一种重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴的制作方法

本新型属于重油加氢反应设备，尤其涉及一种重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴。

背景技术：

1、重油加氢是实现重质油提质转化的核心技术手段，其中浆态床加氢工艺因对高金属、高沥青质含量的重质原料具有优异的适应性，成为重油深加工领域的研究重点与发展方向；氢气在反应混合物中的传质速率与分布均匀性，直接决定着重油加氢的反应效率与产品品质，而气体喷嘴作为浆态床加氢反应器内氢气输送与分布的核心部件，其结构设计对气体在床层内的扩散效果起到关键作用。

2、目前，浆态床反应器已成功应用于不饱和油脂加氢、费托合成、蒽醌法制双氧水等化工过程，但此类反应体系的物料流动性好、反应条件温和，与重油加氢过程中物料流动性差、易结焦、反应工况苛刻的特点存在显著差异，现有浆态床反应器的气体分布装置无法直接适配重油加氢的工艺需求。

3、为强化反应器内的气液传质效果，现有技术多采用结构复杂的气泡破碎装置。例如专利文献cn111495288b公开了一种渣油加氢用上下对冲式微界面强化反应装置，通过在反应器顶部和底部设置气泡破碎器，将气泡尺度缩小至1μm-1mm，以此提升气液传质面积；专利文献cn106215730a进一步公开了梭形空腔结构的气泡破碎器，利用二次破碎件实现气泡的多级破碎，然而，这类气泡破碎装置结构复杂，不仅增加了反应器的制造、装配与维护成本，还难以精准调控气体在浆态床内的均匀分布，无法从根本上解决重油加氢过程中气体分布不均导致的局部反应不充分问题。

4、部分技术尝试在喷嘴内增设导流装置调控流体喷出状态，例如胡伟林等人设计的镶嵌短圆柱形导流芯的喷嘴可实现全圆喷洒；赵忠祥等人开发的带螺旋槽二流式喷嘴能引导气流形成旋转运动；专利文献cn203653260u的螺旋导流管状喷嘴可使混合气形成湍流；张泽鹏等人设计的空心螺旋导流芯高压喷嘴兼具直射与离心喷嘴的优点，但这些带导流装置的喷嘴多应用于灌溉、喷雾、消防等低压、低黏度工况，难以耐受重油加氢的高温高压环境，且其导流结构设计未针对重油浆态床的物料特性优化，无法兼顾气体喷射速度与水平方向扩散范围的平衡。

5、此外，喷嘴尺寸对浆态床内物料分布的影响显著，现有研究表明，减小喷嘴尺寸虽能提高气体射入速度，有利于重油流动，但会导致气体在水平方向分布不充分，同时增加喷嘴制造、拆装的难度与使用成本。

6、综上所述，现有技术中的气体分布装置或喷嘴结构，均无法满足重油浆态床加氢反应器对气体均匀分布的核心需求，亟需开发一种结构简洁、适配重油加氢工况、能够实现气体在浆态床内均匀扩散的气体喷嘴。

技术实现思路

1、本新型的目的是提供一种重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，该气体喷嘴保留小尺寸喷嘴特性的同时，通过增加导流芯能够对气流进行换向进而改善气流喷射方向和扩散形态，达到了兼具氢气在重油中均匀分布和抗重油在喷嘴出口结焦的双重目的。

2、本方案提供了一种重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴：

3、包括喷嘴本体，所述喷嘴本体包含有进气管段、出气管段和导流芯，所述导流芯包含中心柱和挡板，其中，所述中心柱底端设置在所述出气管段内，顶端延伸至所述出气管段外部，所述挡板位于所述出气管段的上方，并采用垂直于所述出气管段轴线的方式与所述中心柱顶端连接，气流经所述进气管段和出气管段流出时将受到所述挡板阻挡进而改善气流喷射方向和扩散形态。

4、作为本申请的优选方案：所述挡板为翼板或圆板中的任一种；

5、当为翼板时，其包含多组，多组该翼板等距布设于所述中心柱的顶端，每组所述翼板的长度为出气管段内径的2-3倍，厚度为0.3-0.5mm，且该翼板的宽度沿远离所述中心柱的方向逐渐减小；

6、当为圆板时，该圆板的中心固定在所述中心柱的顶端，所述圆板的直径为所述出气管段外径的1-4倍，所述圆板的厚度为0.3-0.5mm。

7、作为本申请的优选方案：

8、所述翼板和圆板的边缘均为圆角处理，同时，该翼板和圆板的外表面均做钝化抛光处理，表面粗糙度 ra≤0.8μm。

9、作为本申请的优选方案：所述中心柱设置在所述出气管段内的具体结构为：

10、所述出气管段的底部开设有锥孔，同时，所述中心柱的底端设有与该锥孔卡接的锥头组件，通过该锥头组件与所述锥孔的配合将所述中心柱固定式或可伸缩式设置在所述出气管段并与所述出气管段的轴线重合。

11、作为本申请的优选方案：

12、所述中心柱固定式设置在所述出气管段时，所述锥孔为倒锥结构，所述锥头组件包含设置在所述中心柱尾端的倒圆台，该倒圆台的尺寸小于等于所述锥孔的尺寸，并在该倒圆台环状侧面上设有至少一组卡槽，该卡槽内可卡嵌套挡圈以保持所述中心柱固定。

13、作为本申请的优选方案：

14、所述中心柱伸缩式设置在所述出气管段时，所述锥头组件包含设置在所述中心柱尾端的连通柱及与其可拆卸连接的锥台，所述连通柱能够相对锥孔移动，且其长度大于等于所述挡板与所述出气管段顶部的距离，无进气且液相物料静止状态时，所述导流芯在自身重力及液相物料重力作用下能够驱动连通柱相对锥孔下移进而将所述挡板与所述出气管段上端面紧密接触，进气状态时，高压气体作用于挡板进而带动连通柱相对锥孔上移，直至锥台与锥孔卡接后实现所述导流芯限位固定。

15、作为本申请的优选方案：

16、所述进气管段与所述出气管段首尾垂直对接，其中，所述进气管段的内径大于等于所述出气管段的内径。

17、作为本申请的优选方案：

18、所述挡板位于所述出气管段上方9-11mm的位置。

19、作为本申请的优选方案：

20、所述中心柱的直径小于等于所述出气管段内径的0.5倍。

21、作为本申请的优选方案：

22、所述导流芯的材质为耐高温高压合金。

23、与现有技术相比，本申请的优势在于：

24、重油浆态床内物料粘度高，流动性差，采用传统微型喷嘴直接喷射易形成柱状射流，导致局部气体聚集，其余区域氢气匮乏，本方案该喷嘴包含出气管段和设置在其内的导流芯，通过导流芯的挡板能够将直线喷射的气流强制换向分流，使得柱状射流向水平方向扩散，扩大了气流在床层横截面上的覆盖范围，大幅提升氢气在重油中的分布均匀性，强化气液传质，解决了氢气在高粘度重油中扩散性和穿透性相互制约的不足，此外，通过气流的水平扩散，不仅可在喷嘴出口形成一层气膜保护层，以减少重油与喷嘴出口的直接接触，且分流后的气流能冲刷喷嘴出口附近的轻微积焦，延缓结焦速率，达到延长喷嘴维护周期的目的，增强了喷嘴长期运行的稳定性；可见，本方案该气体喷嘴结构简单、加工和拆装方便，同时，既保留了原微型喷嘴的高射流速度，又通过挡板分流避免了“高速窄流”的弊端，提升了气体（氢气）在反应器径向的分布效率及在反应器内停留时长，且兼顾抗结焦性能。

1.一种重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，包括喷嘴本体，其特征在于：所述喷嘴本体包含有进气管段（10）、出气管段（11）和导流芯（12），所述导流芯（12）包含中心柱（121）和挡板（122），其中，所述中心柱（121）底端设置在所述出气管段（11）内，顶端延伸至所述出气管段（11）外部，所述挡板（122）位于所述出气管段（11）的上方，并采用垂直于所述出气管段（11）轴线的方式与所述中心柱（121）顶端连接，气流经所述进气管段（10）和出气管段（11）流出时将受到所述挡板（122）阻挡进而改善气流喷射方向和扩散形态。

2.根据权利要求1所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：所述挡板（122）为翼板或圆板中的任一种；

3.根据权利要求2所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：所述翼板和圆板的边缘均为圆角处理，同时，该翼板和圆板的外表面均做钝化抛光处理，表面粗糙度ra≤0.8μm。

4.根据权利要求2所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：所述中心柱（121）设置在所述出气管段（11）内的具体结构为：

5.根据权利要求4所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：

6.根据权利要求4所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的重油浆态床加氢反应器用气体喷嘴，其特征在于：