)置有垂直擋板16。
漩渦箱式混合器的其他例子美國(guó)專利3,787,189公開了同美國(guó)專利3,353,924中混合器相似的漩渦箱式混合器。但是該漩渦箱的進(jìn)口通道和葉片的設(shè)計(jì)與之不同，而且中心孔20下方的沖擊板23無孔。收集塔板18下方設(shè)置有葉片22，可以使流體渦流運(yùn)動(dòng)流出混合器，替代了混合器出口處徑向設(shè)置的垂直檔板。
美國(guó)專利5,462,719中公開了同美國(guó)專利3,353,924相似的漩渦箱式混合器。蒸氣和液體首先流過圓柱形檔板24中的徑向孔，然后流過葉片22，使之在漩渦箱內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)。流體通過中心孔21流出漩渦箱，并進(jìn)入位于收集塔板20下的第二個(gè)混合箱。在第二個(gè)混合箱中，流體沿著徑向向外流動(dòng)，通過圓柱形壁26中的徑向孔流出混合器。
第3種泡罩混合器美國(guó)專利5,152,967中公開了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器由一個(gè)收集塔板16和一個(gè)與降液管17重疊的泡罩18和19組成。該泡罩和降液管確定了第一個(gè)混合漩渦室。泡罩19的側(cè)壁設(shè)置有斜向開口。當(dāng)蒸氣和液體通過斜向開口進(jìn)入第一個(gè)漩渦室時(shí)，形成渦流運(yùn)動(dòng)。流體首先向上流過降液管17的上邊緣，然后通過降液管和塔板6內(nèi)的中心孔向下流動(dòng)。該混合器在內(nèi)部徑向流動(dòng)的第一個(gè)漩渦室下方還設(shè)置有第二個(gè)漩渦室。
泡罩混合器的其他例子美國(guó)專利6,183,702 B1公開了另一個(gè)泡罩混合器。該混合器由收集塔板1125組成，該收集塔板可保持在一定的液面高度。該收集塔板設(shè)置有垂直檔板1130，可以促進(jìn)液體在塔板1125上渦流運(yùn)動(dòng)。從管1140中噴出的冷卻流體可進(jìn)一步加強(qiáng)渦流運(yùn)動(dòng)。在收集塔板上，泡罩混合器由一個(gè)與圓柱形降液管1165重疊的細(xì)長(zhǎng)圓柱形罩1150組成，該泡罩混合器設(shè)置在塔板1125中的中心孔上方。在泡罩和降液管之間的環(huán)形空間中設(shè)置有半螺旋形檔板1155。蒸氣通過泡罩1150的圓柱形壁中的狹縫進(jìn)入到該環(huán)形空間。這樣，蒸氣夾帶著液體上升進(jìn)入環(huán)形空間，蒸氣和液體通過環(huán)形空間向上流動(dòng)。在該環(huán)形空間中通過檔板1155形成渦流運(yùn)動(dòng)。
蒸氣和液體沿著降液管和收集塔板1125中的通道向下流動(dòng)。
美國(guó)專利3,824,080、3,824,081和5,403,560公開了泡罩混合器的其他例子。
第4種蒸氣和液體單獨(dú)混合的混合器歐洲專利716,881公開了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器由帶有中心孔30的收集塔板20組成。在中心孔上方設(shè)置有用于混合蒸氣的蒸氣漩渦箱100/55。該蒸氣漩渦箱設(shè)置有孔95和渦旋裝置105。收集塔板20設(shè)置有用于液體流動(dòng)的其他開口40。開口與通道65相連，使液體流向反應(yīng)器的中心線。正常操作中，收集塔板20保持在一定液面高度，蒸氣進(jìn)入蒸氣漩渦箱混合器100/55中并且通過中心孔30流出，而液體通過平行液體通道40/65從漩渦箱式混合器旁路通過?；旌掀飨路皆O(shè)置有一個(gè)粗分布器/沖擊板90。
美國(guó)專利5,935,413中公開了單獨(dú)混合蒸氣和液體的混合器的其他例子第5種垂直流動(dòng)的檔板箱式混合器美國(guó)專利4,233,269中公開了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器由進(jìn)料口12組成，蒸氣和液體可以由該進(jìn)料口進(jìn)入混合器。從進(jìn)料口進(jìn)入的流體流過由環(huán)形塔板32和36形成的兩個(gè)圓形混合口以及由圓盤34形成的環(huán)形流動(dòng)區(qū)。
第6種水平流動(dòng)的檔板箱式混合器美國(guó)專利5,690,896公開了這種混合器設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。該混合器可以作為催化劑支撐系統(tǒng)的一個(gè)部分。蒸氣和液體被收集在環(huán)形收集槽24中。冷卻流體通過冷卻管22和23加入到環(huán)形收集槽中。蒸氣和液體通過環(huán)形收集槽流進(jìn)設(shè)置在支撐梁14和15之間的混合箱30中。全部工藝物流在進(jìn)口36處進(jìn)入混合器箱中。該混合器箱由單獨(dú)的流動(dòng)通道組成，流動(dòng)方向可360°旋轉(zhuǎn)。流體在混合器中經(jīng)過360°旋轉(zhuǎn)后，通過中心孔37流出。
美國(guó)專利3,705,016公開了一個(gè)由設(shè)置在收集塔板和催化劑支撐塔板8上的屏11/12組成的混合器。該屏由惰性載體材料7覆蓋。冷卻流體注入塔板8上方的催化劑床層。蒸氣和液體可以通過屏11/12，但惰性材料不能通過。蒸氣和液體通過屏后，垂直流過收集塔板8中的中心孔。在收集塔板下方設(shè)置一個(gè)水平混合箱，該混合箱由底板16和垂直檔板20、21、22和23組成。從中心孔流出的流體先被分成兩個(gè)水平流。之后每個(gè)流股又被分成兩個(gè)流，最終形成四個(gè)流。在混合器的出口處，四股流中的兩股再次混合進(jìn)入反應(yīng)器截面的一側(cè)，而剩下的兩個(gè)流股也再次混合進(jìn)入反應(yīng)器截面的另一側(cè)。最后，通過多孔塔板25分布蒸氣和流體。
美國(guó)專利3,977,834給出了水平流動(dòng)的檔板箱式混合器的另一個(gè)例子。公開了由多個(gè)平行混合箱13組成的混合器。混合箱設(shè)置在催化劑支撐梁7之間，在混合箱的上游，于該梁之間通過管子11加入冷卻流體。
背景技術(shù)：
中混合器性能討論
壓降是所有提到的混合器設(shè)計(jì)中的混合驅(qū)動(dòng)力。但是，例如在加氫處理和加氫裂化單元操作中，增加混合器的壓降會(huì)導(dǎo)致成本增加。如循環(huán)氣壓縮機(jī)的初始成本增加，及循環(huán)氣壓縮機(jī)所需的附加軸功率使操作成本增加。在兩相混合器中，能夠在給定混合器壓降實(shí)現(xiàn)均勻混合并且形成平衡出口混合物的標(biāo)準(zhǔn)如下A)混合器需要具有流動(dòng)限制區(qū)或者高流速混合口。高流速能夠使液體分散進(jìn)入蒸氣中，或者使蒸氣分散進(jìn)入液體中。分散流動(dòng)增大了界面面積有利于傳熱和傳質(zhì)。高流速也增大了湍流的程度，湍流也另外產(chǎn)生良好的混合。高流速進(jìn)一步產(chǎn)生較高的傳質(zhì)和傳熱系數(shù)，有利于液相和氣相之間的傳熱和傳質(zhì)。
B)全部工藝物流匯集并在混合口接觸。由于平行流之間無法接觸，并由此不能實(shí)現(xiàn)平行流的溫度和組成平衡，因此穿過混合器的平行通道是不適當(dāng)?shù)摹?br> C)混合器在混合口下游具有低流速區(qū)域，使蒸氣和液體保持一定停留時(shí)間，為從高流速到低流速轉(zhuǎn)變創(chuàng)造湍流條件。傳熱和傳質(zhì)需要停留時(shí)間。相混合需要湍流條件。
D)在混合器出口處，必須達(dá)到穿過反應(yīng)器截面的流體的合理分布和擴(kuò)散。即使混合器下方設(shè)置有分布塔板，在混合器出口處仍然需要沿著反應(yīng)器截面的特定液體分布，以防止分布塔板上過大的液面梯度。如，所有的液體在反應(yīng)器一側(cè)流出的混合器設(shè)計(jì)就不適用。
此外，整個(gè)混合器的高度也很重要?；旌掀饕M可能的緊湊以降低反應(yīng)器/容器的高度需求。在加氫處理或加氫裂化反應(yīng)器中，混合器占據(jù)的空間不能被具有活性的催化劑利用。為了將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成預(yù)期產(chǎn)物，需要給定催化劑的總?cè)莘e。所以混合器占據(jù)的空間增加了所需反應(yīng)器的尺寸/高度。加氫裂化反應(yīng)器設(shè)計(jì)成在200巴和450℃操作，同時(shí)具有氫氣和硫化氫的高分壓。反應(yīng)器通常設(shè)計(jì)成具有高達(dá)5米的內(nèi)徑?；趪?yán)格的設(shè)計(jì)條件，加氫裂化反應(yīng)器要具有一個(gè)很厚的外殼，該外殼通常由2.25鉻1.0鉬鋼制造并帶有奧氏體不銹鋼內(nèi)襯，如347SS。每米反應(yīng)器直邊的成本高達(dá)一百萬美金(2002年)。因此，如果采用更緊湊的混合器設(shè)計(jì)，存在較大的潛在節(jié)約空間。
第一種混合器，帶有進(jìn)料溜槽的渦旋混合器，是目前工業(yè)加氫處理和加氫裂化應(yīng)用中最普遍采用的混合器設(shè)計(jì)?；旌掀鲏航档闹饕糠钟糜谶M(jìn)料溜槽。但是這些槽表現(xiàn)為平行流動(dòng)通道。因此沒有到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)B的要求。此外，由于不平整的收集塔板或者其它制造容差原因，每個(gè)進(jìn)口槽的蒸汽和液體分布情況可能較差。大部分液體通過一些槽，而大部分蒸汽則通過另一些槽。這種情況下，蒸汽和液體在進(jìn)料溜槽中就不能有效地接觸。流體在環(huán)形箱中的停留時(shí)間通常無法使流體進(jìn)行一個(gè)360度的全程旋轉(zhuǎn)，因此從不同槽、不同反應(yīng)器側(cè)邊流出的流體永遠(yuǎn)無法徹底混合。進(jìn)料溜槽中的流速通常太高，而無法象最初要求那樣使環(huán)形箱中的液體分離。全部工藝物流在混合器的中心孔中接觸，然后流體隨后立即沿著反應(yīng)器截面分布。中心孔下游沒有限定的體積用于產(chǎn)生傳質(zhì)和傳熱的時(shí)間。所以，標(biāo)準(zhǔn)C也沒有滿足。第一種混合器為相對(duì)緊湊的混合器。
第二種混合器，帶有徑向/水平輸入流的漩渦箱式混合器，渦旋室的進(jìn)口承擔(dān)著壓降的主要部分。這些進(jìn)口表現(xiàn)為平行流動(dòng)通道。因此無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)B的要求。同第一種混合器一樣，全部工藝物流在中心孔接觸。但是之后，流體立即全部沿著反應(yīng)器截面分布。中心孔下游沒有限定的體積用于產(chǎn)生傳質(zhì)和傳熱的時(shí)間。所以，標(biāo)準(zhǔn)C也沒有滿足。
同第一種和第二種混合器一樣，第三種混合器，泡罩混合器也沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)B和C的要求。
在第四種混合器中，蒸氣和液體單獨(dú)混合的混合器，混合器壓降部分用于預(yù)混合器中，用來預(yù)混合分離和并流的蒸汽和液體。每個(gè)單相預(yù)混合器本身也包括平行流通道，如平行進(jìn)料溜槽或葉片。因此該種混合器也沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)B的要求。歐洲專利716,881中，根本就沒有兩相混合口，所以也沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)A的要求。
第五種，垂直流動(dòng)的檔板箱式混合器，美國(guó)專利4,223,269公開了一個(gè)混合性能極好的設(shè)計(jì)并且能夠滿足前述A到D所有標(biāo)準(zhǔn)的要求?？墒牵谖宸N混合器的高度太高，占據(jù)了反應(yīng)器/容器很多體積。
第六種混合器，水平流動(dòng)的檔板箱式混合器，美國(guó)專利3,705,016和3,977,834公開了帶有多個(gè)平行流動(dòng)通道的混合器設(shè)計(jì)，沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)B的要求。由于全部工藝物流無法在一個(gè)混合口中接觸，美國(guó)專利3,977,834也沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)A的要求。另外，由于液體以不均勻模式流出混合器，美國(guó)專利3,705,016沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)D的要求。對(duì)于第六種混合器，美國(guó)專利5,690,896公開了一個(gè)合理的較好的混合器。但是該混合器沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)C的要求。在把全部工藝物流一起引入混合口后，混合口的下游沒有足夠的停留時(shí)間用于傳質(zhì)和傳熱。由于流體僅僅從一側(cè)進(jìn)入中央通道，也沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)D的要求。最終混合器出口處的流體分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在蒸汽和液體并流流動(dòng)的容器中混合氣體或蒸汽和液體的混合裝置。本發(fā)明屬于前述的第六種混合器，水平流動(dòng)的檔板箱式混合器。
本發(fā)明一個(gè)主要目的是提供這種混合，使其具有相對(duì)較小的反應(yīng)器體積損失并具有相對(duì)較低的能量要求。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的上述和其它目的以及本發(fā)明的有益效果如下得到提供一種用于催化反應(yīng)器中的混合裝置，該混合裝置設(shè)置在上部催化劑床層和下部催化劑床層之間，用于混合所述反應(yīng)器容器中通過所述相互疊加的催化劑床層并流流動(dòng)的氣體或蒸汽和液體，所述混合裝置形成通過所述混合裝置的流動(dòng)通道，用于所述蒸汽和液體從所述上部催化劑床層流動(dòng)到所述下級(jí)催化劑床層，反之亦然，所述流動(dòng)通道包括至少一個(gè)所述混合裝置的進(jìn)口；至少一個(gè)所述混合裝置的出口；沿著所述流動(dòng)通道連續(xù)排列的第一和至少一個(gè)第二混合口或通道，所述第一和所述至少一個(gè)第二混合口的設(shè)置可以使基本上全部液體和蒸汽混合流流過每個(gè)所述的混合口，該混合口的流通面積與所述混合流的流速有關(guān)，以使混合口內(nèi)所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，優(yōu)選足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；一個(gè)基本水平的流動(dòng)通道部分，延伸設(shè)置在所述至少一個(gè)進(jìn)口和所述至少一個(gè)出口之間，以使混合裝置的垂直尺寸盡可能的小，所述基本水平流動(dòng)通道部分優(yōu)選從最近的所述進(jìn)口延伸至最近的所述出口。
因此，在反應(yīng)器體積損失最小的情況下得到了液體和蒸汽間的有效相互作用。
本發(fā)明提供了一種用于催化反應(yīng)器中的混合裝置，該混合裝置設(shè)置在上部催化劑床層和下部催化劑床層之間，用于混合所述反應(yīng)器的基本垂直的容器中通過所述相互疊加的催化劑床層并流流動(dòng)的氣體或蒸汽和液體，所述的混合裝置形成通過所述混合裝置的流動(dòng)通道，用于所述蒸汽和液體從所述上部催化劑床層流動(dòng)到所述下級(jí)催化劑床層，反之亦然，所述混合裝置包括設(shè)置有至少一個(gè)進(jìn)口頂部壁；設(shè)置有至少一個(gè)出口底部壁；在所述頂部壁外緣和底部壁外緣之間延伸設(shè)置的外側(cè)壁，用于在所述頂部壁和所述底部壁之間構(gòu)成一個(gè)封閉空間；內(nèi)部隔斷壁，延伸設(shè)置在所述頂部壁和底部壁之間，與所述頂部壁、底部壁和外側(cè)壁一起構(gòu)成所述的流動(dòng)通道，而且所述隔斷壁沿著所述流動(dòng)通道相繼形成了第一和至少一個(gè)第二混合口或通道，所述第一和所述至少一個(gè)第二混合口的設(shè)置使基本上全部液體和蒸汽的混合流流過每個(gè)所述混合口，該混合口的流通面積與所述混合流的流速有關(guān)，以使混合口內(nèi)所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，優(yōu)選足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；
基本水平的流動(dòng)通道部分，由所述內(nèi)部隔斷壁連同所述頂部壁和底部壁一起構(gòu)成，延伸設(shè)置在所述至少一個(gè)進(jìn)口和所述至少一個(gè)出口之間，以使所述混合裝置的垂直尺寸盡可能小，所述基本水平流動(dòng)通道部分優(yōu)選從最近的所述進(jìn)口延伸至最近的所述出口。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，本發(fā)明提供了一種設(shè)置在圓柱形反應(yīng)器壁間的阻流水平混合箱。該混合箱有一個(gè)或多個(gè)通道，使基本垂直流動(dòng)的流體流進(jìn)混合器。該混合箱包括一個(gè)水平圓形頂部壁，一個(gè)水平圓形底部壁，以及一個(gè)垂直圓柱壁，該圓柱壁可以作為反應(yīng)器內(nèi)壁的一部分。為了使混合箱的高度最小，混合箱的直徑優(yōu)選接近于反應(yīng)器的內(nèi)徑，或與反應(yīng)器的內(nèi)徑一致。在水平混合箱內(nèi)設(shè)置有垂直流動(dòng)檔板。該垂直流動(dòng)檔板形成了混合口，在此全部工藝物流高流速流過該混合口。該混合口后設(shè)置有一個(gè)三通，能夠?qū)⒐に囄锪鞣殖蓛蓚€(gè)低流速的側(cè)流。水平混合箱由一系列后面設(shè)有三通的混合口組成，首先流體在第一流動(dòng)限制區(qū)以高流速混合，然后由第一個(gè)三通分成兩個(gè)低流速流股，之后在第二流動(dòng)限制區(qū)以高流速再次混合，等等。在混合口內(nèi)，液體被分散到蒸汽中，為傳質(zhì)和傳熱提供了較大的界面面積?；旌峡趦?nèi)的高流速也產(chǎn)生了較高的傳熱和傳質(zhì)系數(shù)，并且形成了混合所需的湍流狀態(tài)。因此滿足了標(biāo)準(zhǔn)A的要求。由于全部工藝物流從每個(gè)混合口中流過，所以也滿足了標(biāo)準(zhǔn)B的要求。在兩個(gè)混合口之間的低流速區(qū)內(nèi)，提供了用于傳質(zhì)和傳熱的滯留時(shí)間。因此，也滿足了標(biāo)準(zhǔn)C的要求。在通過一系列的混合口和三通后，流體通過圓形水平底部壁的一個(gè)或多個(gè)通道在垂直方向上流出。優(yōu)選在反應(yīng)器的中心線上設(shè)有一個(gè)開口，對(duì)稱的流體可以進(jìn)入該開口，為混合器的下方提供均勻的液體分布。因此，標(biāo)準(zhǔn)D也得到了滿足。在圓形水平底部壁內(nèi)的通道下方設(shè)置有一個(gè)沖擊板，能夠降低兩相噴射流的高流速，使液體在反應(yīng)器截面上分布。
冷卻流體可以在第一個(gè)混合口上游，水平頂部壁的上方或水平頂部壁和底部壁之間加入。冷卻流體也可以在兩個(gè)混合口之間加入。
然而現(xiàn)有的第六種混合器無法滿足正確混合性能A-D所有標(biāo)準(zhǔn)的要求，但本發(fā)明可以做到。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改進(jìn)了混合性能，使從混合器流出的出口流的溫度和組成達(dá)到平衡。而且，與現(xiàn)有技術(shù)中大多數(shù)混合器不同，本發(fā)明充分利用了混合箱的反應(yīng)器截面。同現(xiàn)有技術(shù)相比，混合箱的大直徑降低了本發(fā)明對(duì)高度的要求。表1為在12種工業(yè)加氫應(yīng)用中本發(fā)明的計(jì)算高度同美國(guó)專利4,836,989中的渦旋混合器的計(jì)算高度的比較。在12種工業(yè)應(yīng)用中，兩種混合器在每種應(yīng)用中設(shè)定的總壓降相同。如果用本發(fā)明的混合器代替渦旋混合器，高度可以降低35mm到440mm或降低15％到55％。這是混合器本身可以降低的高度。另外，如果要注入冷卻流體，那么可以設(shè)置一個(gè)冷卻流體分布器作為本發(fā)明的一個(gè)部分，而對(duì)于渦旋混合器就要在混合器的上方設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的冷卻流體分布器。參見美國(guó)專利4,836,989。單獨(dú)的冷卻流體分布器要占用一定的額外高度。
表1本發(fā)明的混合器高度同渦旋混合器(美國(guó)專利4.836.989)高度比較


圖1為在帶有兩個(gè)固體催化劑粒子床層的加氫操作反應(yīng)器內(nèi)的催化劑和內(nèi)部構(gòu)件典型布置示意圖，圖1也表示了反應(yīng)器內(nèi)兩個(gè)鄰近的催化劑床層之間的混合器裝置的典型位置；圖2為本發(fā)明混合裝置一個(gè)實(shí)施方式的透視等軸剖視圖；圖3A為圖2混合器實(shí)施方式的俯視圖；圖3B為圖3A中沿A-A得到的側(cè)面剖視圖；圖3C為圖3A中的沿B-B得到的側(cè)面剖視圖；圖4A，5A，6A，7A，8A，9A和10A為本發(fā)明可供選擇實(shí)施方式的俯視圖；圖4B，5B，6B，7B，8B，9B和10B為沿A-A得到的相應(yīng)的側(cè)面剖視圖；
圖4C，5C，6C，7C，8C，9C和10C為沿B-B得到的相應(yīng)的側(cè)面剖視圖；圖7D為圖7A中沿C-C得到的側(cè)面剖視圖；本發(fā)明的可供選擇實(shí)施方式包括但不限于圖中所示的設(shè)計(jì)。
具體實(shí)施例方式
加氫操作反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)是放熱的。因此，加溫加壓條件下，當(dāng)反應(yīng)物在加氫操作催化劑存在下轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品時(shí)，反應(yīng)過程中會(huì)放出熱量并使溫度升高。
在工業(yè)加氫操作反應(yīng)器中，反應(yīng)物的兩相混合物通過固體催化劑顆粒床層流動(dòng)。在這種反應(yīng)器中理想流動(dòng)方式為活塞式流動(dòng)，即液體在反應(yīng)器截面的所有點(diǎn)上以同樣的流速(基于空反應(yīng)器)向下流動(dòng)。在理想活塞流情形下，蒸汽相也是同樣的蒸汽在反應(yīng)器截面的所有點(diǎn)上以同樣的流速(基于空反應(yīng)器)向下流動(dòng)。
在工業(yè)反應(yīng)器中，由于非理想的分布塔板、不均勻的催化劑裝填和/或催化劑顆粒間的空隙中沉積物的存在，活塞式流動(dòng)是永遠(yuǎn)都不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，在催化劑床層的一些區(qū)域中，液體流速要高于平均流速，而蒸汽流速要低于平均流速。由于液體的熱容比蒸汽的熱容高，在這些區(qū)域中每米流動(dòng)通道的溫升較低，溫升以℃計(jì)。同樣，催化劑床層的其它區(qū)域中，液體的流速低于平均流速，而蒸汽的流速高于平均流速。由于液體的熱容比蒸汽的熱容高，在這些區(qū)域中每米流動(dòng)通道的溫升較高，溫升以℃計(jì)。
所以，即使反應(yīng)混合物在反應(yīng)器入口處的溫度相同，但是當(dāng)流體流過催化劑床層時(shí)，催化劑床層的某些區(qū)域要比其他區(qū)域更熱。而且，由于反應(yīng)速率是隨著溫度的升高而增加的，這樣會(huì)加速反應(yīng)的進(jìn)行催化劑床層的熱區(qū)域反應(yīng)速率較高，因此這些熱區(qū)域就要比冷區(qū)域放出更多的熱量。
由于催化劑床層熱區(qū)域和冷區(qū)域的反應(yīng)速率不同，使流體的化學(xué)組成也不相同。
在一個(gè)水平面上的溫度和化學(xué)組成不均勻會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)負(fù)面影響所有的加氫操作催化劑在操作過程中會(huì)失活。為了彌補(bǔ)催化劑活性降低，在運(yùn)行過程中要提高床層的平均溫度。在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，運(yùn)行結(jié)束時(shí)，催化劑床層的最高溫度達(dá)到最大允許值。此時(shí)，整個(gè)操作單元需要停車，催化劑需要再生或替換。如果水平面上的溫度不均勻，那么就要在較早的階段并且在較低平均床層溫度時(shí)停止運(yùn)行。由于溫度不均勻引起的高頻率停車在生產(chǎn)損失、催化劑消耗和附加勞力方面造成了生產(chǎn)者成本提高。
不均勻引起的另一個(gè)影響是化學(xué)轉(zhuǎn)化程度不均勻。一部分反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高，而其余的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較低。結(jié)果會(huì)降低總體產(chǎn)品質(zhì)量。第一個(gè)例子是柴油機(jī)加氫處理反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中將含硫的烴組分和氫氣轉(zhuǎn)化成不含硫的烴組分和H2S。如果溫度不均勻，一部分進(jìn)料油在較高溫度下反應(yīng)，由于前述的液體流速較低，也可以在較低的空速下反應(yīng)。另一部分進(jìn)料油在較低溫度下反應(yīng)，由于液體流速較高，也可以在較高空速下反應(yīng)。結(jié)果有機(jī)硫往往從低溫高空速區(qū)域旁路通過催化劑床層。這種旁路通過嚴(yán)重的增加了全部產(chǎn)品中有機(jī)硫的含量。為了在有機(jī)硫含量方面符合產(chǎn)品規(guī)格，生產(chǎn)者需要降低進(jìn)料速率，或提高反應(yīng)器的操作溫度以補(bǔ)償溫度和組成的不均勻。降低進(jìn)料速率在產(chǎn)品損失方面會(huì)增加成本。提高反應(yīng)器溫度會(huì)導(dǎo)致能耗增加，催化劑的再生/更換使停車頻率增加，降低了運(yùn)轉(zhuǎn)周期。停車頻率的增加使前述的成本增加。
第二個(gè)例子是加氫裂化反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中將重?zé)N組分和氫氣轉(zhuǎn)化成輕烴組分。如果溫度不均勻，那么一部分進(jìn)料油在高溫下反應(yīng)，由于液體流速較低，也可以在低空速下反應(yīng)。另一部分進(jìn)料油在低溫下反應(yīng)，由于液體流速較高，也可以在高空速下反應(yīng)。結(jié)果導(dǎo)致一部分重進(jìn)料油過度裂化，使不需要的C1-C4氣體產(chǎn)物和輕石腦油組分嚴(yán)重增加，而另一部分重進(jìn)料油的轉(zhuǎn)化率很低。從而降低了加氫裂化單元對(duì)期望產(chǎn)品的選擇性，也降低了重進(jìn)料組分轉(zhuǎn)化為輕產(chǎn)品組分的總轉(zhuǎn)化率。兩種影響均增加了生產(chǎn)者的成本。
在工業(yè)加氫操作反應(yīng)器中，催化劑床層水平面內(nèi)的溫度和化學(xué)組成不均勻是無法避免的。但是安裝適宜的反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件可以使這種不均勻達(dá)到最小。
對(duì)于第一個(gè)催化劑床層，進(jìn)料/反應(yīng)物首先由此進(jìn)入，需要提供一個(gè)好的進(jìn)口分布器以確保液體和蒸汽在反應(yīng)器截面上均勻分布。進(jìn)入分布器的流體需要在分布器的上游進(jìn)行適當(dāng)混合以確保組分平衡和熱平衡。充分混合的流體通常提供于反應(yīng)物到反應(yīng)器的管路中。
對(duì)于任何隨后的催化劑床層，也同樣需要好的進(jìn)口分布器以確保液體和蒸汽在反應(yīng)器截面上均勻分布。然而隨后的催化劑床層的進(jìn)口流即是上游催化劑床層的出口流，該上游催化劑床層的出口溫度和化學(xué)組成不均勻。因此有必要在上游催化劑床層和分布器之間設(shè)置一個(gè)混合裝置。否則這種溫度和化學(xué)組成的不均勻就會(huì)從一個(gè)床層傳到下一個(gè)床層，變得更加嚴(yán)重。設(shè)置混合裝置的目的就是得到溫度和組成均勻的出口流。
通常，把一種比反應(yīng)器內(nèi)部流體溫度低的冷卻流體在兩個(gè)鄰近的催化劑床層之間注入到加氫操作反應(yīng)器中，在該流體進(jìn)入下一個(gè)床層之前使從一個(gè)催化劑床層流出的流體冷卻。這樣可以使反應(yīng)器操作接近等溫條件，其在增加運(yùn)轉(zhuǎn)周期和改善產(chǎn)品質(zhì)量方面具有多方面效果。這種情況下，該混合裝置更進(jìn)一步的目的是將冷卻流股同從一個(gè)催化劑床層流出的流出物混合，以使流股在進(jìn)入下一個(gè)催化劑床層之前達(dá)到熱平衡和組分平衡。
現(xiàn)在參照附圖，圖1表示帶有兩個(gè)催化劑顆粒床層2和3的典型加氫操作反應(yīng)器的示意圖。圖1表示了混合裝置相對(duì)于催化劑床層和其它反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件的典型位置。反應(yīng)物通過吸入噴嘴4進(jìn)入反應(yīng)器。流體進(jìn)入頂部的分布塔板5，在流體進(jìn)入催化劑床層2之前，分布塔板5可以使蒸汽和液體在反應(yīng)器截面上均勻分布。催化劑床層2在一個(gè)網(wǎng)板或催化劑支承柵板6上是靜止不動(dòng)的。由于催化劑的重量較大以及流體流過催化劑床層所引起的力，通常催化劑網(wǎng)板或柵板6要承受較大的力。因此通常需要支撐梁7來承受這些力。在催化劑載體系統(tǒng)6和7的下方，設(shè)置有混合裝置8。冷卻流體可以通過一個(gè)冷卻管口9加入。在混合器的下方，設(shè)置一個(gè)沖擊裝置10，用來分布液體并且使從混合裝置流出的噴射流的高流速得到減緩。在混合器的下方，還設(shè)置有第二分布塔板11，在流體進(jìn)入下一個(gè)催化劑床層3之前，該分布塔板11可以使蒸汽和液體在反應(yīng)器的截面上均勻分布。反應(yīng)器中的產(chǎn)物通過出口噴嘴12離開。
可以使用兩個(gè)以上催化劑床層?；旌涎b置8的數(shù)量通常為N-1，其中N為反應(yīng)器中催化劑床層的數(shù)量。
圖2-圖9所示為本發(fā)明混合裝置可供選擇的結(jié)構(gòu)。這些圖僅僅表現(xiàn)了本發(fā)明和供選方案的特征。這些圖并沒有限制此處公開思想的范圍，在此只是作為工作附圖。這些圖不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明思想范圍的限制。附圖所示的相關(guān)尺寸不應(yīng)視為同工業(yè)的具體實(shí)施方式
相等或成比例。
圖2為混合箱8的透視等軸剖視圖，該混合箱8由一個(gè)圓形頂部13、一個(gè)圓形底部盤14和一個(gè)圓柱形側(cè)壁15組成。該圓柱形側(cè)壁15可以是反應(yīng)器內(nèi)壁的一部分，也可以是比反應(yīng)器直徑小的一個(gè)單獨(dú)的壁。圓柱形壁15的直徑優(yōu)選接近于反應(yīng)器的直徑，以使混合器的高度達(dá)到最小。除了頂部盤13內(nèi)的開口16外，該混合箱在反應(yīng)器1內(nèi)形成一個(gè)基本密封的流動(dòng)障礙。在該圓柱形壁的直徑小于反應(yīng)器的內(nèi)徑的情況下，需要設(shè)置一個(gè)塔板或其它裝置以確保在混合箱8和反應(yīng)器1的內(nèi)壁之間實(shí)現(xiàn)基本的密封。
冷卻流體通過一個(gè)穿孔冷卻分布器17注入到混合箱8中。在混合箱內(nèi)設(shè)置有流動(dòng)檔板18，19和20形成了一系列用于高流速和混合流動(dòng)的混合開口21和22，也形成了一系列用于低流速和分支流動(dòng)的流動(dòng)開口23和24。除了開口21、22和24外，這些流動(dòng)檔板形成了一個(gè)基本密封裝置，這樣迫使流體只能從這些開口中流出。在底板14上設(shè)置有與反應(yīng)器中心線同心的圓形出口孔25。該圓形開口用作混合器中的第三個(gè)也即最后一個(gè)混合口。
圖3A為圖2中的混合器的俯視圖。圖3B為圖3A中沿A-A得到的剖視圖。圖3C為圖3A中沿B-B得到的剖視圖。如圖3A和圖3B所示，圓形沖擊板26與圓形開口25同心，并設(shè)置于圓形開口25的下方。
流體在裝置中的流動(dòng)如圖3A、3B和3C中箭頭所示。操作過程中，從催化劑床層2流出的蒸汽和液體通過通道16，流進(jìn)混合箱內(nèi)。冷卻流體經(jīng)分布器17加入。此時(shí)全部工藝物流流過混合口21，在混合口21處，流體為高流速流動(dòng)，液體被分散到蒸汽中。之后，該物流被流動(dòng)檔板19分成兩個(gè)低流速物流。兩個(gè)物流在兩個(gè)對(duì)稱的通道23中流到下一個(gè)混合口22，在混合口22處兩個(gè)物流再次混合成高流速物流。經(jīng)過混合口22后，物流又被流動(dòng)檔板20分成兩個(gè)低流速物流，此時(shí)兩個(gè)物流通過兩個(gè)對(duì)稱的通道24流進(jìn)中心孔25，物流在此于第三個(gè)也即最后一個(gè)混合口處再次混合成高流速物流。最后沖擊板26可以確保流體向外徑向流出混合器。該沖擊板可以防止混合器把高流速的噴射流直接送到分布盤11上。這種噴射流會(huì)干擾分布塔板上液體水平面，帶走液體。此外，流體進(jìn)入分布塔板11前，沖擊板26可以使液體在反應(yīng)器橫截面上均勻分布。
由于混合箱內(nèi)流體的高流速，同汽相和液相之間的粘性力相比，重力可以忽略不計(jì)。因此，即使混合箱8接近于水平，混合箱內(nèi)也不會(huì)發(fā)生任何明顯的相位分離。
混合箱內(nèi)的流動(dòng)檔板可以有很多不同的形狀。其可以是直的、彎曲的、角的等等。檔板也不必嚴(yán)格垂直，只要有垂直的部分就足夠了。進(jìn)口通道16和出口通道25也可以有不同的形狀，如圖2和圖3所示部分，橢圓形、圓形、矩形、三角形等等。進(jìn)口通道和出口通道的數(shù)量分別為一個(gè)和一個(gè)以上?；旌舷浔旧淼臋M截面可以為任何形狀。對(duì)于如圖2、3A、3B和3C所示的混合器，其可以為圓形，也可以為三角形、矩形或多邊形。優(yōu)選為圓形或多邊形，這是由于此時(shí)混合器的橫截面積接近于容器的橫截面積。
圖4A，4B和4C給出了可供選擇的混合器設(shè)計(jì)實(shí)施例。通過混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。圖4A為一個(gè)可供選擇混合箱8的俯視圖。圖4B為圖4A中沿A-A的剖視圖。圖4C為圖4A中沿B-B的剖視圖。該混合箱由多邊形頂部壁13′和多邊形底部壁14′以及側(cè)壁15′組成。頂部壁上設(shè)置有兩個(gè)圓形開口16′，用于使流體流進(jìn)混合箱8′。冷卻流體在通道16′下游和頂部盤13′和底部盤14′之間并通過一個(gè)帶孔的冷卻流體分布器17′加入?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有彎曲流動(dòng)檔板18′，形成了第一個(gè)混合口21′?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有流動(dòng)檔板19′，先把從混合口21′流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)通道23′，之后在第二個(gè)混合口22′處再把兩個(gè)物流重新混合成一個(gè)物流?？拷旌峡?1′的流動(dòng)檔板19′的拐角是彎曲的，而靠近混合口22′的流動(dòng)檔板19′的拐角是成角度的。在混合口22′的下游設(shè)置有一個(gè)成角的檔流板20′。檔流板20′把從第二個(gè)混合口22′流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道24′，之后全部流股在第三個(gè)也即最后一個(gè)混合口處再次混合，最后一個(gè)混合口為方形出口孔25′。在出口孔25′下方，設(shè)置一個(gè)沖擊板26′。
圖2，3A，3B，3C，4A，4B和4C中所示的混合器有三個(gè)混合口21、22和25(或21′，22′和25′)。然而，該混合器可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)混合口。圖5A，、5B和5C表示帶有四個(gè)混合口的混合箱8的實(shí)施例。通過該混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。圖5A為混合箱8的俯視圖。圖5B為圖5A中沿A-A得到的剖視圖。圖5C為圖5A中沿B-B得到的剖視圖。該混合箱由圓形頂部壁13″、圓形底部壁14″和圓形側(cè)壁15″組成。該頂部壁設(shè)置一個(gè)矩形孔16″，用于流體流進(jìn)混合箱8的進(jìn)口，并作為第一個(gè)混合口。冷卻流體不在混合器8內(nèi)加入，但是可以在混合口16″的上游加入。在混合箱內(nèi)設(shè)置有流動(dòng)檔板27″，把從混合口16″流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道28″內(nèi)。混合箱內(nèi)設(shè)置有檔流板18″，形成了第二個(gè)混合口21″，在混合口21″處全部工藝物流再次混合?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有檔流板19″，先把從混合口21″流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)通道23″，之后在第三個(gè)混合口22″處把兩個(gè)物流再混合成一個(gè)物流。在混合口22″的下游設(shè)置有一個(gè)檔流板20″。檔流板20″把從第三個(gè)混合口22″流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入通道24″，之后全部物流在第四個(gè)也即最后一個(gè)圓形混合口25″處再次混合。在混合口25″的下方，設(shè)置有一個(gè)圓形沖擊板26″。
用于把流體從混合箱8內(nèi)引到混合箱8和分布塔板11之間的空間的出口通道可以采用前述的任何數(shù)量、位置和形狀。圖6A、6B和6C表示帶有兩個(gè)偏離中心的出口孔25的混合箱8的實(shí)施例。通過混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。圖6A為混合箱8的俯視圖。圖6B為圖6A中沿A-A得到的剖視圖。圖6C為圖6A中沿B-B得到的剖視圖。該混合箱由圓形頂部壁13、圓形底部壁14和圓柱形側(cè)壁15組成。該頂部壁設(shè)置一個(gè)圓形開口16，用于流體流進(jìn)混合箱8的進(jìn)口，并作為第一個(gè)混合口。冷卻流體于第一個(gè)混合口16的下游通過位于頂部壁13和底部壁14之間的開孔冷卻流體分布器17加入。混合箱內(nèi)設(shè)置有流動(dòng)檔板27，把從混合口16流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入流動(dòng)通道28內(nèi)?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有檔流板18，形成了第二個(gè)混合口21，在混合口21處全部工藝物流再次混合?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有檔流板20，把從混合口21流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道24內(nèi)?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有檔流板19，形成了第三個(gè)混合口22，在混合口22處在通道24中流動(dòng)的流股再次混合。要注意的是，通過混合口22的流動(dòng)方向同通過圖2、3A、4A和5A中的混合口22、22′和22″的方向相反。從第三個(gè)混合口22流出的全部工藝物流分成兩個(gè)通往出口孔25的通道23。為了改善分布塔板11的液體分布，還可以使用任選的分離檔板29，以得到進(jìn)入每個(gè)通道23中物流的更均勻的分流。物流通過兩個(gè)矩形開口25流出混合箱。每個(gè)出口開口25的下方都設(shè)置有沖擊板26。同前面的實(shí)施例相比，該混合器的缺陷是液體在分布塔板11上的分布情況較差。這是因?yàn)橐后w僅僅從一邊進(jìn)入到每個(gè)出口開口25，出口開口不是設(shè)置在反應(yīng)器的中心，以及由于在混合口22的出口處液體的不均勻分流而使通過每個(gè)出口開口25的液體流速不同。
如前所述，該混合裝置可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)混合口。在給定混合器總壓降下，混合口的數(shù)量越多，所需的混合箱的垂直高度就越高。圖7A、7B、7C和7D表示帶有兩個(gè)混合口21*和22*的混合箱8的實(shí)施例。圖7A為該混合器8的俯視圖。圖7B為圖7A中沿A-A得到的剖視圖。圖7C為圖7A中沿B-B得到的剖視圖。圖7D為圖7A中沿C-C得到的剖視圖。通過該混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。該混合箱由圓形頂部壁13*、圓形底部壁14*和圓柱側(cè)壁15*組成。該頂部壁上設(shè)置有兩個(gè)圓形進(jìn)口孔16*，用于蒸汽和液體流進(jìn)混合箱8的通道。在每個(gè)進(jìn)口開口16*的上方或通過每個(gè)進(jìn)口開口16*安有一個(gè)頂部和底部均有開口的圓柱30*，在頂部壁13*和圓柱體30*之間形成了一個(gè)基本密封的連接。圓柱體的上邊緣設(shè)置有V形槽。操作中，頂部壁13*能夠持一定的液面高度，并且由于V形槽的存在，液體可以穩(wěn)定的流進(jìn)進(jìn)口開口16*。這樣就避免了混合器中液體進(jìn)口流速的波動(dòng)。帶有V形槽的圓柱體30*也可以用于每個(gè)進(jìn)口開口16*的液體分布，以使每個(gè)進(jìn)口開口的液體流速接近一致。圖中所示的通道30為圓柱體，但也可以具有任何其它的橫截面，如橢圓、矩形、三角形或多邊形。圓柱體30*的上邊緣為V形槽，但圓柱體30*內(nèi)用于液體流動(dòng)的開口也可以采取其它形狀，如長(zhǎng)方形孔或圓孔。冷卻流體不在混合箱8內(nèi)加入，但可以在圓形進(jìn)口開口16*的上游加入，沒有在圖中表示出來?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有兩個(gè)檔流板18*，形成了流過全部工藝物流的第一混合口21*。混合箱中設(shè)置有檔流板20*，把從混合口21*流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道24*?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有檔流板19*，形成了第二混合口22*，在此通道24*中流動(dòng)的流體再次混合。從第二混合口22*流出的全部工藝物流被分成兩個(gè)通道23*，之后每個(gè)物流被引入一個(gè)矩形出口開口25*中。為了改善分布塔板11的液體分布情況，還可以使用任選的分離檔板29*，以得到進(jìn)入每個(gè)通道23*中物流的更均勻的分流。流股通過兩個(gè)矩形開口25*流出混合箱。每個(gè)出口開口25*的下方都設(shè)置有一個(gè)沖擊板26*。同前面圖6A、6B和6C所示的混合器一樣，該混合器也有液體在分布塔板11上分布情況不好的缺陷。這是因?yàn)榱黧w僅僅從一邊進(jìn)入到每個(gè)出口開口25*，出口開口不是設(shè)置在反應(yīng)器的中心，以及由于在第二個(gè)混合口22*的出口處液體的不均勻分流而使通過每個(gè)開口25*的液體流速不同。同先前的實(shí)施例相比，該混合器的一個(gè)缺陷是由于只有兩個(gè)混合口，而不是三個(gè)或更多個(gè)混合口，使混合性能有輕微的降低。該混合器也有一些優(yōu)點(diǎn)由于該混合器只有兩個(gè)混合口，在給定壓降下，通過混合器的流速要高于帶有三個(gè)或更多個(gè)混合口的混合器。因此，混合口和混合器中流動(dòng)通道的橫截面可以更小?；旌峡诤土鲃?dòng)通道所需的較小的橫截面使混合器的高度低于帶有三個(gè)或更多個(gè)混合口的混合器高度。具有兩個(gè)偏離中心的出口開口25*和通過混合口21*和22*的流動(dòng)方向相同的設(shè)計(jì)也進(jìn)一步降低了混合器高度。因此該混合器體現(xiàn)出了一個(gè)非常緊湊的低高度設(shè)計(jì)，該種混合器可以應(yīng)用在混合裝置占用很少空間的小直徑反應(yīng)器中。對(duì)于小直徑反應(yīng)器，在分布塔板上的液體分布要求不是很嚴(yán)格，這主要是因?yàn)橥笾睆椒磻?yīng)器相比，混合器流出的流體在分布盤11上分布不好所引起的水平梯度并不是很重要。
前述實(shí)施例流動(dòng)擋板形成的混合口的橫截面都是矩形。但是只要所有工藝物流在混合口能以高流速混合，混合口的橫截面可以為任何形狀。圖8A、8B和8C表示帶有兩個(gè)圓形截面混合口16**和22**的混合器8的實(shí)施例。圖8A為混合器8的俯視圖。圖8B為圖8A中沿A-A得到的剖視圖。圖8C為圖8A中沿B-B得到的剖視圖。通過該混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。該混合箱由圓形頂部壁13**、圓形底部壁14**和圓形側(cè)壁15**組成。該頂部壁13**上設(shè)置有圓形進(jìn)口16**，其作為第一混合口并用于流體流進(jìn)混合箱8的通道。冷卻流體不在混合箱8中加入，但是可以在圓形進(jìn)口通道16**的上游加入，圖中沒有表示出來?；旌舷渲性O(shè)置有流動(dòng)檔板27**，把從混合口16**流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道28**中。混合箱中還設(shè)置有另一個(gè)流動(dòng)檔板19**以形成第二混合口22**，通道28**中流動(dòng)的兩個(gè)物流在此混合。從第二混合口22**流出的全部工藝物流被分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)通道23**中，之后每個(gè)流股被引入到一個(gè)方形出口孔25**中。為了改善分布塔板11的液體分布情況，還可以設(shè)置一個(gè)分離檔板29**，以使液體在每個(gè)通道23**中能夠更均勻的分散。物流通過兩個(gè)矩形出口孔25**離開混合箱。在每個(gè)出口孔25**下方，設(shè)置有沖擊板26**。同前述圖7A、7B、7C和7D中所示的混合器一樣，該混合器具有液體在分布塔板11上分布不好的缺陷，同帶有三個(gè)或更多個(gè)混合口的混合器設(shè)計(jì)相比，還有混合性能輕微下降的缺陷。但是，同前述混合器一樣，該混合器也體現(xiàn)出了一個(gè)非常緊湊的低高度設(shè)計(jì)，該混合器可以應(yīng)用在混合裝置占用很少空間的小直徑反應(yīng)器中。
圖9A、9B和9C表示與圖2、3A、3B和3C中的混合器相似帶有三個(gè)混合口的混合器的實(shí)施例。然而改進(jìn)了進(jìn)口孔16***、流動(dòng)擋板19***和20***以及冷卻流分布器17***。通過該混合器的流動(dòng)路線如箭頭所示。圖9A為混合器8的俯視圖。圖9B為圖9A中沿A-A得到的剖視圖。圖9C為圖9A中沿B-B得到的剖視圖。該混合箱由圓形頂部壁13***、圓形底部壁14***和圓形側(cè)壁15***組成。該頂部壁上有開口，形成了進(jìn)口通道16***，用于流體流進(jìn)混合箱8。冷卻流體在進(jìn)口通道16***的下游通過設(shè)置在頂部壁13***和底部壁14***之間的冷卻流體分布器17***加入。該冷卻流體分布器可以為不同類型，而且冷卻流體可以以任何方向從分布器流出。這種情況下，使用具有向下噴射流的“T”形有孔分布器。混合箱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)流動(dòng)檔板18***，形成了第一混合口21***，全部工藝物流以高速流過該混合口21***?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有彎曲流動(dòng)檔板19***，先把從混合口21***流出的物流分成兩個(gè)物流進(jìn)入兩個(gè)通道23***，之后兩個(gè)物流在第二個(gè)混合口22***再次混合成一個(gè)物流。在混合口22***的下游設(shè)置有一個(gè)階梯式流動(dòng)檔板20***。流動(dòng)檔板20***把從第二混合口22***流出的流股分成兩個(gè)流股進(jìn)入兩個(gè)通道24***，然后全部流股在第三個(gè)即最后一個(gè)圓形混合口也即出口通道25處再次混合。在出口通道25的下方設(shè)置有一個(gè)沖擊板26***。
下面再參考圖1。對(duì)于該混合裝置的所有實(shí)施例，混合箱8優(yōu)選定向設(shè)置，以使通過水平流動(dòng)的混合口，如圖2的混合口21的流動(dòng)方向，與設(shè)置在催化劑網(wǎng)板或支撐柵板6下方的支撐梁7平行。這樣可以使流體從催化劑床層2的出口流進(jìn)混合箱的進(jìn)口通道16的壓降達(dá)到最小。在該區(qū)域內(nèi)不希望產(chǎn)生明顯的壓降，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致通過催化劑床層2的流動(dòng)不均勻。
先前混合器實(shí)施例的進(jìn)口16都靠近混合器側(cè)壁15設(shè)置。進(jìn)口的這種設(shè)置會(huì)增加前述蒸汽和液體從上游催化劑床層2流進(jìn)混合器進(jìn)口通道的壓降。為了降低壓降，要將進(jìn)口靠近反應(yīng)器的中心線設(shè)置。圖10A、10B和10C表示混合箱8的一個(gè)實(shí)施例，該混合箱的進(jìn)口通道16X靠近混合器和反應(yīng)器的中心線設(shè)置。圖10A為混合箱8的俯視圖。圖10B圖10A中沿A-A得到的剖視圖。圖10C為圖10A中沿B-B得到的剖視圖。通過混合箱的流動(dòng)路線如箭頭所示。該混合箱有兩個(gè)混合口。該混合箱由圓形頂部壁13X、圓形底部壁14X和圓柱側(cè)壁15X組成。頂部壁13X設(shè)置有進(jìn)口通道16X，作為流體流進(jìn)混合箱8的進(jìn)口通道。冷卻流體不在混合箱8內(nèi)加入，但是可以在進(jìn)口通道16X的上游加入，圖中未表示出來。混合箱內(nèi)設(shè)置有兩個(gè)半圓形流動(dòng)檔板18X，形成了第一混合口21X和第二混合口22X。全部過程物流通過進(jìn)口通道16X流進(jìn)第一個(gè)混合口21X。從第一個(gè)混合口21X流出的工藝物流被分成兩個(gè)流物流進(jìn)兩個(gè)通道23X。在通道23X中，蒸汽和液體沿著圓柱形側(cè)壁15X流進(jìn)第二混合口22X，在該混合口22處全部工藝物流以高速再次混合。還可以設(shè)置有流動(dòng)檔板20X把從第二混合口流出的物流分成兩個(gè)低流速物流，之后該流體通過方形出口通道25X流出混合器。為了得到一個(gè)低高度混合器8的更加緊湊的設(shè)計(jì)，可以不設(shè)置流動(dòng)檔板20X，而取代檔板20X可選擇在出口通道25X內(nèi)設(shè)置流動(dòng)檔板31X。流動(dòng)檔板31X的作用是當(dāng)流股從出口通道25X流出時(shí)，防止從第二混合口流出的高速流股僅僅朝著反應(yīng)器的一邊射出。結(jié)果導(dǎo)致下方的分布板液體分布不好。出口通道25X和進(jìn)口通道16X不作為混合口，這是因?yàn)橥ㄟ^這些通道的流速比較低。在該出口通道25X的下方設(shè)置有一個(gè)沖擊板26X。
下面再參照?qǐng)D1。催化劑支撐系統(tǒng)由催化劑網(wǎng)板6和支撐梁7組成。如圖1所示，催化劑支撐系統(tǒng)和混合裝置8為獨(dú)立結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明的混合裝置可以設(shè)計(jì)成催化劑支撐系統(tǒng)的一部分。
混合箱本身需要支撐梁或其他結(jié)構(gòu)以承受由通過混合箱的壓降引起的力。附圖中沒有表示出這些支撐梁或結(jié)構(gòu)，但是它們可以設(shè)置在混合箱的上方或下方，或者作為混合箱和流動(dòng)檔板的一部分。
對(duì)于本發(fā)明任何一個(gè)實(shí)施例，設(shè)置有低容量排液孔。組成混合器的盤可以是一片或由幾片集合而成。通常在混合器中設(shè)置有幾個(gè)可移動(dòng)的部分便于在檢查和清洗過程中進(jìn)入，通過混合箱提供一個(gè)人可以進(jìn)入的通道。
流動(dòng)通道中兩相無滑動(dòng)流速(no-slip flow velocity)的定義為在液相和汽相之間無滑動(dòng)時(shí)的流速，也即液相流速等于汽相流速。因此無滑動(dòng)流速為 其中Q1為通過通道的液體體積流速，Qv為通過通道的氣體體積流速，A為該通道的橫截面積。
混合箱8優(yōu)選接近于水平，也就是說從反應(yīng)器1一邊到另一邊的混合箱的整個(gè)傾斜很小。混合箱8的直徑優(yōu)選為反應(yīng)器內(nèi)徑的50％-100％。每個(gè)混合口的橫截面積為可以使無滑動(dòng)流速優(yōu)選地達(dá)到3-15m/s?；旌峡谙掠蔚姆种ǖ赖臋M截面積為可以使無滑動(dòng)流速優(yōu)選地達(dá)到相應(yīng)混合口流速的0.25到1倍?；旌掀鲝捻敳勘P到?jīng)_擊盤的高度為從用于小直徑反應(yīng)器的100mm到用于大直徑反應(yīng)器的大于500mm。流動(dòng)檔板20和27的水平直徑優(yōu)選為上游混合口的最大寬度的1到3倍。
表1為三個(gè)不同工業(yè)應(yīng)用中的混合器設(shè)計(jì)實(shí)施例。表1中的所有實(shí)施例為圖2、3A、3B和3C中的混合器。
表1混合器設(shè)計(jì)實(shí)施例

通常情況下，本發(fā)明要注意以下一方面，本發(fā)明涉及一種混合裝置，用于混合在垂直容器中并流流動(dòng)的蒸汽和液體，在該垂直容器中一個(gè)基本水平的混合箱會(huì)阻礙蒸汽而后液體流動(dòng)，水平混合箱會(huì)迫使蒸汽和液體連續(xù)通過多個(gè)混合序列。其中一個(gè)混合序列定義為一個(gè)混合口，其后設(shè)有一個(gè)三通。其中一個(gè)混合口定義為混合過程流股高速通過的通道，三通定義為把一個(gè)混合口中的高流速物流分成兩個(gè)低流速物流進(jìn)入兩個(gè)流動(dòng)通道。
該混合裝置中，基本水平混合箱定義為混合箱從容器一邊到另一邊的整個(gè)斜度低于同水平面之間角度最大為11.5°角的20％?；旌舷涞莫?dú)立部分可以有高一點(diǎn)的斜度，只要從容器一邊到另一邊的整個(gè)斜度低于11.5°的20％就可以。
而且，在垂直于容器壁的平面內(nèi)的基本水平混合箱的橫截面積為該容器內(nèi)橫截面積的25％-100％。當(dāng)混合箱的橫截面積小于反應(yīng)器的橫截面積時(shí)，混合箱和容器壁之間的區(qū)域是被盤或其他裝置密封的，在混合箱和容器壁之間可以實(shí)現(xiàn)基本的流體密封連接。
冷的冷卻流體可以通過在第一個(gè)混合口上游的管道或分布器加入，或者在兩個(gè)混合口之間加入以冷卻工藝物流。
混合箱包括至少兩個(gè)混合口。
混合口中無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s。
三通下游的分支流動(dòng)通道中最大無滑動(dòng)兩相流速為上游混合流動(dòng)混合口中無滑動(dòng)兩相流速的25％。
三通下游的分支流動(dòng)通道中最小無滑動(dòng)兩相流速小于上游混合流動(dòng)混合口中無滑動(dòng)兩相流速。
反應(yīng)器容器可以是一個(gè)垂直的加氫操作反應(yīng)器，蒸汽和液體并流向下流動(dòng)，在該反應(yīng)器中，烴在加氫操作催化劑的存在下與富含氫氣的氣體發(fā)生反應(yīng)。
本發(fā)明記述并且解釋了它的不同實(shí)施例的關(guān)系。但是，對(duì)本發(fā)明作出的多種變化和修改均沒有超出本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
因此，例如，把一個(gè)混合口或通道在細(xì)分成兩個(gè)或更多個(gè)具有共同墻壁的鄰近的混合口或通道。但是，通常認(rèn)為混合性能和抗結(jié)垢性質(zhì)的最好結(jié)果是在沒有以任何方式細(xì)分的混合口或通道中實(shí)現(xiàn)的。
湍流引發(fā)裝置如葉片、檔板、格板等等可以設(shè)置在混合口或通道的上游。
權(quán)利要求
1.一種用于催化反應(yīng)器中的混合裝置，該混合裝置設(shè)置在上部催化劑床層和下部催化劑床層之間，用于混合所述反應(yīng)器容器中通過所述的相互疊加的催化劑床層并流流動(dòng)的氣體或蒸汽和液體，所述混合裝置形成通過所述混合裝置的流動(dòng)通道，用于所述蒸汽和液體從所述上部催化劑床層流動(dòng)到所述下部催化劑床層，反之亦然，所述流動(dòng)通道包括至少一個(gè)所述混合裝置的進(jìn)口；至少一個(gè)所述混合裝置的出口；沿著所述流動(dòng)通道連續(xù)排列的第一和至少一個(gè)第二混合口或通道，所述第一和所述至少一個(gè)第二混合口的設(shè)置可以使基本上全部液體和蒸汽混合流流過每個(gè)所述的混合口，該混合口的流通面積與所述混合流的流速有關(guān)，以使在至少一個(gè)所述反應(yīng)器操作階段中混合口內(nèi)所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，更優(yōu)選足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；一個(gè)基本水平的流動(dòng)通道部分，延伸設(shè)置在所述至少一個(gè)進(jìn)口和所述至少一個(gè)出口之間，以使混合裝置的垂直尺寸盡可能的小，所述基本水平流動(dòng)通道部分優(yōu)選從最近的所述進(jìn)口延伸至最近的所述出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合裝置，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14.5m/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合裝置，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14m/s，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
4.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述第一混合口由所述的進(jìn)口構(gòu)成，和/或所述第二混合口由所述的出口構(gòu)成。
5.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述并包括單獨(dú)的第二個(gè)混合口的混合裝置，其中在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速，更適宜的兩個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速為4.0m/s到12.5m/s，優(yōu)選為8.1m/s到12.3m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求14中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述并包括兩個(gè)相繼設(shè)置的第二個(gè)混合口的混合裝置，其中在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速，更適宜的三個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到10.5m/s，優(yōu)選為6.5m/s到10.1m/s。
7.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述混合裝置從一邊到另一邊的整個(gè)斜度低于同水平面之間角度最大為11.5°角的20％，該混合裝置的一個(gè)獨(dú)立部分具有一個(gè)更高的斜度，所述整個(gè)斜度不超過所述11.5°角的20％。
8.根據(jù)前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，位于一個(gè)混合口下游的所述流動(dòng)通道，更優(yōu)選位于每個(gè)混合口下游的所述流動(dòng)通道包括一個(gè)延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分，該流動(dòng)通道部分的橫截面積可以使在所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道中的無滑動(dòng)兩相流速比通過相應(yīng)混合口的無滑動(dòng)兩相流速低得多，這樣就可以增加所述流體在所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分中的停留時(shí)間，有利于熱傳遞和質(zhì)量傳遞。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分包括至少兩個(gè)流動(dòng)通道，用于把所述全部混合流分成至少兩個(gè)單獨(dú)的兩相流或物流，更優(yōu)選所有所述物流大小一樣，所述至少兩個(gè)通道的混合橫截面積可以使至少兩個(gè)單獨(dú)的兩相物流中每個(gè)物流的無滑動(dòng)兩相流速比通過相應(yīng)混合口的無滑動(dòng)兩相流速低得多，這樣就可以增加所述流體在所述通道中的停留時(shí)間，有利于熱傳遞和質(zhì)量傳遞。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分的總橫截面積或所述的分支流動(dòng)通道的總橫截面積為使最大的無滑動(dòng)兩相流速大于上游混合流動(dòng)混合口中的無滑動(dòng)兩相流速的25％，例如，大于約所述流速的30％，大于約所述流速的35％，大于約所述流速的40％，大于約所述流速的45％，大于約所述流速的45％，大于約所述流速的50％，大于約所述流速的55％，大于約所述流速的60％，或者大于約所述流速的65％。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分的總橫截面積或所述的分支流動(dòng)通道的總橫截面積為使最小的無滑動(dòng)兩相流速小于上游混合流動(dòng)混合口中的無滑動(dòng)兩相流速，例如，小于約所述流速的95％，小于約所述流速的90％，小于約所述流速的85％，小于約所述流速的80％，小于約所述流速的75％，小于約所述流速的70％，或者小于約所述流速的65％。
12.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述的催化反應(yīng)器為具有蒸汽和液體并流向下流動(dòng)的垂直加氫操作反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中烴在加氫操作催化劑存在的情況下同富含氫氣的氣體反應(yīng)。
13.一種用于催化反應(yīng)器中的混合裝置，該混合裝置設(shè)置在上部催化劑床層和下部催化劑床層之間，用于混合所述反應(yīng)器的垂直容器中通過所述的相互疊加的催化劑床層并流流動(dòng)的氣體或蒸汽和液體，所述混合裝置形成通過所述混合裝置的流動(dòng)通道，用于所述蒸汽和液體從所述上部催化劑床層流動(dòng)到所述下級(jí)催化劑床層，反之亦然，所述混合裝置包括一個(gè)頂部壁，設(shè)置有至少一個(gè)進(jìn)口；一個(gè)底部壁，設(shè)置有至少一個(gè)出口；一個(gè)在所述頂部壁外緣和底部壁外緣之間延伸設(shè)置的外側(cè)壁，用于在所述頂部壁和所述底部壁之間構(gòu)成一個(gè)封閉空間；內(nèi)部隔斷壁，延伸設(shè)置在所述的頂部壁和底部壁之間，用于同所述的頂部壁、底部壁和外側(cè)壁一起構(gòu)成所述的流動(dòng)通道，而且所述的隔斷壁沿著所述的流動(dòng)通道相繼形成了一個(gè)第一和至少一個(gè)第二混合口或通道，所述第一和所述至少一個(gè)第二混合口的設(shè)置使全部液體和蒸汽的混合流流過每個(gè)所述混合口，該混合口的流通面積與所述混合流的流速相對(duì)應(yīng)，以使在至少一個(gè)所述反應(yīng)器操作階段中混合口內(nèi)所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，更適宜的足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；一個(gè)基本水平的流動(dòng)通道部分，由所述的內(nèi)部隔斷壁連同所述頂部壁、底部壁和外側(cè)壁一起構(gòu)成，延伸設(shè)置在所述至少一個(gè)進(jìn)口和所述至少一個(gè)出口之間，以使所述混合裝置的垂直尺寸盡可能小，更優(yōu)選所述基本水平流動(dòng)通道部分從最近的所述進(jìn)口延伸至最近的所述出口。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的混合裝置，其中，所述混合裝置從所述頂部壁或底部壁外緣的至少多個(gè)第一點(diǎn)到所述頂部壁或底部壁外緣相應(yīng)點(diǎn)的整個(gè)斜度，從各自第一個(gè)點(diǎn)的最大偏離分別低于與水平面的角度最大角度為11.5°的20％。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的混合裝置，其中，所述頂部和所述底部壁基本上為平面，更優(yōu)選為相互平行，更優(yōu)選為基本水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14.5m/s。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14m/s，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述第一混合口由所述進(jìn)口構(gòu)成，和/或所述第二個(gè)混合口由所述出口構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，包括一個(gè)單獨(dú)的第二混合口，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速，更適宜的兩個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速為4.0m/s到12.5m/s，更適宜地為8.1m/s到12.3m/s。
20.根據(jù)權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，包括兩個(gè)相繼設(shè)置的第二混合口，其中，在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中，一個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速，更適宜的三個(gè)混合口內(nèi)所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到10.5m/s，更適宜地為6.5m/s到10.1m/s。
21.根據(jù)權(quán)利要求13-20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，設(shè)置的所述隔斷壁可以使位于一個(gè)混合口下游的所述流動(dòng)通道，更優(yōu)選位于每個(gè)混合口下游的所述流動(dòng)通道包括一個(gè)延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分，該流動(dòng)通道部分的橫截面積可以使在所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道中的無滑動(dòng)兩相流速比通過相應(yīng)混合口的無滑動(dòng)兩相流速低得多，這樣就可以增加所述流體在所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分中的停留時(shí)間，有利于熱傳遞和質(zhì)量傳遞。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分包括至少兩個(gè)流動(dòng)通道，用于把所述全部混合流分成至少兩個(gè)單獨(dú)的兩相流或物流，更優(yōu)選所有所述物流大小一樣，所述至少兩個(gè)通道的混合橫截面積可以使至少兩個(gè)單獨(dú)的兩相物流中每個(gè)物流的無滑動(dòng)兩相流速比通過相應(yīng)混合口的無滑動(dòng)兩相流速低得多，這樣就可以增加所述流體在所述通道中的停留時(shí)間，有利于熱傳遞和質(zhì)量傳遞。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分的總橫截面積或所述的分支流動(dòng)通道的總橫截面積為使最大的無滑動(dòng)兩相流速大于上游混合流動(dòng)混合口中的無滑動(dòng)兩相流速的25％，例如，大于約所述流速的30％，大于約所述流速的35％，大于約所述流速的40％，大于約所述流速的45％，大于約所述流速的45％，大于約所述流速的50％，大于約所述流速的55％，大于約所述流速的60％，或者大于約所述流速的65％。
24.根據(jù)權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述延伸區(qū)域流動(dòng)通道部分的總橫截面積或所述的分支流動(dòng)通道的總橫截面積為使最小的無滑動(dòng)兩相流速小于上游混合流動(dòng)混合口中的無滑動(dòng)兩相流速，例如，小于約所述流速的95％，小于約所述流速的90％，小于約所述流速的85％，小于約所述流速的80％，小于約所述流速的75％，小于約所述流速的70％，或者小于約所述流速的65％。
25.根據(jù)權(quán)利要求13-24中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述的催化反應(yīng)器為具有蒸汽和液體并流向下流動(dòng)的垂直加氫操作反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中烴在加氫操作催化劑存下同富含氫氣的氣體反應(yīng)。
26.一種催化反應(yīng)器，包括上部催化劑床層，下級(jí)催化劑床層和權(quán)利要求1-25中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置。
27.一種催化反應(yīng)器，包括上部催化劑床層，下級(jí)催化劑床層和權(quán)利要求13-25中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合裝置，其中，所述混合裝置從所述頂部壁或底部壁外緣的至少多個(gè)第一點(diǎn)到所述頂部壁或底部壁外緣相應(yīng)點(diǎn)的整個(gè)斜度，從各自第一個(gè)點(diǎn)的最大偏離分別低于與水平面的角度最大角度為11.5°的20％。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的反應(yīng)器，其中，所述頂部和所述底部壁基本上為平面，更適宜地為相互平行，更優(yōu)選為基本水平。
29.根據(jù)權(quán)利要求27-28任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其中，外側(cè)壁從所述頂部壁的外緣延伸至所述底部壁的外圍，與所述反應(yīng)器容器的外壁的內(nèi)表面的形狀和大小一致。
30.根據(jù)權(quán)利要求27-29任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其中，所述的外側(cè)壁由所述反應(yīng)器容器的外壁構(gòu)成。
31.根據(jù)權(quán)利要求27-28任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其中，所述外側(cè)壁和所述反應(yīng)器容器的外壁之間的空間由板裝置或其他阻塞裝置阻隔或密封，使混合裝置和反應(yīng)器容壁之間形成一個(gè)基本的液封連接，迫使全部蒸汽和液體流通過所述混合裝置。
32.根據(jù)權(quán)利要求27-28任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其中，基本水平的混合裝置在與反應(yīng)器壁垂直的平面上的橫截面積為所述反應(yīng)器容器內(nèi)橫截面積的25％到100％。
33.根據(jù)權(quán)利要求26-32任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的反應(yīng)器，其中，設(shè)置有流動(dòng)裝置，用于在第一混合口上游或兩個(gè)混合口之間引入冷卻流體，使之流進(jìn)反應(yīng)器容器中以冷卻所述過程流股。
34.一種催化反應(yīng)器內(nèi)在上部催化劑床層和下級(jí)催化劑床層之間并流混合氣體或蒸汽和液體的方法，所述方法包括以下步驟將全部液體和蒸汽混合流的橫截面積第一次壓縮，以使在所述反應(yīng)器的至少一個(gè)操作階段中的所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，更優(yōu)選足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；之后把所述橫截面積第一次擴(kuò)大；然后把所述橫截面積第二次壓縮，使所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速為3m/s到15m/s，更優(yōu)選足以使液體分散到蒸汽中和/或蒸汽分散到液體中；使所述混合流沿著一個(gè)流動(dòng)通道流動(dòng)，該流動(dòng)通道包括至少一個(gè)基本水平的沿著整個(gè)流動(dòng)通道的實(shí)際長(zhǎng)度設(shè)置的流動(dòng)通道部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述的實(shí)際長(zhǎng)度至少為所述整個(gè)流動(dòng)通道的50％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的55％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的60％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的65％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的70％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的75％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的80％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的85％，更適宜地為所述整個(gè)流動(dòng)通道的90％。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的方法，其中在第二次壓縮后，所述方法還包括將所述橫截面積再次擴(kuò)大的步驟。
37.根據(jù)權(quán)利要求34-36任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，擴(kuò)大所述橫截面積的步驟包括把所述混合流分成至少兩個(gè)單獨(dú)的，更適宜地大小相等的兩相流或物流。
38.根據(jù)權(quán)利要求34-37任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述反應(yīng)器至少一個(gè)操作階段中，壓縮時(shí)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14.5。
39.根據(jù)權(quán)利要求34-38任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述反應(yīng)器至少一個(gè)操作階段中，壓縮時(shí)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到14，例如，3.5m/s到4m/s，4m/s到5m/s，5m/s到6m/s，6m/s到7m/s，7m/s到8m/s，8m/s到9m/s，9m/s到10m/s，10m/s到11m/s，11m/s到12m/s，12m/s到13m/s，13m/s到14m/s，3.5m/s到13m/s，3.5m/s到12m/s，3.5m/s到11m/s，3.5m/s到10m/s，5m/s到9m/s，3.5m/s到8m/s，3.5m/s到7m/s，3.5m/s到6m/s，3.5m/s到5m/s，6m/s到14m/s，6m/s到13m/s，6m/s到12m/s，6m/s到11m/s，6m/s到10m/s，6m/s到9m/s，或者6m/s到8m/s。
40.根據(jù)權(quán)利要求34-38任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中，在所述反應(yīng)器至少一個(gè)操作階段中，壓縮時(shí)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為4.0m/s到12.5，更優(yōu)選為8.1m/s到12.3m/s。
41.根據(jù)權(quán)利要求35-38任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，還包括一個(gè)步驟，在第二次擴(kuò)大面積后把所述的橫截面積第三次壓縮，以使所述混合流的無滑動(dòng)兩相流速足以使液體分散到氣體中和/或蒸汽分散到液體中，其中，在所述反應(yīng)器至少一個(gè)操作階段中，壓縮時(shí)所述混合流的所述無滑動(dòng)兩相流速為3.5m/s到10.5，更優(yōu)選為6.5m/s到10.1m/s。
42.根據(jù)權(quán)利要求34-41任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中該方法還包括一個(gè)步驟，在第一混合口上游或兩個(gè)混合口之間引入一種冷的冷卻流體，使之流進(jìn)反應(yīng)器容器中以冷卻所述工藝物流。
43.根據(jù)權(quán)利要求34-42任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述催化反應(yīng)器為具有蒸汽和液體并流向下流動(dòng)的垂直加氫操作反應(yīng)器，在該反應(yīng)器中烴在加氫操作催化劑存下同富含氫氣的氣體反應(yīng)。
44.一種根據(jù)權(quán)利要求34-42所述的方法制備的產(chǎn)品。
全文摘要
蒸汽和液體在催化反應(yīng)器(1)中通過一個(gè)垂直容器并流流動(dòng)。容器中設(shè)置一個(gè)水平流動(dòng)阻隔混合箱(8)，使蒸汽和液體垂直通過該水平混合箱的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口。該混合箱由圓形頂部壁(13)、底部壁(14)和一個(gè)圓柱側(cè)壁(15)組成?；旌舷鋬?nèi)設(shè)置有垂直流動(dòng)檔板(18)、(19)和(20)。這些流動(dòng)檔板形成了一個(gè)或多個(gè)混合口(21)、(22)。全部過程流股高速通過每個(gè)混合口。每個(gè)混合口后設(shè)有一個(gè)三通，該三通把該過程流股分成兩個(gè)低流速流股。在從混合口的高流速向分支流股的低流速轉(zhuǎn)換的過程中，產(chǎn)生了湍流條件。低流速分支流股中，產(chǎn)生的停留時(shí)間有利于熱傳遞和質(zhì)量傳遞?；旌舷鋬?nèi)的流動(dòng)主要是在水平面上?；旌掀鞒隹诹鞴傻臏囟群突瘜W(xué)組成達(dá)到平衡。
文檔編號(hào)C10G49/00GK1732040SQ200380107344
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
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