加氫反應器的運行原理與結構組成

作者： 2020年05月12日 來源：化工交流 瀏覽量：
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加氫反應器是加氫裝置的核心設備，也是加氫工藝的關鍵。你知道它的運行原理，結構組成嗎？有哪些構件，這些構件又在反應器中扮演什么“角色”呢？
加氫反應器是加氫裝置的核心設備，也是加氫工藝的關鍵。你知道它的運行原理，結構組成嗎？有哪些構件，這些構件又在反應器中扮演什么“角色”呢？
 
　　加氫反應器操作于高溫高壓臨氫環(huán)境下，并且進入反應器的物料往往都含有硫和氮等雜質(zhì)，和氫反應生成具有腐蝕性的硫化氫和氨。另外，加氫反應是放熱反應，會使床層溫度升高，但又不能出現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象。
 
　　加氫反應器的分類
 
　　依據(jù)催化加氫過程進料原料油性質(zhì)的不同，相應地所采用的工藝流程和催化劑是不相同的，其反應的形式也有各異，一般有三種類型：固定床反應器、移動床反應器和流化床反應器。
 
　　根據(jù)反應器使用狀態(tài)下，高溫介質(zhì)是否與器壁接觸，可以分為冷壁結構及熱壁結構。
　　冷壁式反應器
 
　　冷壁式反應器是在設備內(nèi)壁設置非金屬隔熱層，有些還在隔熱層內(nèi)襯不銹鋼套，使反應器的設計壁溫降至300℃以下，因而就可以選用15CrMoR或碳鋼，內(nèi)壁也不用堆焊不銹鋼，從而大大降低了制造難度。
 
　　但由于冷壁式反應器的隔熱層占據(jù)內(nèi)殼空間，減少了反應器容積的利用率，浪費了材料，而且冷壁式反應器內(nèi)的非金屬隔熱層在介質(zhì)的沖刷下，或在溫度的變化中易損壞，操作一段時間后可能就需要修理或更換，且施工和修理費用較高。如果操作時襯里脫落，襯里脫落處附近的反應器壁會超過設計溫度，從外觀看，該處油漆會變色。因此反應器的不安全隱患大大增加，嚴重時甚至造成裝置的被迫停車。
 
　　熱壁式反應器
 
　　熱壁式反應器的器壁直接與介質(zhì)接觸，器壁溫度與操作溫度基本一致，所以被稱為熱壁式反應器。雖然熱壁反應器的制造難度較大，一次性投資較高，但它可以保證長周期安全運行，目前已在國際上普遍采用。
　　加氫反應器的內(nèi)構件
　　加氫過程由于存在有氣、液、固三相的放熱反應，欲使反應進料(氣、液兩相)與催化劑(固相)充分、均勻、有效地接觸，加氫反應器設計有多個催化劑床層，在每個床層的頂部都設置有分配盤，并在兩個床層之間設有溫控結構(冷氫箱)，以確保加氫裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)和延長催化劑的使用壽命。
 
　　反應器內(nèi)設置有入口擴散器、分配盤、積垢籃、催化劑支撐盤、催化劑卸料管、冷氫管、冷氫箱、出口收集器、熱電偶等反應器內(nèi)構件。
 
　　入口擴散器
　　來自反應器入口的介質(zhì)首先經(jīng)過入口擴散器，在上部錐形體整流后，經(jīng)上下兩擋板的兩層孔的節(jié)流、碰撞后被擴散到整個反應器截面上。
 
　　其主要作用為：一是將進入的介質(zhì)擴散到反應器的整個截面上。二是消除氣、液介質(zhì)對頂分配盤的垂直沖擊，為分配盤的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件。三是通過擾動，促使氣液兩相混合。
 
　　分配盤
　　頂部分配盤由塔盤板和在該板上均布的分配器組成。頂部分配盤在催化劑床層上面，目的是為了均布反應介質(zhì)，改善其流動狀況，實現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進而達到徑向和軸向的均勻分布。分配器種類比較多，我國自行設計制造的加氫反應器多采用泡帽型分配器。
　　為了更好的將進入下降管的液體破碎成液滴，并將液體的流動方向由垂直改變?yōu)樾毕蛳?，造成進一步的擴散，還可在泡帽下面增加破碎器。
　　在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應介質(zhì)，改善其流動狀況，實現(xiàn)與催化劑的良好接觸，進而達到徑向和軸向的均勻分布。
 
　　積垢籃
　　由不同規(guī)格的不銹鋼金屬網(wǎng)和骨架構成的籃框，置于反應器上部催化劑床層的頂部，可為反應物流提供更大的流通面積，在上部催化劑床層的頂部撲集更多的機械雜質(zhì)的沉積物，而又不致引起反應器壓力降過快地增長。
 
　　積垢籃框在反應器內(nèi)截面上呈等邊三角形均勻排列，其內(nèi)是空的(不裝填催化劑或瓷球)，安裝好后要須用不銹鋼鏈將其穿連在一起，并牢固地拴在其上部分配盤地支撐梁上，不銹鋼金屬鏈條要有足夠地長度裕量(按床層高度下沉5%考慮)，以便能適應催化劑床層的下沉。
 
　　催化劑支撐盤
　　催化劑支撐盤由T形大梁、格柵和絲網(wǎng)組成。大梁的兩邊搭在反應器器壁的凸臺上，而格柵則放在大梁和凸臺上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網(wǎng)，和一層細不銹鋼絲網(wǎng)，上面就可以裝填磁球和催化劑了。
 
　　催化劑支撐大梁和格柵要有足夠的高溫強度和剛度。即在420℃高溫下彎曲變形也很小，且具有一定的抗腐蝕性能。因此，大梁、格柵和絲網(wǎng)的材質(zhì)均為不銹鋼。在設計中應考慮催化劑支撐盤上催化劑和磁球的重量、催化劑支撐盤本身的重量、床層壓力降和操作液重等載荷，經(jīng)過計算得出支撐大梁和格柵的結構尺寸。
　　催化劑卸料管
 
　　固定床反應器每一催化劑床層下部均安裝有若干根卸料管，跨過催化劑支撐盤、物料分配盤及冷氫箱，通向下一床層，作為在反應器停工卸除催化劑的卸劑通道。
　　冷氫管
　　烴類加氫反應屬于放熱反應，對多床層的加氫反應器來說，油氣和氫氣在上一床層反應后溫度將升高，為了下一床層繼續(xù)有效反應的需要，必須在兩床層間引入冷氫氣來控制溫度。將冷氫氣引入反應器內(nèi)部并加以散布的管子被稱為冷氫管。
 
　　冷氫加入系統(tǒng)的作用和要求是：
 
　　均勻、穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量。
 
　　必須使冷氫與熱反應物充分混合，在進入下一床層時有一均勻的溫度和物料分布。
 
　　冷氫管按形式分直插式、樹枝狀形式和環(huán)形結構。
 
　　對于直徑較小的反應器，采用結構簡單便于安裝的直插式結構即可。
 
　　對于直徑較大的反應器，直插式冷氫管打入的冷氫與上層反應后的油氣混合效果就不好，直接影響了冷氫箱的再混合效果。這時就應采用樹枝狀或環(huán)形結構。
 
　　冷氫箱
　　冷氫箱實為混合箱和預分配盤的組合體。它是加氫反應器內(nèi)的熱反應物與冷氫氣進行混合及熱量交換的場所。其作用是將上層流下來的反應產(chǎn)物與冷氫管注入的冷氫在箱內(nèi)進行充分混合，以吸收反應熱，降低反應物溫度，滿足下一催化劑床層的反應要求，避免反應器超溫。
　　冷氫箱的層為擋板盤，擋板上開有節(jié)流孔。由冷氫管出來的冷氫與上一床層反應后的油氣在擋板盤上先預混合，然后由節(jié)流孔進入冷氫箱。進入冷氫箱的冷氫氣和上層下來的熱油氣經(jīng)過反復折流混合，就流向冷氫箱的第二層——篩板盤，篩板盤，在篩板盤上再次折流強化混合效果，然后在作分配。篩板盤下有時還有一層泡帽分配盤對預分配后的油氣再作終的分配。
 
　　出口收集器
　　出口收集器是個帽狀部件，頂部有圓孔，側(cè)壁有長孔，覆蓋不銹鋼網(wǎng)。其作用主要是阻止反應器底部的瓷球從出口漏出，并導出流體。
 
　　反應器底部的出口收集器，用于支撐下部的催化劑床層，減小床層的壓降和改善反應物料的分配。出口收集器與下端封頭接觸的下沿開有數(shù)個缺口，供停工時排液用。
 
　　熱電偶
 
　　為監(jiān)視加氫放熱反應引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況而對操作溫度進行監(jiān)控。
　　加氫反應器的損傷形式
 
　　高溫氫腐蝕
 
　　氫脆
 
　　高溫硫化氫的腐蝕
 
　　連多硫酸引起的應力腐蝕開裂
 
　　鉻—鉬鋼的回火脆性
 
　　奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離
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