两相分配装置和方法

日期:2019-05-22 09:38:42

专利名称:两相分配装置和方法
背景技术
本发明涉及一种用于在两相向下流动式容器中的分配和混合装置及方法。本发明具体涉及用于分配向下流动通过含固体催化剂的液体的混合相反应器的装置及方法。本发明更具体地涉及用作反应物分配和混合设备的部件的装置,该设备用在加氢处理反应器中催化剂床层之上或之间,如在加氢精制或加氢裂化过程中的那样。
相关技术US-A-5942162说明了一种用于向下流动式反应器中的液体-蒸气分配设备。将设备安装于塔盘的孔之上,塔盘延伸穿越反应器的内部横截面。该设备迫使蒸气穿过通向向上流动管3的竖直长孔,该向上流动管3传送液体和蒸气到降液管1。该降液管1延伸穿过塔盘上的孔。
US-A-5158714中提供了一种特别适合用于反应器中的泡罩组件。该组件包括部分被罩覆盖的升管。该升管连接在浮盘塔板的开孔之上。与以上参考文献类似,罩或裙上的长孔和开孔大小和形状相同并均匀分布于罩基的周围。这篇参考文献描述了各种机械细节,例如将泡罩组件与中心筒体活动连接的装置,以及位于升管低端的分散塔盘,其对两流体相提供流动限制以形成冲击其下的催化剂的雾。罩由连接于中心筒壁顶端的伸出部116支撑。罩114的裙或筒壁136上的长孔137在由罩114和升管112界定的环形空间内提供比分配盘30上高的液面。该文称,环形空间内的较高液面抵消了分配盘30上液面中的任何不规则性,并确保气-液基本均匀流过每个罩组件以及基本均匀的气液混合。
其他人已经采用了塔盘上具有均匀流路的两相向下流动式分配器,其中每个流路具有相同的构造并用于传送相同流速的液体。气流也是被希望在所有分配器中平均分配的。如上所例举的,已经对分配器的均匀流路提出了各种设计。均匀流路分配器的设计在理想条件下可以在塔板下容器的横截面上提供相当均匀的液体分配。理想条件包括例如塔板水平,其上每个分配器安装在相同的高度,并且操作于在塔板的设计的蒸气和液体流速下,每个分配器周围液体相同深度。然而,当条件不理想时,例如工业运转期间常常发生的情形,分配不均增多。也就是说,液体在塔板下的容器横截面上较不均匀地分配。
各种均匀流路设计具有不同的操作范围或可调范围,例如对于特定设计有效的蒸气和/或液体流速范围。然而,当均匀构造的流体流路分配器经历塔板上的不同液面时,蒸气和液体所采取的穿过各种分配器的路径不再相同。例如,在分配器周围处在较低液面的液体在进入降液管之前必须行进较长的距离。在这种情形下,每个均匀流路分配器并不如期望的那样传送相同流速的蒸气和液体。因此,塔板下容器横截面上的液体分配不均增多。
如此前引用的参考文献所述,两相向下流动式分配设备经常用于加氢处理特别是加氢裂化和加氢精制反应器。以下提供一些非理想条件的实例,这些非理想条件是这种分配设备在这类反应器工业运转期间所要面临的。
对于反应器的性能非常重要的是在整个催化剂床中保持均匀(柱塞式流动)的温度和反应物流速分布。温度和流速分布会相互影响,因为蒸气或液体的分配不均会引起温度分布的变化,反之亦然。这对反应器(例如炼油厂中需要以一次装填的催化剂长时间运转的加氢裂化反应器)的成功长期运转是极其关键的。加氢裂化和其它加氢反应(例如加氢脱硫)都是大量放热的,因此所期望反应的进行使向下流动的反应物的温度升高。此外,催化剂的活性和选择性依赖于其操作温度。因此,反应的放热特性对催化剂和整个过程的性能有影响。分配不均和不充分混合会引起局部温度偏移,导致反应器横截面上催化剂活性和转化率的不同。这会产生选择性的降低、平均转化率或反应速度的降低,因而可能需要在更苛刻的条件下操作反应器或限制反应器的进料流速以达到产物质量或转化率的期望水平而不超过最高操作温度。这通常会降低整个过程对期望产物的选择性,而这又使方法的经济效益降低。
反应物分配不均和局部温度偏移的另一个有害影响是由催化剂的加剧失活所引起的催化剂寿命的过早缩短。失活可能是通过在高温使用催化剂或通过在催化剂表面上沉积污染物例如碳(焦炭)而导致的。无论如何,这会引起反应器中催化剂平均活性的过早降低以及必须过早关闭反应器。低劣的产物质量、低于最佳值的操作容量以及反应器的过早关闭都对炼油厂的运转有显著的负面经济影响。加氢处理反应器的关闭、再装填以及重新开启是一个复杂而费时的操作,要从整个处理中移出目标单元及连带的上游或下游单元。这可能会潜在地降低整个炼油厂的生产能力。因此本发明的一个目的是提供一种改进的设备,其在进行烃转化反应的向下流动式反应器中用于混合蒸气和液体并分配液体。
除了安装偏差之外的几个因素例如不水平的液体收集塔盘也会在分配器的液体收集塔盘上引起不均匀的液面。设计加氢处理反应器内部零件所面临的问题之一是存在于反应器中的流动气体和液体所产生的力。这些力结合高的压力和温度往往在反应器内的支撑件和其它装置上引起高的应力。通常,这些力被固定于混合和分配设备内的支撑杆吸收。然而仍会有一些内部支撑件和分配盘的变形。当仅在几个位点将下降的液体进料到收集盘上时将产生更麻烦的问题。这会引起液体高度梯度和液体在塔盘上的流动。下降液体的冲击还引起液面的扰动和不规则。因此分配盘上采用的设备需要适应这些情况。本发明的另一个目的是提供一种分配设备,其能够更好地补偿在分配盘不同部件上的各个分配器周围液体深度的差异。
由于反应器内操作温度或其它操作条件的变化、进料组成的变化、产物规格的变化或不同催化剂的使用,流过加氢反应器的蒸气和液体流速经常会随时间变化。例如,加氢裂化反应器中转化率的增加由于产物更易挥发而将引起烃蒸发的增加。因此,本发明的又一目的是提供一种分配装置,其很能容忍蒸气和/或液体流速的变化,尤其是反应器中蒸气流速的增加。
由于进料速度、循环气速度和反应器条件的不同,加氢处理装置的操作将会随时间变动,例如提高温度以抵消催化剂的失活。操作变化例如到塔板的液体流速的改变会引起液体收集塔盘上所容留的液面的变化。本发明的再一个目的是提供一种对液体收集塔盘上的液面变化较不敏感的设备。
发明概要本发明是用作两相向下流动式容器中的部件的液体分配装置,该装置对液体收集塔盘上液体上升的局部区别或液体梯度较不敏感。该装置包括多个安装于水平流阻断式塔盘上的单个的分配组件。每个分配组件包括一个盖在上面的盖或罩,该盖或罩有助于界定一个或多个每个都呈倒U形的单独流动通道。流体流路始于提供与流动通道的连通的罩的竖直侧壁的通路。当两个或更多个流动通道存在于一个分配组件时,流体流路可以在塔盘之上的组件内合并。该设备至少具有两种不同构造的流体流路,例如通过在通路的设置上有所不同,从而提供穿过装置的不同构造的流体流路的不同的流体流速。在不同组件之间或具有多个流动通道的一个分配组件的两个或多个流路之间,蒸气的质量通量和/或液体的质量通量会不同。这改善了向下流到下一级的液体的分配,尽管存在由于不均匀的结构、液面梯度和/或非水平的塔盘引起的不规则性。本发明的一个实施方案中的特征是可以是圆形、矩形或三角形的降液管的特有结构以及盖在上面的罩的通路的特有结构。
任何特定流体流路的总结构决定了对流体的阻力,并因而决定了流过流体流路的气体和液体流速。因此,装置中必须至少有两种构造不同(例如尺寸、形状、入口限制、出口限制、中间限制的不同或其组合)的流体流路。
附图概述

图1是本发明的双流动通道分配器组件的侧剖视图。
图2是沿图1的2-2断面的俯视剖视图。
图3A和3B是根据图1分配器的罩的相对侧的视图。
图4是根据图1分配器的降液管的立体图。
图5表示另一可选择的分配器组件的立体图。
图6是沿图5的6-6断面的顶剖视图。
图7是位于分配塔盘上的三角网格中的上述五个分配罩组件的简化的剖视图。
图8A是有圆筒形降液管的双道分配器组件的侧视图,降液管顶部有阶梯式入口。
图8B是图8A的双道分配器组件的俯视图。
图8C是仅图8A降液管的侧视图,其显示了阶梯式入口。该图是图8A相应部位旋转90°得到的。
图9A是另一种形式的安装于塔盘上的双道分配器组件的前视图。
图9B是图9A分配器组件的侧视图。
图9C是图9A分配器组件的俯视图。
图10A是塔盘上具有不同尺寸的蒸气入口通道的两个分配器组件的水平前视图。
图10B是图10A单流动通道分配器组件之一的俯视图。
发明详述本发明用于各种混合相即有蒸气和液体两相并且两相都向下流动的容器中。例如可将本发明容易地用在包含例如催化剂和/或吸附剂颗粒的固定床的容器中以提供蒸气和液相的混合和/或分配。本发明的一个尤其有利的应用是在加氢处理反应器中,例如用于加氢裂化和加氢精制以使石油脱硫得到烃组分。本分配器组件将液相和蒸气相混合,然后在反应器的横截面上分配所得混合相流体。这有助于消除催化剂床层中反应物浓度的分布和径向温度梯度。这种分布和/或梯度可能是由于液体或蒸气在反应器内形成沟流的趋势所形成的。例如,在加氢裂化或加氢精制反应器中,床间再混合保证所有下降液体与富氢气相接触从而使所有液体都达到了热平衡。该装置的主要功能是在催化剂床层的顶部分配液体,但是该组件还有利于混合蒸气和液体至均匀温度,这个功能在反应器中的中间点是尤其重要的,在此中间点处急冷料流或新的原料料流与向下流过反应器的流体混合。为清楚和简明起见,此处主要提到本发明在加氢处理反应器中的应用。然而这种应用不应当解释为对本发明的限制。
通常,该装置的基本结构迫使收集在水平塔盘上的液体向上流动穿过封闭的流体流动通道进入大量以均匀点阵形式散布在塔盘上的竖直降液管的顶部。然后液体下落穿过降液管进入塔盘下的容器空间,从而完成穿过分配器组件的流路向下的一段路程。穿过封闭的通道的液体流动伴有蒸气流动,该蒸气倾向于将液体提升入降液管。
在一个实施方案中,本发明包括一种类似泡罩组件但具有新型结构的装置部件的装置,其使得蒸气流过上面覆盖的罩或盖进入向上流动通道。该装置的特征还在于向上流动通道内部结构和降液管入口的新型结构,混合的蒸气和液体通过该降液管入口下降至分配塔盘之下。
整个设备的一个基本特征是其具有大量不同构造的提供不同流速的气体和液体的流体流路。在一个实施方案中,一些向上流动通道将具有高蒸气质量通量和低液体质量通量而其它向上流动通道将具有低的蒸气质量通量和高的液体质量通量。这种情形可通过几种不同的方式产生,例如通过为进入不同向上流动通道的气流提供不同尺寸的通路。这些通路位于向上流动通道的外壁内并是期望蒸气由此流进通道的唯一位置。也就是说,不希望显著量的蒸气在罩的低边流动。设定通路的尺寸以限制蒸气流进分配器的通道并由此提供对蒸气流动的主要阻力。液体流速主要由对混合相流体流动的阻力来控制,该阻力由通路与塔盘下的开放的容器空间之间的流体流路的结构产生。因此,通路的形状、尺寸和位置、向上流动通道的横截面大小和形状、通道的长度、向上流动通道顶部的相对高度、与流体接触表面的粗糙度以及包括降液管内的流体流路中存在的限制都有助于确定整个流路对流体流动的阻力。当这些变量与装置的其它可变部分结合时,目标装置几乎有无限种可能的结构设计。
假定其它因素保持不变,让蒸气更容易地流进流动通道有两种作用。首先,它减小了分配器外的体积与向上流动通道之内体积之间的压差。这反过来使通道内的液面更接近(低)通道外塔盘上的液面。因此蒸气流动的较高速度要求必须在液体流进降液管之前将其进一步提升。结果是流进降液管的液体减少。也就是说,增加可用通路的面积将导致通道内更高的蒸气流速和更低的液体流速,反之亦然。
由于流过通路的蒸气携带着液体向上流动,称这种类型的设备为蒸气驱动式。在此,由于流体流路的不同构造及因此所得不同的蒸气和液体流速,可以将设备称为不对称蒸气驱动式分配器(AVD)。
这种在该流路中蒸气首先穿过通路,然后在竖直流动通道中与液体一起向上流动,越过内部溢流堰,最终向下流过降液管的流路的相当简单的结构使得多种可选结构成为可能。选择最佳设计的主要问题在于制作的简便和费用而不在于相关性能。一个基本方案是不同构造的流体流路可以处于同一个具有两个或更多个流体流动通道的分配器中或者可以处于完全不同的分配器中。也就是说,在一个实施方案中,装置可以包括具有多个分配组件的液体收集塔盘,每个组件仅有一个竖直流体流动通道,但进入不同组件通道的蒸气通路具有两个或多个不同横截面积之一的横截面积。在另一个可供选择的实施方案中,分配器组件有两个或多个竖直流动通道,每个流动通道都有相应的蒸气通路,相同组件的通路具有不同的可用面积。如此处所用,术语通路的横截面积是指盖或罩的竖直侧壁上任意形状的长孔、孔眼或开孔的总可用开口面积,这些长孔、孔眼或开孔部分构成向上流动通道的一部分。通路可以是不必具有相同的尺寸、形状或高度的多个长孔或开孔的形式。由于液体可能覆盖一些通路,开口面积也受到限制。这将阻碍一些蒸气流动。如此处所用,术语竖直是指具有至少一些与水平液体收集塔盘垂直的竖直元件的特征。例如,仅需要竖直流动通道有一些竖直元件,即它们不与塔盘平行。
在一个实施方案中,该装置延续这样的作法使上罩的底止于塔盘顶面之外以提供大小可调的开孔。该开孔,例如2-7cm高,在塔盘上的正常液面之下并因此通常对气体流动是封闭的。然而,这确实起到了在明显操作紊乱或其它意外事件的情形下允许流体以高于正常的流速流动的作用。液体收集塔盘良好密封以防流体侧流是尤其重要的。
收集向下流动的液体的塔盘优选在反应器的全部可用横截面上延伸。它可以是被连接的元件或部件的形式以适应其它的反应器内部零件的设置。优选将塔盘设计并制作为对反应器内侧壁提供紧密密封以避免将引起液体分配不均的液体泄漏。这还将迫使蒸气流过分配器组件的通路和内部通道。可以提供穿过装置的低容量排放孔。分配盘和全部反应器内部零件的其它部分可以为常规结构。
分配器组件的其它可选结构示于附图中。附图仅用于描述本发明及其变换方案的特征。它们并非用于限制此处公开的概念的范围或将它们作为工作图。也不应当认为它们对本发明的概念的范围施加限制。不应当认为附图所示的相关尺寸与商业实施方案相等或成比例。
现在参照附图,图1表示具有两个流动通道的分配器1的水平观察方向的侧剖图。罩或盖10安装在降液管或升管20的顶部,降液管或升管位于罩10内的中心。而降液管20则安装于收集下降液体的塔盘14上的开孔12之上。降液管20可以穿过孔12延伸至未示出的塔盘之下。在一个实施方案中,所有向下流过反应器的气体和液体都流过多个(例如20-2200个)位于塔盘上的以这种方式设立的分配器。
图2是沿图1的沿2-2断面的俯视图,其显示了罩10内降液管20的设置。图1至2图解了罩10和降液管20的排布以详细说明此实施方案中分配器1的整体构造。
图3至4分别图解图1的分配器的罩10和降液管20的构造。图3A和3B分别表示根据图1的双流动通道分配器从具有通路4和5的罩10的圆筒形侧壁或裙3的相对侧观察的视图。圆筒壁3和顶板2构成罩或盖10,该盖或罩覆盖降液管的上端开口以构成分配器1。除了任何用于连接以保持罩的相对位置的装置以及为蒸气和液体的穿行而设计的通路4和5以外,优选罩10是基本无孔的。在一个未示出的实施方案中,通路4和5中一个或两个可以包括多个开孔。这些通路是不同的。例如在图1-4的实施方案中有较小的低蒸气流量长孔4而在罩10的相对侧有较大的高蒸气流速通路5。高蒸气流速通路5优选比低蒸气流速通路4提供的开孔更高和更宽。优选它们位于侧壁3的相对侧。如果需要罩可以在顶部为圆形。
图4是根据图1的双流动通道分配器的降液管的视图。降液管20包括两个面壁8、9,和两个端壁11。端壁11实质上相同并达到相同的高度。端壁的上边缘紧挨着顶板2的内表面以支撑降液管20之上的罩10。所有四个壁都从分配组件的上部向下延伸至塔盘14的平面。所有这四个壁的下部优选以流体紧密密封的形式密封在水平塔盘14上。两个面壁8和9都比端壁11短。面壁9达到比面壁8高的高度。降液管20可以是更窄的矩形,其端壁11比此图所示的更加窄。不要求降液管具有规则的几何形状,例如面壁和端壁可以各种角度歪斜和/或壁可以是弯曲的。
如图1至2中所示,降液管的面壁8和9位于与罩10的侧壁3上的特定通路4和5相对的位置并界定出两个竖直(向上流动)通道或流体接收室15和16。较小的低蒸气流速通路4位于较矮面壁8的对面并由第一竖直(向上流动)通道15提供流体连接。较大的高蒸气流速通路5位于较高面壁9的对面并由第二竖直(向上流动)通道16提供流体连接。竖直(上流)通道或流体接收室15和16位于罩10的竖直空间内,该竖直空间在降液管的面壁8和9与罩的圆筒侧壁3之间。
蒸气和液体进入这些通道并向上流到降液管的入口。图2表示降液管端壁11的竖直边19,其与罩10的圆筒侧壁3的内表面相触。这些竖直边19与降液管20的竖直角是一体的。如果罩10是可拆除的,此处的任何缝隙都优选能确保罩容易地安装和拆除所需的最小的尺寸。优选降液管端壁11的竖直边19紧挨着侧壁3的内表面以防止流体从一个接收室流到另一个接收室。也就是说,流体不能绕降液管流动而只能被迫向上流到降液管的入口。降液管端壁11的竖直边19与圆筒侧壁3的内侧的连接将促进所希望施加在在两个流动通道15和16之间流动的流体上的阻力差异。然而,不要求将罩连接到降液管上。
如图1中所示,非对称罩1的侧壁3从顶板2向下延伸至塔盘14水平上表面之上短距离的底边6。因此,塔盘14上的液体经罩的底部进入分配器并流进侧壁3和面壁8和9之间的向上流动通道15和16。液体也可以经通路4和5进入通道。液体被经通路4和5进入的蒸气夹带向上穿过通道15和16。罩的底边6应浸入塔盘14上的液体内。蒸气和液体混合物将向上流向组件的顶端并越过面壁8和9的顶边进入降液管20。应当指出,为明确表示该越过面壁的顶边进入降液管的流体流路,从图1中省去了端壁11的竖直边。
降液管20界定了流体流路的一部分并部分地由相对的面壁8和9构成。面壁9的顶边位于比面壁8的顶边高的高度。该较高的高度要求液体在竖直向上流动通道16中比在通道15中更进一步地被提升。与面壁8上的较大开孔相比,面壁9上对降液管的较小开口形成了相对于向上流动通道15对通道16中液体流动的额外的阻力。相对于通道竖直通道15,由于蒸气经由较大通路5进入,竖直向上流动通道16对蒸气流动的阻力较小。因此,可将竖直向上流动通道16称为高蒸气流量/低液体流量通道,将竖直向上流动通道15称为低蒸气流量/高液体流量通道。
流过各自降液管面壁顶边的两股混合相流体进入降液管的顶部开口。当进入降液管20时,优选用位于组件顶部的竖直流隔离挡板7将它们保持分离状态一段较短时间。在一个实施方案中该挡板7是一个位于降液管中心的无孔壁并向下延伸至至少低于较高壁9的上边缘。挡板7的下边可以终止在位于面壁8和9的顶边中间的高度。挡板7可以延伸至低于较矮的壁8的上边缘。发明人希望指出如果挡板延伸至降液管20的底部,还可以构成两个降液管。因此,在一个组件内可以有多个通向同一个穿过塔盘的孔的降液管。也可以将一个组件构造为多个降液管,其通向多个穿过塔盘的孔。然而,该竖直分配挡板是任选的。期望它能防止进入降液管一侧的流体干扰降液管另一侧的流体。它的使用有效地改变了至少一个流体流路的构造并必将改变对流体的阻力。两个混合相流将在分配挡板7之下合并并向下流过降液管至分配盘10上的孔12。然后混合物将向下落向塔盘下的催化剂。在本发明的一个实施方案中,可以使用相同构造的分配组件,这些分配组件有两个或更多个不同构造的流路,这些流路在塔盘上合并入同一个降液管。在这种情形下,必须刚好在流体流路相遇之前的位置确定对流体的阻力差异以及所生成的流体流速的差异。这个汇合点之后,例如在挡板7或塔盘之下,来自多重流体流路的混合流体对于每个组件都将是相同的。
根据本发明的双通道分配器组件的另一个实施方案示于图5至6中。图5至6中与在图1至4中相应元件构造不同的元件通过对标记数字加撇号“’”来标明。图5表示看向分配器组件1’的罩10’的视图。图6是沿图5的6-6断面的顶剖视图,表示罩10’内降液管20’的排布。在此实施方案中,降液管由两个面壁8’和9’与位于面壁8’和9’之间的圆筒形侧壁3’的两段弯曲部分17和18构成,面壁8’和9’向下延伸至未示出的塔盘的上表面。与面壁8’和9’相对并界定竖直通道或接收室15’和16’的侧壁3’的剩余两段仅向下延伸到侧壁3’的底边6’。同样,该底边6’位于塔盘上表面之上短距离处,并在使用期间浸没入收集在塔盘上的液体中。面壁8’和9’的下部以及侧壁3’的弧形部分17和18优选以流体紧密密封的形式密封在水平塔盘上。
面壁8’和9’在罩10’的内部空间内充分延伸,从而构成延伸穿过罩侧壁3’所界定的圆周的弦,如图6所示。面壁的相对高度和大通路5’的构造由图5中的虚线标出。如图所示,由不同构造的通路4’和5’同样与降液管20’的较矮面壁8’和较高面壁9’特别对齐以界定高蒸气/低液体竖直流动通道16’和低蒸气/高液体竖直向上流动通道15’。流过分配器1’的蒸气和流体流路与前述的类似。面壁8’和9’的竖直侧边19’优选与罩10’的侧壁3’的内表面足够接近以限制流体。优选面壁的竖直侧边19’至少紧挨着罩以阻止蒸气流动。即,经通路4’或5’进入的流体不能轻易地从一个竖直通道流到另一个竖直通道。面壁8’和9’的侧边19’与圆筒形侧壁3’的内侧的连接将促进所期望的对在两个流动通道15’和16’之间流动的流体的阻力的差异。
图5至6的降液管的排布表明了可变的结构,因为可容易地将面壁8’和9’置于距它们相应的通道不同距离的位置以界定具有不同竖直横截面积并因而对流体具有不同阻力的向上流动通道。即降液管20’不必须位于罩10’的中心。可以想到相似的排布,例如使用具有梯形横截面形状的降液管。两流路构造进一步的不同可以通过在降液管内部选择使用竖直流分配挡板来轻易地获得。
图7是一幅俯视图,其提供了塔盘14的一部分上相隔设置的五个双通道分配器组件1’的类似截面的视图。反应器中所用的真实塔盘具有大量在塔盘14的表面上均匀分布的组件。取决于分配塔盘和组件的大小,组件的数目可以在20至2200之间或更多。该图是降液管的图示,该降液管的端壁11与相对的面壁8和9相比较窄,具有更加呈矩形的形状。
图8A是具有圆筒形降液管20”和圆筒形罩10”的双流动通道分配器1”的侧视图。图8A、8B和8C中与在图1至6中相应元件构造不同的元件通过对标记数字附加双撇号“””来标明。罩10”前半部的两个竖直长孔5”构成较大蒸气流动通路,通向分配器1”内的第一流动通道16”。位于罩10”后部的以虚线示出的一个竖直长孔4”构成较小通路,通向分配器的第二流动通道15”。参照表示混合器-分配器的俯视图的图8B,能很容易地领悟这种排布。该视图表示降液管20”的两个半圆筒部分8”和9”,其部分地界定竖直流动通道15”和16”,每个竖直流动通道占据降液管20”和上盖10”之间环面的一半。由竖直隔壁25将两个流动通道15”和16”相互分隔开,如图8A和8B中所示。这些隔壁可以延伸至降液管之上,以支撑较高降液管面壁9”顶边之上的罩10”,如图8A中所示。
图8C仅图解图8A中所示分配器的圆筒形降液管壁20”和塔盘14”的一部分。该水平侧视图表示旋转90度的图8A的降液管。这为降液管顶部阶梯式入口提供了更好的说明。降液管20”的第一半圆筒部9”延伸至比降液管20”的第二半圆筒部8”更高的高度。这些半圆筒部的上边缘在竖直流动通道15”和16”的顶部构成降液管20”的入口堰。这相当于前述实施方案中两个平的面壁9和8的上边缘。和此前一样,可在降液管入口采用未示出的竖直挡板分隔两个流动通道。
图8A-8C的分配器排布为在仅一个分配器组件中提供多于两个向上流动通道提供了具体的可修改的结构。为将环面分隔成三个通道,只需加入另一个竖直隔壁25。四块隔壁25将提供四个通道。在圆筒侧壁3”中提供了相同数目的蒸气通路,每个对应独立的通道。用具有平的侧面的降液管例如用三角降液管或矩形降液管可以获得类似的分隔。三角降液管非常适用于具有圆筒形侧壁的罩,而矩形降液管非常适用于具有圆筒形或矩形侧壁的罩。矩形降液管可与平行于矩形罩的侧壁的面壁对齐或旋转45度从而使降液管的角抵着封闭矩形侧壁的中心。可以仍然使用竖直隔壁和竖直挡板。
图9A至9C图解一种具有不同结构的双向上流动通道分配器。图9A、9B和9C中与在图1至8中相应元件构造不同的元件通过对标记数字附加三撇号“”来标明。先前结构的上罩由两个悬挂在矩形降液管20相对的面的两个伸出部替换。也可将其看作两个矩形罩或一个与降液管端壁11的上部具有共同的中心部的罩。图9A是水平方向的具有高蒸气流量通路5的罩10的竖直前壁21的视图。该通路完全被分配器的前壁包围,而不是通路作为从壁的底边升起的长孔。结构背部的低蒸气流速通道4的位置用虚线示出。需要指出,通路是象通路4一样与罩的底边相交还是象通路5一样通路的底边在罩的底边之上一段距离是可以用于本发明的任何实施方案中的构造中的另一个不同之处。图9B表示相同分配器的侧(轮廓)视图并提供了用虚线示出降液管20的相对的高面壁9和较矮面壁8的排布的增幅。降液管20的端壁11与界定了流动通道15和16的外侧的罩10的侧壁部分22和23是一体的。图9C是相同分配器的俯视图。如果罩10的侧壁部分22和23分开得稍宽从而使构成完整的矩形以安装在降液管20上,可以很容易地显现类似的分配器,即,侧壁22和23的内侧紧挨着降液管端壁11的外侧。
图10A是水平液体收集塔盘的一部分的前视图,液体收集塔盘上安装有两个不同构造的分配器组件。图10B是图10A的分配器组件之一的俯视图。每个分配器组件都包括安装在液体收集塔盘上的孔36中的矩形向上流动管34。向上流动管34由两个侧壁32、后壁31和入口壁38构成。与图9A至9C的结构相似,降液管侧壁32在液体收集塔盘上表面之上的一部分横向延伸至前壁33并从顶板39向下延伸以界定向上流动通道35。向上流动管的入口壁38比其它壁短,因而不接触顶板39。这提供了进入在向上流动通道35顶部的降液管34的顶部的堰或开口,经由这些堰或开口蒸气和液体进入向上流动管34。当每个这些组件都仅有一个向上流动通道35时,使用位于矩形前壁33上的单一蒸气通路37a。和此前一样,该通路可以包括多个开口。在这个视图中,壁33在入口壁38的前面并具有通常在塔盘上液面之下的底边41。
该解了两个分配器组件,其中仅通路37a和37b的尺寸(即横截面积)不同以提供至少两种不同构造的流路以传送不同流速的蒸气和液体穿过相同的塔盘。在一个未示出的实施方案中,通路37a和37b具有相同的横截面积,但例如因通路之一具有比另一个更高的高度和更小的宽度而使它们的构造不同。在另一个未示出的实施方案中,通路37a和37b的尺寸和形状都是相同的,但例如通过使它们位于相对于塔盘不同的高度而使它们的构造不同。在又一个实施方案中,通路的构造是相同的,通路之后的流路的构造中的单一差异足以区分流体流路。例如,入口壁38高度的差异、或向上流动通道35中或两流体流路之间降液管34内的不同限制可用以提供不同的构造。如上文指出的,与其它此处所图解和描述的一样,这些流体流路构造的差异的实例可以用于本发明的任何实施方案中。因而,流体流路中的单一差异就可能足以提供对流体流动的不同的阻力并在装置的不同构造的流体流路之间提供不同的蒸气或液体的流速,这些流路可以在相同的或分离的分配器组件中。和此前一样,可将整个流路构造中的多重变化用在分配器组件中以提供至少两种对流体有不同的阻力以传送不同速度的蒸气和液体的流路的装置。
由于图10A两组件中的不同仅在于竖直壁33中的通路37a和37b的面积,组件在示于图10B中的视图中看起来相同。该视图在辨别向上流动管34的基本矩形的横截面和悬挂在其上方的向上流动通道35的性质中是有用的。应再次指出,包括竖直流动通道或降液管的壁没有一个必须垂直于塔盘。它们有一些竖直元件而且可以以相同或不同的角度偏斜于垂直位置。
单通道分配器的结构能够容易地适应降液管或罩的形状的不同。例如,圆形罩或盖可以安装于圆形、矩形、三角形或具有任何其它适宜横截面的降液管上。还应指出无论降液管和罩的横截面形状如何,罩不需在降液管的中心之上。可使降液管的纵轴位于较接近罩的一条边。而且,降液管的一个或多个壁的部分可以与罩或盖的一个或多个侧壁紧挨着或与其共面或与其为一体。
至少两套不同构造的分配器(例如具有高蒸气通量的向上流动通道的第一套和至少一个例如具有低蒸气通量的第二套)的使用实现了几种其它的排布和任选的整体结构。首先,可以设置具有向上流动通道的单通道分配器的相关部件至任何期望的量,该向上流动通道具有特定尺寸的蒸气通路例如高蒸气流量通路。例如,不需要一半通路或是高低蒸气流量通路,或是低蒸气流量通路。例如,可以是分配器的仅四分之一具有较大的高蒸气流量通路。另外,单通道分配器的仅四分之一可有具有较小(低蒸气流量)通路的向上流动通道。分配器的其余部分将有较大的高蒸气流量通路。应进一步指出通路的尺寸分布可以为三种或更多种尺寸,也就是说通路可以是大的、小的和中等的。在通路以外的流路的其余部分中,替代和/或结合通路中的变化,可以使用类似变形以获得期望套数的不同构造的单通道分配器。同样可以改变不同构造的流体流路在多通道分配器中的分布。另一种方案是将单通道和多通道分配器置于相同塔盘上。而且,可以有不同套的多通道分配器配置在塔盘上,同时还配置或不配置一套或多套的单通道分配器。如此处所用,术语“套”描述具有相同结构的分配器组件,例如可将它们看作基本是彼此的复制品。一套可以包括少如塔盘上的一个分配器或多如塔盘上的所有分配器组件。假如塔盘上有至少一套具有至少一个不同构造的流体流路的其它的分配器,则多通道组件不需要具有不同构造的流体流路。因此,本发明包含流路中无数可能的变形,这些变形可以与一套或多套单和/或多通道分配器组件的各种结合。
例如,根据本发明的一种装置可以包括第一套(其包括多个具有第一构造的流路的单通道分配器)和第二套,其包括一个提供第二构造的流路的分配器组件。在另一个实施例中,根据本发明的一种装置可以包括一套具有第一构造的单通道分配器,第一套具有两个相同的第二构造的流路的多通道分配器,第二套具有两个流体流路的多通道分配器,其中至少一个流路与第一套的流路不同;以及第三套具有三流路的多通道分配器,其中三个流路中的一个、两个或全部具有不同的构造。在一个实施方案中,塔盘上第一套多通道分配器组件具有均匀的第一构造的流路,并且第二套具有均匀的第二构造的流路的多通道组件。
适宜的圆筒罩可从具有5-16厘米(2至6英寸)的直径和12-25厘米(5至10英寸)的总高的标准管制得。在一个实施方案中,最高的降液管的壁的顶边与罩顶内表面之间的距离应当为至少7毫米。罩的顶部内表面与第二降液管的壁的顶边之间的距离至少大8毫米。
优选罩的高流速与低流速蒸气通路的高度和横截面积都相差至少10%。如此处所用,两流路中相应特征之间的差值以相对于所比较的两个值中较小的值的百分比计算。在一个实施方案中,大容量蒸气通路的宽度比小容量蒸气通路的宽度大至少10%。在另一个实施方案中,大容量蒸气通路的宽度等于或小于小容量蒸气通路的宽度,同时两通路的相对高度据此调整以使大容量蒸气通路的横截面积比小容量蒸气通路的横截面积大至少10%。在另一个实施方案中,设备中有至少两种通路,其具有相差至少25%的开放横截面积。应再次指出罩侧壁上的通路的开口面积由多于一个开孔提供也在本发明的范围之内。例如,可提供单长孔通路与第一向上流动通道连通,并且提供两个较高长孔与第二向上流动通道连通。如果为较高蒸气流量通道提供较大数量的开孔,那么这些开孔可以具有与为低蒸气流量通路提供的开孔相同或较小的宽度。单蒸气通路的开孔可以不同,例如长孔和圆形开孔都能用作单通路。对于需要蒸气通路开孔面积小的应用,通常可采用一竖排或多竖排的间开的圆形开孔,而不是长孔。当采用多排开孔时,每一排可以有不同数量的开孔。不需要将通路的多个开孔或成排的开孔排成直线,例如多排开孔可以竖直相互交错。
如上所述,穿过通道的蒸气或液体的流速由对流体流动即蒸气和液体流动的阻力设置,该阻力由从刚好位于分配器组件外边的液体收集塔盘之上的容器空间至塔盘下降液管出口之下的容器空间整个流路提供。由于所有流路都代表与相同体积连通的平行体系,因此穿过它们中每一个的总压降都是相同的并且等于穿过塔盘的压降。然而,如前所述,可以用流体流路的不同部分(例如对蒸气流动提供阻力的通路面积)设置对流体之一的初级阻力。因此,在一个实施方案中装置中有至少两种不同结构的流路,其中对蒸气流动和液体流动中至少一种的阻力不同。改变不同流体流路中的蒸气通路的相对面积只是改变该设计变量的一种实施方案。如果流体流路结构的其他部分例如向上流动通道和降液管之间面壁的堰高提供了足够的差异,通路的尺寸可以相同。
当然,可以使流路的多于一个部分不同以提供对流体流动期望的不同构造和阻力。实现该目的一个方式是将装置确定为提供具有至少两个流体流路的分配器组件,每个流路具有特征比Ap/Ac,Ap是导向向上流动通道的通路的开口面积,Ac是通过流路的其余部分到达塔盘之下的最小可用流动面积。在一个实施方案中,两个流体流路的Ap/Ac比相差至少10%。在另一个实施方案中,两个流体流路的Ap/Ac比相差至少20%。基于流体流动可用的最小横截面积对面积进行测量。
构造和对流体流动的阻力的这些不同带来了穿过装置的不同构造的流体流路的蒸气和/或液体流速的不同。在一个实施方案中,在装置的不同构造的流体流路之间,蒸气和液体流速都不同。在另一个实施方案中,蒸气流速和液体流速至少之一在不同构造的流体流路之间相差至少10%。在另一个实施方案中,蒸气流速和液体流速至少之一在不同构造的流体流路之间相差至少25%。
在所述装置的两个流路中相应特征之间的相对差异可以根据本发明的具体应用显著变动。例如,在穿过装置的流路之间有所差异的具体特征、所用不同成套构造的流路的数目以及设计用于所述装置的操作参数或工艺条件都可能影响相应特征中的相对差异。
因此,在本发明的一个实施方案中,对于不同的工艺条件,装置中至少两个通路的开放横截面积之间的差异可以为从25%到400%。
在本发明的一个实施方案中,对于不同的工艺条件,装置中至少两个流路的Ap/Ac比之间的差异可以为从50%到550%。
在本发明的一个实施方案中,对于不同的工艺条件,穿过装置的至少两个流路的液体流速之间的差异可以为从30%到8200%。
权利要求
1.一种装置,用于在容器的横截面上平均分配向下流动的液体,其中容器中蒸气和液体的向下流动被水平塔盘(14,44)阻断,迫使蒸气和液体流过穿过塔盘(14,44)的间隔开的开孔(12,36),其中穿过塔盘(14,44)的间隔开的开孔(12,36)被分配器(1)覆盖,迫使蒸气沿流路穿过分配器(1)的壁(3,21,33)上的通路(4,5,37a,37b),穿过位于分配器(1)中的流动通道(15,16,35),并且穿过开孔(12,36),其中至少两个流路是不同构造的,并对蒸气流动和液体流动的至少一者提供不同的阻力。
2.权利要求1所述的装置,其中流动通道(15,16,35)具有对流动可用的最小横截面积Ac,使得比值Ap/Ac在装置中具有至少两种不同的值,其中Ap是对应于流动通道的通路(4,5,37a,37b)的可用横截面积。
3.权利要求2所述的装置,其中比值Ap/Ac在装置的至少两种流路之间相差至少10%。
4.权利要求1的装置,其中该装置使向下流动穿过容器的蒸气和液体混合,并且其中分配器(1)包括降液管(20,34),其具有一个开放的上部第一端和一个与塔盘下的容器空间流体连通的开放的下部第二端;和盖(10),其覆盖在降液管(20,34)的第一端之上;盖(10)包括基本封闭的顶部(2,39)和侧壁(3,21,33),盖(10)上的通路(4,5,37a,37b)位于侧壁(3,21,33)上并与位于侧壁(3,21,33)与降液管(20,34)之间的流动通道(15,16,35)连通,流动通道(15,16,35)还与降液管的第一端连通以界定穿过通路(4,5,37a,37b)至塔盘下的容器空间的流路,其中装置的至少两种流路为蒸气和液体的至少一者提供不同的流速。
5.权利要求4的装置,其中在装置的至少两种流路之间,蒸气和液体至少一者的流速相差至少10%。
6.权利要求1或4的装置,其中不同构造的流路由分开的分配器(1)提供或在一个分配器(1)内提供。
7.权利要求4的装置,其中盖壁(3,21)界定了在壁(3,21)与第一降液管面壁(8)之间的第一流动通道(15)、在壁(3,21)与第二降液管面壁(9)之间的第二隔离流动通道(16),每个流动通道与降液管(20)的上端连通,盖壁(3,21)具有多重通路,至少一个第一通路(4)提供了与第一流动通道(15)的流体连通、第二通路(5)提供与第二流动通道(16)的流体连通。
8.权利要求1或7的装置,其中至少两个通路的横截面积相差至少10%。
9.权利要求7的装置,其中竖直挡板(7)从盖(10)向下延伸进入降液管(20)的上端。
10.权利要求7或9的装置,其中第二通路(5)的上边缘比第一通路(4)的上边缘更接近盖(10)的顶部(2)。
11.权利要求7或9的装置,其中第二面壁(9)在塔盘(14)之上具有比第一面壁(8)更高的高度,并且第二通路(5)的横截面积比第一通路(4)的横截面积至少大10%。
12.一种方法,用于在液体收集塔盘之下的向下流动式容器的横截面上提供液体的均匀分布,该方法包括将容器内的蒸气和液体收集在液体收集塔盘上的空间内,该塔盘具有多个分配器,分配器包括降液管和盖并提供了穿过塔盘的流体连通;使至少一种第一部分蒸气流过盖内的第一通路并进入分配器内的第一流动通道;使至少一种第二部分蒸气流过盖内的第二通路并进入分配器内的第二流动通道;将液体收集塔盘上的液体与蒸气在第一和第二流动通道内混合,从而形成蒸气/液体混合物;和使流动通道内的蒸气/液体混合物流过降液管至塔盘下的容器空间;其中第一和第二通路以及第一和第二流动通道中的至少一对具有不同构造。
13.权利要求12所述的方法,其中所述方法是加氢处理方法。
全文摘要
使向下流过容器的蒸气和液体在多个排布在位于容器内的水平分配盘(14)上的分配器组件(1)中接触。分配器组件具有对流体流动有不同阻力的流体流动通道(15,16),例如通过使蒸气入口具有至少两种不同的尺寸,具有不同尺寸的入口位于不同组件上或位于同一组件的不同向上流动通道上。这在不同向上流动通道中提供不同的蒸气流速和液体流速。该发明改善了容器横截面上液体分配的均匀性,不论分配盘上液面的高度有何差异和穿过反应器的蒸气和液体流速如何变化。
文档编号B01D3/20GK1691975SQ200380100535
公开日2005年11月2日 申请日期2003年10月2日 优先权日2002年10月8日
发明者M·马勒 申请人:环球油品公司


购买说明
       资料可在线传送,如需邮寄光盘(即将电子文档刻录到光盘里),邮费另计。
       我们也可以为您提供个性化定制,欢迎咨询,客服微信/QQ: 690542
       X专利信息网竭诚为您服务!

相关文章 您可能喜欢 最新发布 热门文章 随机文章 相关发布