加氢反应器及其预分配盘

技术领域

本发明涉及加氢反应设备技术领域，尤其是反应器规模较大的加氢反应设备，特别涉及一种加氢反应器及其预分配盘。

背景技术

近年来，随着经济的快速发展和环保意识的增强，对石化产品的质量和环保要求越来越高。作为生产清洁燃料的技术手段之一，加氢技术在炼油工业中的重要性和发挥的作用越来越大。在加氢装置中，同加氢催化剂技术和加氢工艺技术一样，加氢反应器内构件技术也是反应系统的重要组成部分，三者构成了反应器性能的三因素。

在加氢装置中，作为关键设备的加氢反应器，按一定比例混氢后的原料油借助加氢催化剂的作用，完成了精制和裂化等反应。加氢反应器内的加氢反应能否稳定操作，加氢催化剂能否充分地发挥其作用，产品质量是否能够达到优质，很大程度上取决于气液相在催化剂床层中分布的均匀性。而气液两相在催化剂床层中的分布是否均匀，则与加氢反应器内构件的设计有着密切的关系。可以说，内构件性能的好坏直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期，采用一套性能优良的加氢反应器内构件不亚于更换一种活性更高的加氢催化剂。因此国内外对加氢反应器及其内构件的研究和工程开发一直非常重视，不断更新反应器内构件，以求取得更好的效果。

加氢反应器通常是由反应器顶部中心位置进料，物料通过入口扩散器进行分布时，液相在封头空间内的流线为倾斜线，其残余的动能会产生强大的惯性力，导致落到顶部分配盘后沿反应器四周产生集聚。顶部分配盘的液层在重力作用下虽然有趋向于水平的趋势，但是随着加氢装置的处理规模越来越大，加氢反应器直径也逐渐增加，从工程实施中能明显观察到，反应器顶部分配盘上的液层自中心位置向边缘位置呈现出递增式分布，即中心位置区域物料液层高度相对较小，边壁处物料液层高度相对较大。而气相受反应器封头空间内分压的影响，在经过入口扩散器后会向反应器中心区域聚集，产生与液相完全相反的分布规律，导致加氢反应器规模越大，气液相物料的分布偏差越严重。

加氢过程为放热反应，物料分布不均匀会导致催化剂润湿效果好的部位反应程度剧烈，反应速率越快生成的热量越多，进而影响反应器的径向温差。当径向温差较大时，催化剂局部温度升高形成过热点，使得这部分催化剂性能过早失活，损害催化剂的性能，甚至会导致催化剂部分区域的结焦、板结，物料无法正常流过。由于固定床加氢反应器为滴流床流态，板结区域下方的催化剂不能继续发挥作用，会极大降低催化剂的使用寿命与装置的开工周期，而且出现局部板结现象还会导致催化剂床层压力降升高，被动提高反应器的操作压力，一方面造成能耗的增加，另一方面为装置的稳定运行带来隐患。压力降的过快升高达到反应器设计值时，不得不非正常停工，进行撇头处理，额外支出检维修费用，同时催化剂的筛分也会造成催化剂的流失与浪费。

传统的加氢反应器在顶部分配盘上方增置一层气液预分配盘，来改善顶部分配器工作的入口条件。中国专利CN109985573A公开了一种提高液相均匀度的加氢反应器，在反应器上封头闲置空间内或反应器筒体上端设置有折边式减冲均流盘，通过竖直设置于塔盘上的烟囱式分配器将物料分布到顶部分配盘，为顶部分配盘提供平稳均匀的入口工况，优化顶部床层的物料分布，实现初分配功能。中国专利CN204058374U公开了一种流体预分配器和流体预分配盘，通过安装在固定床加氢反应器内气液分配盘上方的流体预分配盘，对加氢原料进行预分配，减少气液两相对下部气液分配盘的冲击，保持液面稳定形成更均匀良好的分配效果。

现有技术并未从根本上解决液相在塔盘上自中心位置向边缘位置递增式分布的问题，首先，液相集聚的原因来自于入口扩散器对物料流线的改变，增设气液预分配盘后虽然避免了直接影响到顶部分配盘，但依然会在预分配盘上形成递增式分布。而预分配盘上起到分配作用的分配器，通常都需要达到一定的液层高度才会进入工作状态，这就导致当反应器边壁处的分配器启动时，预分配盘中心位置区域的分配器由于液层高度不够，在顶部分配盘中心出现液相空白区域，仍然会形成自中心位置向边缘位置的递增式分布现象。即使性能最好的分配器，在不同高度液层的条件下，也无法实现均匀分配物料，严重影响顶部分配器的工作效果，径向温差的扩大不可避免。

其次，气相受反应器封头空间内压力分布的影响，在经过入口扩散器后会产生向反应器中心区域聚集的现象，形成与液相完全相反的分布规律。当预分配盘中心位置区域的分配器无法正常启动时，气相可以不与液相混合就直接穿过预分配盘，严重的甚至直接穿过顶部分配盘进入催化剂床层，随着加氢反应器的直径越来越大，导致气液相物料分布产生极大偏差。

第三，为了确保流过每个分配器的液相量相同，实现物料对催化剂床层的均匀覆盖，预分配盘对水平度的要求极高，但随着目前加氢反应器直径越来越大，塔盘多采用分块组合方式安装，无法精准保证分配板面的整体水平度。通常安装误差会使分配板面沿水平方向有1/8°～1/2°的倾斜，最大倾斜可达到3/2°，即使安装之初的水平度较高，也会在操作过程中因为热膨胀和物料冲击载荷的共同作用失去水平度，进而影响分配器的使用效果。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种加氢反应器及其预分配盘，从而改善现有加氢反应器中入口扩散器造成的气液相物料分布不均的问题。

本发明的另一目的在于，提供一种加氢反应器及其预分配盘，从而改善现有加氢反应器中预分配盘安装精度要求高、操作过程中易变形等问题。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种预分配盘，其包括：多个塔盘，其包括一个圆形塔盘和多个环形塔盘，多个塔盘的内外径依次匹配，并呈以圆形塔盘为中心的多层阶梯分布，圆形塔盘为最低层，外径最大的环形塔盘为最高层，多个塔盘均设有多个筛孔；以及连接件，其连接相邻的两层塔盘，并将相邻的两层塔盘的层间间隙密封。

进一步，上述技术方案中，每一个环形塔盘由多个塔盘板拼接而成。

进一步，上述技术方案中，连接件包括竖直部和横向部，相邻的两层塔盘中，上层塔盘的内沿与竖直部相连接，下层塔盘的外沿与横向部相连接，竖直部将相邻的两层塔盘的层间间隙密封。

进一步，上述技术方案中，连接件与相邻的两层塔盘之间采用焊接、螺纹连接和卡扣连接中的一种或几种。

进一步，上述技术方案中，连接件为环形塔盘的内沿向下延伸的折边。

进一步，上述技术方案中，连接件为角钢，角钢焊接在每一个环形塔盘的内沿上。

进一步，上述技术方案中，连接件为工字梁，相邻的两层塔盘中，上层塔盘的内沿搭接在工字梁的上翼板的上表面，下层塔盘的外沿搭接在工字梁的下翼板的上表面。

进一步，上述技术方案中，工字梁为圈梁。

进一步，上述技术方案中，预分配盘还包括：多个支撑梁，其沿径向设置，多个支撑梁分别连接相邻的两层圈梁。

进一步，上述技术方案中，相邻的两层塔盘的高度差为70～400mm。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种加氢反应器，其包括：本体，其为圆筒状结构，本体上端中心设有进料口；入口扩散器，其设置在进料口处；如上述技术方案中任意一项的预分配盘，其同轴设置在入口扩散器下方；以及顶部分配盘，其设置在预分配盘的下方。

进一步，上述技术方案中，本体的内壁上设有一圈凸台，预分配盘的外周通过凸台安装在本体内。

进一步，上述技术方案中，凸台焊接在本体的上封头内。

进一步，上述技术方案中，本体的直径大于或等于3.5m。

与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：

1.本发明的预分配盘通过圆形塔盘和多个环形塔盘形成多层阶梯分布，改变了传统预分配盘的布置方式，通过在相邻的塔盘之间制造出的断层，确保各个塔盘上的液层不处在同一水平面，减少了流动过程中同向液体的阻碍作用，避免液相在反应器四周产生集聚；相邻的塔盘上的液层没有直接接触，不存在布满整个反应器截面的单一连续液面，从根本上打破了液相间相互依托所产生的“引桥”效应，消除了自中心位置向边缘位置呈现出的液层递增式分布现象。

2.本发明的预分配盘上不设置常规的气液分配器，液相通过各层塔盘上的筛孔流下，经过每个筛孔的液相量基本相同，确保整个反应器截面各处的气体分压大致相同，实现气相的均匀分布，避免气液相物料产生极大偏差，为加氢装置的稳定运行提供良好的先决条件。

3.本发明的预分配盘中的塔盘处在不同的水平位置，有效降低了径向方向的累计误差，安装过程中仅需保证同层内塔盘的水平度，无需精准保证预分配盘的整体水平度，从而降低了预分配盘的安装难度。

4.本发明的预分配盘可以不采用常规的支撑，而是通过塔盘的刚性进行自支撑，利用塔盘的自重使整个预分配盘产生向中心方向的倾斜，安装过程中无需保证同层内塔盘的水平度，无需精准保证预分配盘的整体水平度，从而降低了塔盘的安装难度。

5.每个塔盘可以根据人孔尺寸分割为多个塔盘板，塔盘板的数量和塔盘层数随着加氢反应器直径的增大相应增加，提高了装置运行过程中对于热膨胀和物料冲击载荷的抵抗力。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明的一实施方式的加氢反应器的局部结构示意图。

图2是根据本发明的一实施方式的预分配盘的俯视结构示意图。

图3是根据本发明的另一实施方式的加氢反应器的局部结构示意图。

图4是根据本发明的另一实施方式的预分配盘的仰视结构示意图。

主要附图标记说明：

100-加氢反应器，110-本体，111-进料口，112-凸台，120-入口扩散器，130-预分配盘，131-圆形塔盘，132-环形塔盘，1320-塔盘板，133-连接件，1331-竖直部，1332-横向部，140-顶部分配盘，150-催化剂床层。

200-加氢反应器，210-本体，211-进料口，212-凸台，220-入口扩散器，230-预分配盘，231-圆形塔盘，232-环形塔盘，233-工字梁，234-支撑梁，240-顶部分配盘，250-催化剂床层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，根据本发明的具体实施方式的加氢反应器具有圆筒状的本体110，本体110上端中心设有进料口111。进料口111处设有入口扩散器120，入口扩散器120下方由上至下依次设有预分配盘130、顶部分配盘140和催化剂床层150。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，本体110的内壁上设有一圈凸台112，预分配盘130的外周通过凸台112安装在本体110内。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，凸台112焊接在本体110的上封头内。应了解的是，凸台112也可以不设置在上封头内。

结合图1和图2所示，根据本发明具体实施方式的预分配盘130包括多个塔盘，多个塔盘中一个为圆形塔盘131，其他为环形塔盘132。多个塔盘的内外径依次匹配，并以圆形塔盘131为中心呈多层阶梯分布，其中圆形塔盘131为最低层，外径最大的环形塔盘132为最高层。圆形塔盘131和多个环形塔盘132都设有多个筛孔(图中未示出)。相邻的两层塔盘通过连接件133相连接，并且连接件133将相邻的两层塔盘的层间间隙密封。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，每一个环形塔盘132可以由多个塔盘板1320拼接而成，如图2所示。塔盘板1320可以根据人孔的尺寸分割。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，连接件133包括竖直部1331和横向部1332，相邻的两层塔盘中，上层塔盘的内沿与竖直部1331相连接，下层塔盘的外沿与横向部1332相连接，竖直部1331将相邻的两层塔盘的层间间隙密封。示例性地，连接件133可以为环形塔盘132的内沿向下延伸的折边，连接件133也可以为焊接在环形塔盘132的内沿的角钢，本发明并不以此为限。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，相邻的两层塔盘的高度差约为70～200mm。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，如图1所示的连接件133的横向部1332与相邻的两层塔盘中的下层塔盘的外沿采用螺纹连接。应了解的是，连接件133与相邻的两层塔盘之间可以采用焊接、螺纹连接和卡扣连接中的一种或几种，本发明并不以此为限。

结合图1，本发明的一个或多个示例性实施方式中，预分配盘130的工作过程如下，物料由进料口111经入口扩散器120进入加氢反应器的本体110内，在残余动能的强大冲击力作用下，呈斜线流态向四周喷射。液相首先沿本体110的内壁产生聚集，液层在重力作用下趋向于中心位置流动，部分液相会通过环形塔盘132上的筛孔落入顶部分配盘140，剩余的液相则流过环形塔盘132。由于相邻的塔盘沿轴向方向呈阶梯式布置，各层塔盘上的液相不处在同一水平面，液层间没有直接接触，剩余的液相受到本体110内壁或连接件133的竖直部的阻碍作用，只能向内流过人为制造的断层，才能流到下层塔盘。

如图3所示，根据本发明的具体实施方式的加氢反应器具有圆筒状的本体210，本体210上端中心设有进料口211。进料口211处设有入口扩散器220，入口扩散器220下方由上至下依次设有预分配盘230、顶部分配盘240和催化剂床层250。

进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，本体210的内壁上设有一圈凸台212，预分配盘230的外周通过凸台212安装在本体210内。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，凸台212焊接在本体210的上封头内。

结合图3和图4所示，根据本发明具体实施方式的预分配盘230包括多个塔盘，多个塔盘中一个为圆形塔盘231，其他为环形塔盘232。多个塔盘的内外径依次匹配，并以圆形塔盘231为中心呈多层阶梯分布，其中圆形塔盘231为最低层，外径最大的环形塔盘232为最高层。圆形塔盘231和多个环形塔盘232都设有多个筛孔。每一个环形塔盘232可以由根据人孔的尺寸分割的多个塔盘板拼接而成。相邻的两层塔盘通过工字梁233相连接，相邻的两层塔盘中，上层塔盘的内沿搭接在工字梁233的上翼板的上表面，下层塔盘的外沿搭接在工字梁233的下翼板的上表面，工字梁233的腹板将相邻的两层塔盘的层间间隙密封。示例性地，工字梁233为圈梁，相邻的两层工字梁233(圈梁)之间通过多个径向设置的支撑梁234相连接，从而形成一个整体的安装架。支撑梁234和圈梁的分布可以如图4所示，本发明并不以此为限。进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，相邻的两层塔盘的高度差约为200～400mm，即工字梁的高度。

参考图3，本发明的一个或多个示例性实施方式中，预分配盘230的工作过程如下，物料由进料口211经入口扩散器220进入加氢反应器的本体210内，在残余动能的强大冲击力作用下，呈斜线流态向四周喷射。液相首先沿本体210的内壁产生聚集，液层在重力作用下趋向于中心位置流动，部分液相会通过环形塔盘232上的筛孔落入顶部分配盘240，剩余的液相则流过环形塔盘232。由于相邻的塔盘沿轴向方向呈阶梯式布置，各层塔盘上的液相不处在同一水平面，液层间没有直接接触，剩余的液相受到本体210内壁或工字梁233的腹板的阻碍作用，只能向内流过人为制造的断层，才能流到下层塔盘。

下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明，应了解的是，本发明并不以此为限。

实施例1

本实施例中，参考图1和图2所示，加氢反应器100的入口扩散器120和顶部分配盘140之间设置了本发明的预分配盘130。加氢反应器100的直径为3.5m，预分配盘130的结构如上所述，其中环形塔盘132根据人孔尺寸分割为多块塔盘板1320，每块塔盘板1320的内沿焊接75

安装时，将最外围的环形塔盘132的多个塔盘板1320的外沿通过螺栓连接在凸台112上，再将下一层环形塔盘132的多个塔盘板1320的外沿通过螺栓连接在最外围的环形塔盘132的角钢上，最后将圆形塔盘131的外沿通过螺栓连接在中间的环形塔盘132的角钢上。相邻两层塔盘的高度差约为75mm。本实施例的预分配盘132未采用常规的支撑形式，而是通过塔盘的刚性进行自支撑，安装过程中无需保证同层内塔盘的水平度，无需精准保证预分配盘的整体水平度，从而降低了塔盘的安装难度。

预分配盘130上未设置传统的气液分配器，避免了对气液相物料的分配形成偏差，给顶部分配盘140提供了友好、平稳、均匀的入口条件，与顶部分配盘140一起实现了物料在下游催化剂床层150上的均匀分布。采用本实施例的预分配盘130后，通过对比设置在同一高度的5个温度测点，可以发现催化剂床层150的最大床层径向温差由原来的11.6℃降低为1.6℃。

实施例2

本实施例中，参考图3和图4所示，加氢反应器200的入口扩散器220和顶部分配盘240之间设置了本发明的预分配盘230。加氢反应器200的直径为5.8m，预分配盘230的结构如上所述，其中环形塔盘232根据人孔尺寸分割为多块塔盘板。连接件为工字梁233，工字梁233为圈梁，相邻的两层圈梁之间通过支撑梁234连接。本实施例的加氢反应器200的本体210内设有一圈凸台212。

安装时，将工字梁233(圈梁)和支撑梁234组成的安装架固定在加氢反应器200的本体210内，将各层环形塔盘232的多个塔盘板以及圆形塔盘231分别与圈梁相连接安装。相邻两层塔盘的高度差约为260mm。

通过预分配盘230避免了气液相物料产生极大偏差，给顶部分配盘240提供了友好、平稳、均匀的入口条件，与顶部分配盘240一起实现了物料在下游催化剂床层250上的均匀分布。采用本实施例的预分配盘230后，通过对比设置在同一高度的5个温度测点，可以发现催化剂床层250的最大床层径向温差由原来的13.4℃降低为1.8℃。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。