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加氢反应器的原理及结构

发表时间:2019-06-09 14:36

加氢反应器是加氢装置的核心设备,也是加氢工艺的关键。你知道他的运行原理,结构组成吗?有哪些构件,这些构件又在反应器中扮演什么“角色”呢?




加氢反应器操作于高温高压临氢环境下,并且进入反应器的物料往往都含有硫和氮等杂质,和氢反应生成具有腐蚀性的硫化氢和氨。另外,加氢反应是放热反应,会使床层温度升高,但又不能出现局部过热现象。


加氢反应器的分类


依据催化加氢过程进料原料油性质的不同,相应地所采用的工艺流程和催化剂是不相同的,其反应的形式也有各异,一般有三种类型:固定床反应器、移动床反应器和流化床反应器。


小编之前介绍过这三种反应器,可以点击《固定床、移动床、流化床反应器区别,一次性说清楚!》,直接进行阅读哦!


根据反应器使用状态下,高温介质是否与器壁接触,可以分为冷壁结构及热壁结构。




冷壁式反应器


冷壁式反应器是在设备内壁设置非金属隔热层,有些还在隔热层内衬不锈钢套,使反应器的设计壁温降至300℃以下,因而就可以选用15CrMoR或碳钢,内壁也不用堆焊不锈钢,从而大大降低了制造难度。


但由于冷壁式反应器的隔热层占据内壳空间,减少了反应器容积的利用率,浪费了材料,而且冷壁式反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下,或在温度的变化中易损坏,操作一段时间后可能就需要修理或更换,且施工和修理费用较高。如果操作时衬里脱落,衬里脱落处附近的反应器壁会超过设计温度,从外观看,该处油漆会变色。因此反应器的不安全隐患大大增加,严重时甚至造成装置的被迫停车。


热壁式反应器


热壁式反应器的器壁直接与介质接触,器壁温度与操作温度基本一致,所以被称为热壁式反应器。虽然热壁反应器的制造难度较大,一次性投资较高,但它可以保证长周期安全运行,目前已在国际上普遍采用。




加氢反应器的内构件




加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应,欲使反应进料(气、液两相)与催化剂(固相)充分、均匀、有效地接触,加氢反应器设计有多个催化剂床层,在每个床层的顶部都设置有分配盘,并在两个床层之间设有温控结构(冷氢箱),以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。


反应器内设置有入口扩散器、分配盘、积垢篮、催化剂支撑盘、催化剂卸料管、冷氢管、冷氢箱、出口收集器、热电偶等反应器内构件。


入口扩散器




来自反应器入口的介质首先经过入口扩散器,在上部锥形体整流后,经上下两挡板的两层孔的节流、碰撞后被扩散到整个反应器截面上。


其主要作用为:一是将进入的介质扩散到反应器的整个截面上。二是消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击,为分配盘的稳定工作创造条件。三是通过扰动,促使气液两相混合。


分配盘




顶部分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。顶部分配盘在催化剂床层上面,目的是为了均布反应介质,改善其流动状况,实现与催化剂的良好接触,进而达到径向和轴向的均匀分布。分配器种类比较多,我国自行设计制造的加氢反应器多采用泡帽型分配器。




为了更好的将进入下降管的液体破碎成液滴,并将液体的流动方向由垂直改变为斜向下,造成进一步的扩散,还可在泡帽下面增加破碎器。




在催化剂床层上面,采用分配盘是为了均布反应介质,改善其流动状况,实现与催化剂的良好接触,进而达到径向和轴向的均匀分布。


积垢篮




由不同规格的不锈钢金属网和骨架构成的篮框,置于反应器上部催化剂床层的顶部,可为反应物流提供更大的流通面积,在上部催化剂床层的顶部扑集更多的机械杂质的沉积物,而又不致引起反应器压力降过快地增长。


积垢篮框在反应器内截面上呈等边三角形均匀排列,其内是空的(不装填催化剂或瓷球),安装好后要须用不锈钢链将其穿连在一起,并牢固地拴在其上部分配盘地支撑梁上,不锈钢金属链条要有足够地长度裕量(按床层高度下沉5%考虑),以便能适应催化剂床层的下沉。


催化剂支撑盘






催化剂支撑盘由T形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器壁的凸台上,而格栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网,和一层细不锈钢丝网,上面就可以装填磁球和催化剂了。   


催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和刚度。即在420℃高温下弯曲变形也很小,且具有一定的抗腐蚀性能。因此,大梁、格栅和丝网的材质均为不锈钢。在设计中应考虑催化剂支撑盘上催化剂和磁球的重量、催化剂支撑盘本身的重量、床层压力降和操作液重等载荷,经过计算得出支撑大梁和格栅的结构尺寸。



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