固定床加氢反应器内构件的开发与应用
气液混合强化在固定床加氢过程中的应用进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 1 期气液混合强化在固定床加氢过程中的应用进展苏梦军，刘剑，辛靖，陈禹霏，张海洪，韩龙年，朱元宝，李洪宝（中海油化工与新材料科学研究院，北京 102209）摘要：炼油工业作为国民经济的支柱，在创造大量财富的同时，往往存在高能耗、高物耗和高污染的问题。
固定床加氢技术是重要清洁炼油技术，在油品质量升级、产品结构调整、原油资源高效利用、生产过程清洁化进程中发挥了重要的作用。
提高固定床加氢效率有助于充分利用石油资源、生产清洁燃料和实现生产过程的节能降耗。
本文从固定床反应器滴流床加氢和液相加氢过程的氢油两相物料混合特性出发，综述了通过开发新型混氢设备和加氢工艺，强化气液混合过程，提高固定床多相催化加氢效率的应用进展，并提出固定床加氢反应过程气液混合强化技术发展趋势，为炼油化工生产过程提质增效、节能降碳新技术的开发提供参考。
关键词：气液混合；固定床加氢；多相反应；传质；过程强化中图分类号：TE624 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）01-0100-11Progress in the application of gas-liquid mixing intensification infixed-bed hydrogenationSU Mengjun ，LIU Jian ，XIN Jing ，CHEN Yufei ，ZHANG Haihong ，HAN Longnian ，ZHU Yuanbao ，LI Hongbao(CNOOC Institute of Chemicals & Advanced Materials, Beijing 102209, China)Abstract: As the pillar of national economy, oil refining industry often has the problems of high energy consumption, high material consumption and high pollution while creating a lot of wealth. Fixed-bed hydrogenation technology is an important clean oil refining technology, which plays an important role in the upgrading of oil quality, the adjustment of product structure, the efficient utilization of crude oil resources and the clean production process. Improving the efficiency of fixed-bed hydrogenation is helpful to make full use of petroleum resources, produce clean fuel and realize energy saving and consumption reduction in production process. Based on the mixing characteristics of hydrogen and oil two-phase materials in the trickle-bed hydrogenation and liquid-phase hydrogenation processes of fixed-bed reactor, this paper reviewed the application progress of gas-liquid mixing intensification which improved the efficiency of fixed-bed multiphase catalytic hydrogenation by developing new hydrogen mixing equipment and hydrogenation process, and proposed the development trend of gas-liquid mixing intensification technology in fixed-bed hydrogenation process. It provides reference for the development of new technologies for improving quality and efficiency, saving energy and reducing carbon in refining and chemical production process.Keywords: gas-liquid mixing; fixed-bed hydrogenation; multiphase reaction; mass transfer; process intensification特约评述DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1170收稿日期：2023-07-11；修改稿日期：2023-08-30。
固定床反应器在化工生产中的应用综述
固定床反应器在化工生产中的应用综述常州工程职业技术学院固定床反应器在化工生产中的应用综述胡浩鹏精细1411摘要：固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体用以实现的一种反应器。
在现代生产中固定床反应器开始广泛应用于生产之中，主要用于化工生产、生物科研等。
它与及的区别在于固体颗粒处于静止状态。
固定床反应器主要用于实现气固相，如、二氧化硫接触氧化器、炉等。
关键词：固定床反应器、化工生产引言：近几年以来固定床反应器在化工生产及医药研究的领域里发挥着重大的作用，本文就近年来关于固定床反应器在化工生产和医药研究上作一些论述正文：固定床反应器在化工领域应用十分广泛。
基本有机化工中，乙烯氧化制环氧乙烷、乙苯脱氧制苯乙烯、乙烯水合制乙醇等反应均在固定床反应器中进行。
固定床反应器床层薄，流速低，床层内的流体轴向流动可看作是理想置换流动，因而化学反应速率较快，完成同样的生产任务所需的催化剂用量和反应器体积较小，流体停留时间可严格控制，温度分布可适当调节，有利于提高化学反应的转化率和选择性；固定床中催化剂不易磨损，可在高温高压下操作。
当然，固定床也存在一些缺点，如传热性能差；不能使用细粒催化剂(不能充分利用催化剂内表面)，催化剂的再生、更换均不方便。
按照催化剂固定方式的不同，Biardi[1]等将固定床反应器分为传统型与非传统型两种。
传统型固定床是指催化剂以粒子形式进行堆积，主要有并流下行泡沫床和并流上行泡沫床；非传统型固定床是指将催化剂以某种形态负载或固定于某种结构填料上，通常使用Monolith催化剂和Katapak—Sandwich催化剂等。
1：并流下行泡沫床Solvay公司认为当气、液相并流下行时，如果同时成倍地提高工作液和氢气的流量，可以从滴流床过渡到泡沫床。
因为泡沫床的气液接触面积较滴流床有了明显的提高，所以气液相间的传质作用明显增强。
并且，这种改进不需增加辅助设备就可方便地实现。
同时，为了解决快速反应和加压条件下泡沫的淬灭、聚并，以及由此引起的床层压降波动较大、进料难以控制的问题，该专利采用惰性气体(最好是氮气)来稀释氢气，并给出了氮氢最优比。
UOP新型加氢裂化反应器内构件
加氢裂化装置在炼油厂是前沿技术， 加氢裂化的关键是反应器的催化剂，而要 使催化剂的作用发挥到最佳效果，反应器 的内构件的设计的合理性至关重要，综上 所述，ＵＯＰ 反应器内构件的设计和使用都 有其独到之处，对于加氢裂化的反应深度、 产品收率、产品质量都有不同程度的提高。
图 ４ 国内新型急冷箱
图 ５ 冷氢箱结构示意图
另一点需要强调的是，这种变化也为液体
二、反应器内构件和反应产物流 动情况介绍
粗分配盘下面的气液分配盘的工作提供了
图３
２．１ 反应器内构件
图 １ 入口扩散器
图 ２ 气液混合物在反应器中自上向下的流动情况 －６１－
制 造
中国科技信息 ２００７ 年第 ２０ 期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｏｃｔ．２００７
良好的支持，因为气液分离器上的超混内 构件需要气液相对均匀，并且压降要小， 液体粗分配器恰好起到了这个作用。
另一点重要的收益是，因为混合室的 高度减少（直径变大了），可以增加催化剂 的装填量，增加反应的处理量和裂化效果， 是一举两得的改变。
２．４ 同国内内构件的对比 同国内内构件相比，Ｕ Ｏ Ｐ 反应器内 构件的主要不同点如下： ａ． 急冷氢混合箱：ＵＯＰ 的混合箱为圆 形，气液混合物从圆盘的中间位置进入，进 入时成一定的角度，这样为气液混合物在 圆盘中流动提供动力，这样可以进行充分 的混合，混合后的产物从混合箱中间的溢 流孔向下流动到粗液体分配盘上；国内混 合箱为方形的，箱内设置的导流溅液板对
参考文献
［１］，王常力，廖道文．集散型控制系统的设
计与应用［Ｍ］．北京：清华大学出版社．
１９９３
［２］，吴永生，方可人．热工测量及仪表．中国
新型加氢反应器内构件的工业应用
氢反 应器 内构件 ，通 过 强 化气 液 分 配来 提 高 催 化 是 由 中 国 石 化 石 油 化 工 科 学 研 究 院 研 发 。
剂 的使用 效率 及 寿命 ，优 化 内构 件 结 构 以提 高 反
应器 内催 化剂 的有 效 装填 空 间 及利 用 率 ，这 样 可
以满 足加 氢 装 置 高 效 、长周 期 平 稳 运 行 。 其 中 ，
技术 也 在 向更 高水 平 发 展 ，如 采用 活 性 更 高 的催 下部 均 匀分 布 ２～８条 缝 ；旋 流结 构 是 由多个 旋
化 剂 ，扩大 更 多 的反 应 空 间 ，改 进 反 应 器 内构 件 流 片组成 ，位 于 中 心 管顶 部 ，它 可 将 泡 帽顶 部 汇
的性 能等 。 目前 ，国 内外 开 发 出一 批 新 型加 聚 的液 相 进行 旋 流 雾 化 分 散 。该 气 液 分 配 器
第 ３４卷 第 ３期 ２０１６年 ５ 月
石 化 技 术 与 应 用
Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｖｏ１．３４ ＮＯ．３ Ｍ ａｖ ２０１６
工 业 技 术 （２２６—２２９）
新 型 加 氢 反 应 器 内构 件 的 工 业应 用
关 键 词 ：焦 化 蜡 油 ；焦 化 柴 油 ；加 氢 反 应 器 ；内构 件 ；工 业 应 用 中 图 分 类 号 ：ＴＥ ６２４．４ ３１ 文 献 标 志码 ：Ｂ 文章 编 号 ：１００９—００４５（２０１６）０３—０２２６—０４
随着 原 油 的重 质 化 、劣 质 化 日趋 严 重 ，加 氢 口管 ，可 以扩 大 液 相 物 流 的喷 洒 面 积 ；圆形 泡 帽
最具 代表 性 的就是 美 国 Ｓｈｅｌｌ公 司开 发 的新 型反
内构件介绍
加氢内构件介绍
筒体及内构件的材料选择
• •
反应器属压力容器，压力容器选材一般根据其操 作条件、介质的腐蚀性和材料的经济性等综合因 素而定。 处于高温临氢工况下的压力容器选材时，还要考 虑使其在整个设计寿命期间不出现下列情况：
应力腐蚀断裂； ◆ 蠕变应变达到不允许的程度； ◆ 脱炭； ◆ 氢侵蚀； ◆ 停工期间损坏。
•
加氢内构件介绍
边壁效应对流体均匀性分布的影响
•
• •
在工业反应器上，由于反应器的直径D与催化 剂的直径DP之比远大于18～25，故边壁效应一 般是可以忽略不计的。 试验室小试因D/DP较小的缘故，影响就较大， 这也是通常小试结果要比大型工业装置效果差 的一个重要原因。 滴流床反应器的轴向返混也是存在的。但根据 Mears的研究，当催化剂床层高度H与催化剂颗 粒直径DP之比大于350时，轴向返混可以忽略 不计。
• 气流均布； • 流体在分、集气管内的流动状态； • 与静压差有关的动量交换系数。
加氢内构件介绍
固定床滴流反应器的流体流动特征
• 流体流动的形态特征
◆ 在滴流床反应器中，流体在轴向穿过催化剂
床层时，随着气、液流速的不同，将呈现出 不同的流动区域，一般可分为四种区域：
• 滴流区域 • 脉冲区域 • 喷洒区域 • 鼓泡区域
包的形式制造了我国第一台热壁加氢反应器。
•
通过消化吸收国外技术和国内自行研制开发，我国制造热 壁加氢反应器的技术日臻成熟，国产化率逐年提高。
加氢内构件介绍
锻焊和板焊式
•
鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在120mm以内 时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。 以这种方式制造的反应器就称之为板焊式加氢反应器。
固定床反应器在合成化学中的应用
固定床反应器在合成化学中的应用固定床反应器是一种广泛应用于合成化学领域的重要工业反应器。
它通过将反应物固定在反应器中的固定床上，实现对反应物的连续处理，从而可以达到高效、高纯度的产品合成。
固定床反应器广泛应用于多种合成化学反应中，包括氧化、还原、加氢、脱氢和裂解等重要反应。
其中最常见的是利用固定床反应器进行催化剂反应。
对于氧化反应，固定床反应器可以用于二氧化碳的加氢反应，通过对CO2的加氢来合成甲醇，在化工、燃料和材料领域具有广泛应用。
固定床反应器还可以用于氧气吸附、CO2吸附和制取二氧化氮等反应，是许多重要化学反应的关键步骤。
对于还原反应，固定床反应器被广泛应用于制取氢气、硅烷、氨等重要物质。
固定床反应器的催化剂展示了极高的反应活性和选择性，可以高效地转化原料为所需产品。
在加氢反应中，固定床反应器也被广泛应用于生产烯烃和脂肪酸等化合物。
利用固定床反应器进行脱氢反应可以高效地制备芳香烃，如苯、甲苯和二甲苯等。
在裂解反应中，固定床反应器的催化剂也可以高效地将烃类化合物裂解为丙烯和丁烯。
通过固定床反应器进行各种合成化学反应，不仅可以高效地制备所需产品，还可以控制反应条件，降低反应中的未反应物和杂质产生，提高产品的纯度和产量。
固定床反应器被广泛应用于化工、药物、能源和材料等领域，成为合成化学领域的重要工具。
固定床反应器的优点是其可实现连续、高通量生产，而且需求的反应温度和压力都可以固定并持续控制。
该反应器方式不仅被广泛用于商业生产中，也被用于实验和产业化之中。
这种反应器在加氢、脱氢、裂解、氧化等反应中都得到了成功应用。
加氢和脱氢的例子加氢和脱氢反应是最常规的使用固定床反应器的应用之一。
在加氢反应中，催化剂通常用过渡金属，例如镍、钯和铂等。
这些过渡金属具有较高的活性和选择性。
在催化剂表面，反应氢与气态预处理的原料流相互作用。
反应发生后，产品流从固定床的另一端流出，回流与气体流混合，形成产品混合物。
工业上的一个脱氢反应是乙烯粘合剂的制作。
石油加氢裂化—加氢裂化反应器内部构件
作用
管子（切开） 顶盖封死
开孔底板
双层多孔板结构入口扩散器
二、气液分配盘
加氢裂化滴流床反应器的内部构件
✓ 入口扩散器
☜ ✓ 气液分配盘
✓ 去垢篮 ✓ 热电偶 ✓ 催化剂支撑盘 ✓ 冷氢管 ✓ 冷氢箱 ✓ 出口收集器
二、气液分配盘
气液分配盘
气
课程：石油炼制运行与操控 知识点：加氢裂化反应器内部构件
一、入口扩散器
加氢裂化滴流床反应器的内部构件
☜ ✓ 入口扩散器
✓ 气液分配盘 ✓ 去垢篮 ✓ 热电偶 ✓ 催化剂支撑盘 ✓ 冷氢管 ✓ 冷氢箱 ✓ 出口收集器
一、入口扩散器
国内大多采用双层多孔板结构的入口扩散器
主要作用
✓ 将进料扩散到反应器的整个截面上 ✓ 防止气、液相进料直接冲击气液分配盘，影
✓ 催化剂支撑盘 ✓ 冷氢管 ✓ 冷氢箱 ✓ 出口收集器
四、热电偶
作用：监视加氢放热反应引起的床层温度升高及床层截面温度分布状况，对操
作温度进行监控
热电偶
热电偶管（内部）
五、催化剂支撑盘
加氢裂化滴流床反应器的内部构件
✓ 入口扩散器 ✓ 气液分配盘 ✓ 去垢篮 ✓ 热电偶
☜ ✓ 催化剂支撑盘
✓ 冷氢管 ✓ 冷氢箱 ✓ 出口收集器
液
分
配
催化剂床层
盘
作用：改善反应物料流动状态，使物料均匀分布，实现与催化剂的良好接触
二、气液分配盘
气液分配盘
塔盘板
泡帽 下降管
塔盘板
物料
分配盘板
分配器
泡帽分配器
三、去垢篮
加氢裂化滴流床反应器的内部构件
应用化工技术专业《固定床催化反应器在苯加氢装置上的应用》
〔3〕为防止铂催化剂失活、中毒，配置了苯枯燥和脱硫反响器，以延长 铂催化剂的使用寿命。
苯加氢岗位工艺包括：
苯枯燥系统〔图1〕 苯加氢系统〔图2〕 环己烷和气体的别离系统〔图3〕 脱除庚烷系统〔图4〕
第一页，共六页。
图1 苯枯燥系统
第二页，共六页。
图第三页2，苯共六加页。氢系统
第四页，共六页。
图3 环己烷和气体的别离系统
图4 脱除庚烷系统
第五页，共六页。
内容总结
二、固定床催化反响器在苯加氢装置上的应用。〔1〕采用双反响器设计，反响完全，环己烷直 接别离得到成品，循环氢浓度可控制较低，减少放空损失。〔2〕使用国内开发并生产的高性能铂系 苯加氢催化剂，是国内首家采用国产铂系苯加氢催化剂的生产装置。图4 脱除庚烷系统
二、固定床催化反响器在苯加氢装置上的应用
〔一〕苯加氢制环己烷工艺流程图
环己烷的制备采用气相苯加氢工艺。该 Nhomakorabea艺有如下特点：
〔1〕采用双反响器设计，反响完全，环己烷直接别离得到成品，循环氢浓度可控制较 低，减少放空损失；
〔2〕使用国内开发并生产的高性能铂系苯加氢催化剂，是国内首家采用国产铂系 苯加氢催化剂的生产装置；
新型固定床加氢反应器内构件的研究与应用
器、 旋叶式冷氢箱 ， 主要介绍 了其结构及 丁作原理 ， ： 并且在 围内应用的效果。 内构件技术能保 证直径 ３ ０ 该 ０ｍｍ ４
柴 油加 氢反 应 器 的径 向温 差 小 于 ２ 。
关
键
词 ：同定床加氢 内构件 ；集垢 器 ；分配 器 ；冷氢箱
文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ — ４ ０ （ ０ ２）０ — ８ ２ ０ ６ １０ ６ ２ １ ８０６— ４
Ａｂｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｏ ｋｉ ｉ ｉ ｅ ｏ ｎ ｅ ｎ ｓ ｄ ｖ ｏ ｄ ｂｙ Ｆｕ ｈ ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ ｓｉｕｔ ｔｏ ｅ ｍ ｎｄ ｔａ ｔ ｔｕ ｔ ｒ ｎｄ ｗ ｒ ｎｇ ｐｒｎｃｐｌ ｆｉ ｔ ｒ ａｌ ｅ ｅｌｐｅ ｓ ｕ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｔｔ ｅ ｏｆｐｅｒ ｌ ｕ ａ ｐｅ ｒ ｃ ｍ ｉａ ｓ ｆ ｘｅ ｂｅ ｄｒ ｔｅ ｔｎ ｒ ａ ｔ ｒ ｅ ｅ ｉ ｒ ｄ ｅ ｔｏ ｈｅ ｃ ｌ ｏｒ ｆ ｄ— ｄ ｈｙ ｏ ｒ ａｉ ｇ ｅ ｃ ｏ ｓ ｗ ｒ ｎｔｏ ｕｃ ｄ，ｉ ｌ ｎ ｉ ｔｒ ａ ｄｒ ｏｌｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｉ ｎｃｕｄｉｇ ｎｅ ｎ ｌ ｉｔ ｃ ｌ ｃｏ ，ｎ ｚｚｅ ｔ ｐｅ
李 欣 ，彭 德 强 ，齐 慧敏 ，王 岩
（ 中国石化 抚顺 石 油化 研 究院 ， 辽宁 抚顺 １ ３ ０ ） １ １０ １
摘
要 ：叙 述 了抚 顺 石 油 化 工 研 究 院 （ Ｒ Ｐ Ｆ ＩＰ）开 发 的 固定 床加 氢 内 构 件 ，包 括 内 置 集 垢 器 、喷 嘴 式 分 配
第４ ｌ卷 第 ８期 ２１ Ｏ ２年 ８月
当
代
化
工
Ｃ ｎ ｅ ｐ ｒ ｒ ｈ ｍｉ ａ ｎ ｕ ｔ ｙ ｏ ｔ ｍ ｏ ａ ｙＣ ｅ ｃ ｌ ｄ ｓ ｒ Ｉ
加氢反应器内构件
350
300
250 200
厚度100mm 厚度140mm
150
厚度180mm
100
厚度220mm
50
厚度260mm
0
流量m3/h
7
封头空间
流态特点：[1]冲击力大；[2]流线呈斜线状 闲置原因：冲力导致塔盘上的液层厚度不
均匀，影响泡பைடு நூலகம்的正常工作。
8
结构特点
〔1〕内置积垢器单体结构、 刚性等特点，可削减冲击力。
12
容垢能力
• 初始空隙率：Emax0.42 • 发生溢流时空隙率：Emix0.099 • V垢物：0.77 m3
（新增积垢能力，只计算器内）
• 当量积垢高度：75.7 mm
（折合反应器床层）
13
效果预测
• 新增保护剂装填量： 2.4m3 • 新增容垢能力：0.77 m3
（只计算器内）
• 新增沉积面积：6.28m2 • 改善分配器工况。
3
内置积垢器－－机 理
将原来的水平过流面（床层截面） 改进为立式过流面，并实现：
◆ 清污分流 ◆ 污污分区
4
流态示意
5
冷模试验装置
6
积液深度mm 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8
积液深度h～流量Q 曲线 厚度100、140、180、220、260mm曲线图
新催化剂、新工艺的作用能否得到充分发挥，反应器内 构件性能的好坏是前提。
性能卓越的内构件可使反应器空间利用率有较大提高。
2
内置积垢器－－特点
内置积垢器利用原来闲置的反应器封头 空间，〔1〕提高反应器空间利用率；增加脱 硫、纳垢能力，〔2〕延长反应器运行周期； 〔3〕改善第一床层的流体流动形态；〔4〕简化 入口扩散器结构。
【doc】加氢反应器及内构件的发展
加氢反应器及内构件的发展辜j搠_L易一烁油与催化.加氢反应器及内构件的发展夏博康,/(设计所)加氢裂化是继热裂化和催化裂化之后发展起来的一种重质油转化工艺.它从煤炼油工艺转移到天然石油炼制工业?已有50多年的历史.老式反应器结构.50年代前以德国气相反应器为代表.如图一所示.它的主要特点是净壁且内构件是平塔盘,这种塔盘结构简单,因为过去是气相反应,故对流体的分配均匀性考虑不多,加之过去装置规模较小,老式反应器直径一般为~800～~lO00mm(内径长径比为l8～22:1.流体分配不均产生的边壁效应影响较小.另外由于采用平塔盘所以反应嚣内的催化荆只能采取上装上卸的方法.劳动强度大,条件差.冷氢管压老式反应器中是顶部插人床屡.这样对使用和检_I蕾都不方便,且影响测量的准确度.60年代前后的反应器以抚顾石油三厂加氢反应器为代表.如图2所示.根据反应条件分析,原料油进人反应器时基车上是液相状态,随着反应物下移.重油不断裂化,到反应器下都大部分产品保持气相状态,因此这是一十气液两相在固定床催化剂上滴洗而下的复杂反应系统,要适应这种混相流动的反应要求.避免管壁效应,充分发挥催化荆作用.必须使原料油进人反应嚣顶层才能有良好的分配并.使反应物流流经多层塔盘对流形基车不变.为此石油三厂的净壁加氢反应嚣豫保留德国气相反应嚣的优点外,在反应嚣人口设置螺旋喷头分配嚣,在反应嚣内设置多层料锥塔盘,这种辩塔盘除了可解决液体均哿分布外.尚具有满足催化荆从上都装人,下部卸出,结短检修时间-改善劳动条件等优点,但结构较为复杂.进人70年代以后.加氢装量规模不断扩大单十反应器内径为l80o～3000ram以上,长径比为4～1l:1.这样大的反应嚣分配同塔是不容忽攫的.目前国外皿引进的加氢反应嚣多以美国联合油公司的瓶式热璧加氢反应嚣为多.石油三厂热璧加氢裂化反应嚣,操作压力20MPa,填补了目内空白.如图3所示.该反应器为气藏顶巍双相进辩.多库层(三层)固定床反应嚣.床层阃一般没有净氢管.以控告I反应温度,为保证加氢反应的最佳深度.速率和提高理想组分收率十分重要的是要力求使反应介质与催化荆按魁均匀.反应器内介质的流动匀一.这就是老式反应嚣存在的问腰一分配问题.为此,必须精心设计反应嚣的备内部构件,包括人口扩散嚣,分配塔盘.床屡布置和冷氢系统尊./0.30炼油与僵化l994年圉I蔼国气相反应器结构出口图2石油三厂反应器内芯结构l一亭l出管I2-洼兰腰I3-上董l4一四台环I 5一密封置;6-上甥2jA董|7一衡唪f8-蠲宙瞻, 9-滥流管式分配板I10-热电偶保护臂lll一降基督;12-主熏槊I13一蕞形辩塔盘I14-内保矗{15-蕞形底;]6-下保温董;17-底董Il8一董板蕈3觏捧油与值亿?31?囝3并式反应器内件示意囝l,^口扩散嚣2'上分配塔盘3,谤垢蓝上僵化赉吐库屡5,催化jf'支最格掘和粱冷氢譬7,急冷室8,急挎盘9冲问分配塔盘lO,催化荆卸辩譬l1,下催化荆床屡l2,出口收集器原料油经加热炉后与氢气共同进人反应器,先经人口扩散器.在双层多孔扳的作用下.气液酉相得到初步混合并向四周扩散.藏相落入分配塔盘并建立起液面.塔盘上的泡帽式分配器供助气流的摩擦和抽吸作用而使液相欢敢.均匀落人上催化嗣束是上方的锈垢篮.锈垢篮戚三角形排列.并可上下浮动,适应床层的变化周围充填76毫米厚中l3毫米的情性璋.来自分配盘的介质在锈垢篮中滤去所携带的锈垢和杂质.上催化剂床层的下面有两层粒径备为3毫米,充填厚度为76毫米的惰性球.用以支承催化剂和便于反应物导出.冷氢臂的作用在于控制由上床层出来的反应物的温度.使之适合于进人下一层进行反应.冷氢与介质经急冷器和急冷盘完全均匀混合后,进人中何分配塔盘.持后再均一地分配到下催化床层,如此进行多次.反应物由出口收集器引出.应谖指出除加氢反应器由砖璧向热壁发展外,反应介质均匀流动和介质与催化剂良好接触就是今后加氯反应器发展的重要课题.目前发展的技术是多种多样的,并在工程上均有成功应用.因此在加氢反应器设计中,充分掌援各种内构件的结构和作用.进行必要的评价和合理的选择是十分重要的.同时为探索改进途径,还需开展大量的试验研究工作.下面就反应器各内部构件的结相,作用.发展等擞一简要介绍.1,人口扩散器人口扩散器是介质经过的第一个部件,其作用是;I)将进来的介质通过人口臂扩散列整十反应器截口上.2】消除气.渡介质对分配塔盘的垂直32?炼油与催化1994年冲击,为分配塔盘的稳定工作创造条件.图四为螺旋喷头形分配器. 31通过扰动促使l气,蒗相混合.圉4喷头形分配器I喷头放大示意见右侧该分配器在喷嘴处的流体线速高达20米,秽左右.可使液体雾化后进人催化剂床层,这种方法虽然流体的起始分配较好但由于喷咀结构流体线速高,冲击力大,易使艘化剂榜痒,增大康层阻力,因此现捏少应用.田五为盘式分配器.应用的也不少.为了防止由加热炉管和转油线带来的硫化氢腐蚀产物堆积在催化剂床层上,在盘式分配器之上又加了一层过滤器,使用效果较好.不过这些分配器一般都用在直径较小的反应器上.图六为加氢反应器中基本为气相进料的情况下所采用的拉杆式分配器.在没有大量硫化氢腐蚀产物带进的情况下能够满足生产上的要求.田七为悄隙扩散器.田七所示结构是在人口管下jIlI以盲板堵死,介质从管壁上开的一系列长孔流出来,长孔下端与盲板之间的空间可积存部分进料中的锈垢.起一点过滤作用.图七上所示结构在进料管端设一锥体,以控盘联接,夼质冲到锥体受阻.径转向后从四侧流出.锥体对液体的碎流和导向起一定的作用.囝几为一种双层多孔与多锥体组合的扩鼓舞,进料经二层多孔板的节泷和扰动,气液相达到较匀一的混合后.进人由三个不同锥体构成的分配机构而射向反应器截面上的不同部位.经试验确定的结构.可将物辩按需要的圪倒分配判整个截面上,故这种扩散嚣可兼作分配塔盘.田九是目前工程上实用的几种扩散器,图九一a为租汽油加氧精制反应器中的人口扩鼓器系法雷德希尼泼公司设计的,其特点是,在人口管下稿设有两块园板,上固板带一中心管I下园板为一多孔板.舟质下降时,中心管以外的流体与上固板碰撞而从四周穗出r从中心管下来的介质.一部分自小孔均匀淋下,一部分也从四周溅出.这样就实理了整个床层截面上第)期练柚与催化?33?圉5盘式分配器a圉7侧障扩散嚣b反应舟质均一的扩散.圈九一b是美罾联合油公司加氢反应器的人口扩散器,它是一种双层多孔板结构,两层孔板上的开孔大小和疏密是不同的.反应介质在上部锥形体整流后,经两层孔的节泷,碰撞作用赦扩散到整个反应囤6分配器圉8多镶扩教矗器截面上去.这种扩傲嚣应用的效果很好.且前国内设计的加氢反应器人口扩傲器大部分采用这种形式.图九一c是应用在中压加氢反应嚣上的人口扩散器形式.它在人口管下螭的盲扳上装有52根0x4的短管.各短管管34?炼油与诅化III蟠lI=二l噩==IS寮…I一—上蜀b图9几种人口扩散器实铡譬上部开长孔四条上j;II以盲板封死f介质进^扩散器时,气体从短管四侧的长孔进人反应嚣,而液相部分刚需待渣面升高到长孔时才能下溢.由于管高550毫米,因此短管长孔以下空同均可积存锈垢,对反应物起一定的过滤作用.但就其结掏来说,扩散作用可能不甚理想.由于各种扩敢器均属专利技术,加之能收集到的责料有服,因此不易全面比较和评价,但从流体力学原理来分析.可以认为联合油公司的双层孔板体系扩散器.只要适当调节其开孔尺寸和小孔分布,可能会获得较好的扩散效果.而且制作也较简单.19辩年一一——￡,ji.一l4/;/III52—日2,分配塔盘加氢反应器的催化剂床层上面,广泛采用分院塔盘结构.以均布反应介质.改善其流动状况和实现与催化剂的良好接触. 对气渡双相状态连科的加氢反应器,分配塔盘对液相的均布尤为重要.分配塔盘曲塔盘板和在诙板上布置的一系列分配器所组成.早期采用的分配塔盘如田十所示.该塔盘属于平塔盘.这种塔盘结构简单,介质通过上面的多孔扳节漉进^第二层弧形板再分配,最后由第三层条形板通过,这种结构基本上能够分配均匀.但由于结掏的原因使反应嚣内的催化剂只能采南3期琼i由与僵化?35?^rt广C广^广A-AB—BC—C圈10平塔盘结构取上装上卸的方法,这对反应器向大型化了一种如图十一所示的斟式塔盘. 发展是不利的.为了克服这一缺点,又发展圉ll斜式塔盘已成功地应用在加氩反应器中.它是由五个大小不同井带锯齿形的同心圊筒,焊接在一个带多孔的锥体上面组成,这种结构除了可解决液体均匀分布外,尚具有能满足催亿剂从反应器上部装人.下部卸出.缩短检修时间,改善劳动条件等优点.圈十二一a所示结构由长管,短管各一根组成.操作中,当进料的液相部分在塔盘上景积而使其液面高出短管时.即溢人床层?而气相则经长管进人床层.气液分路,从局部看来.气掖分配井不均匀.但从整个截面来看,大律上各部都的气液均匀供给,圈十二一b所示结构的工作原理与圈十二一a相同,但长管上没有防止液体从上部冲人的帽,短管下设有滥流盒,可使液相分散进人床屡.圈十三所示斜口昔分配舞是利用气,液两相的碰撞作用而实行较均匀分配的分配器.圈十三一a为一种专利结构,这种分配器在全体上是上一端斜切的短管.在一定高度上钴有一圈小孔.上部设有盖扳,可防止液体冲人.操作中当塔盘上液面上升到小孔高度时,液体从小孔皮股状沿水平36炼油与催化1994年方向流人管内.而气相则自斜口向下进人管内.气,液流因产生碰撞而使液体成散滴状随同气液分布到床层中去.因而改善了流体分布性能.图十三-b所示结掏的工作原理与图十三一a相似.不同处仅在b圈12长短管分配器1,幅2,长警3,短警4,溢流盒5,塔盘图十四为V型缺口盘分配器,其主体为一段两侧开有V型缺口的短管.上部有盖板,下部与塔板的开口相通,塔盘上有液面时,该分配器的V型缺口处,以液面为界.上部是气相通道,下部为液相滥流通道.这种气液并流一起下降,可起一定的碎流,吹散作用.该分配器缺口成V型,使塔盘上液面愈高时,液体流通面积愈太,从而有利于分配盘的稳定操作.23圈】4V型缺口盒分配器1,盖板2,V型缺口营3,塔扳于斜口管上有三圈小孔,这一改进有利于塔盘上的液面控翻和适应较广和液相负荷.当液相负荷大或液面高时小孔的滥流面积愈太,溢流的速度蠹快.ab圈l3斜口管分配器】,芷板2,斟口警3,塔板图十五为黑耶卡式分配器,它是以气流的抽吸作用为主来粉碎和分配液体的结构,当塔盘上的液面升高到罩的下缘时,分配器而进人正常的工作状态.从帽和小管闻的玮形空间折人小管后,自小管高速流人下降管的气流,对四周产生强烈的相吸作用,从而使罩与下降管之间的环形空间中液面上升,此时液体从下降管的V型缺口连续溢人,并放高建气流吹散到床层中去.图十六是美国联合油公司加氢反应器的分配器,类似泡帽塔盘,泡帽的园柱面上均匀的开有许多平行母线的齿缝.下降管置于泡帽里面.其上端与泡帽之间窖存适当间隙.下端与塔盘相脱,图中尺寸为联合油公司提供的设计,括号内尺寸为在美国考察时的实物尺寸.当塔盘上液面高于泡帽下缘时,分配器而进人工作状态.从齿第3期炼油与僵化?37?缝进人的高速气流,在泡帽与下降管之间的环形空间内产生强烈的抽吸作用.致使圉l5里耶卡反应器分配器1,帽2,小警3罩4,下降管5,塔板综上所述,长,短管分配器为气液相分路分配.其液相的局部分布可能不均匀,加上溢流盒面液体的分布略有改善.斟口分配器因气,液流垂直碰撞而造成粉碎和吹散作用从而有利于气液两相混合与均布. V形缺口盒的工作机理与前者相仿,但着重利用气体对液体的吹散作用.平塔盘主要是靠多次不同方向节流作用.斜塔盘主要是靠节流与防止边壁效应产生的导向作用.而联合油公司的分配器是利用气体对液体的抽吸作用.从分配器相机理上分析,它的功能较为完善.其液体下溢的主要动力是气流的抽吸,从而摆脱了以液面位能为主要溢流动力的分配器.在制造和安装精度上要求较高.联合油公司曾对抽吸作用作过如下试验:将抱帽式分配器塔盘上的泡帽一律摘去,此时尽管有意提高安装精度.但液体在整个塔盘上的分布液体被冲碎皮几滴.并为上升气流所携带而进入下降管,实行气,液分配.围l6联合油反应器分配器1,泡帽2'下降营3,塔扳自不均匀;而装上泡帽后,即使故意降低塔盘安装精度,液体分布自很均匀.通常泡帽式分配器塔盘水平度允差为士5毫米,或总高差l0毫米.3,锈垢篮现代加氢反应器中多设有锈垢篮,对进入反应器的介质进行过滤.因在加氢反应器操作中,根难避免系统及首道中的锈垢,污物被带射反应器中.这种镛垢在僵化剂床层上表面积累,将迅速减小以致堵塞介质流通通道,使反应器压阵上升,操作恶化,严重者甚至会压垮塔盘.锈垢篮是近代工程中解决这一问题的有效措麓.锈垢篮一般均匀地布置在床层上表面,篮周围允填适量的大颗粒瓷球,以增加透气性.也有些设计将其置于分配盘塔盘的上方,介质先过滤后再分配.图十七为锈垢篮的典型结构和安装方-38?炼油与值化994正式,圈十七一a和十七一b为设攫分配盘上方的两种结构,它们均需装在一层单独的塔盘上.圈十七一a上口有齿.用改善}瘦体从塔盘溢人镛垢篮的均匀性.图十七l—b上媸塔盘齐口.圈十七一c和圈十七-d为两种堙在床层中的绣垢篮圈十七一c与周围的瓷球层齐口囝十七-d上口略商出床层.霄审tb盈玎锈垢篮的形式和安装'ab-装在塔盘上lc,d-埋在催化稠床层中圈十八是工程上应用的几种锈垢篮结构,其共同特点是形状和尺寸相似.圈十八一a是里耶卡反应器的锈垢篮.圈十八一b是禧希尼泼反应器的锈垢蓝.其结}旬是在嗣锕翩傲的笼子外面蒙上金属丝网; 圈十八一c是着名的联合油公司反应器的惦垢篮,它上下均开口,两端各有一用6英寸管切下的环傲支撑.中间为7目金属丝网围制的圆筒.该篮上方是开口的,使用较方便.装填催化剂时捱篮口上加一术盖,装完后拿样而更换催化剂时,由于篮无底,篮中锈垢随同催化剂一起卸出,可大大简化锈垢篮的清理工作.必须指出,想利用人口扩散器或分配塔盘来沉降锈垢,其效果是有限的,因为塔盘上存在着强烈的气流拢动,大量较小的杂质仍将被带入床层.因此.国外许多反应器设有锈垢篮的经验是值得我们借鉴的,国内设计的加氢反应器.习惯上不采用锈垢篮.这对加氢精制反应器还是可以的.但对加氢裂化反应器是非放不可的.4,冷氢系统烃类的催化加氢属于放热反应.对多床层加氢反应器来说,油和氢气在上一床层反应前温度将升高.为适台下一床层继续加氢的需要,必须采用中间加人冷氢的方式来控制温度.冷氢加人系统的作用和要求应诙是:I)均匀,稳定地供给足够的冷氢量.2]必须使玲氢与反应物充分混合.在进入下一床层时有均匀的温度和物料分布.圈十九为简单的蜂窝管式逆流冷氢管结掏.自上床层下降的反应物与从蜂窝营小孔翻向喷出的冷氢混合.温度随之降低.圈廿一a为直管型冷氢管.圈廿一b,c为磺嘴结构.田廿一c的混合空间没加旋叶,下部有整流罩.可改善混合物的流动与分布.第3期炼油与值化?39',蓦壤透b蕾圉18锈垢篮的典型结构和尺寸圉l9蜂窝管式冷氢结构照亭草圉2n歧管型冷氢管系统40炼油与僵化l994年圈廿一所示带齿盒急冷箱的冷氢系统是通过急冷藉齿缝的节流和筛孔板的再分配作用.使反应纫和冷氢均匀混合和分配到下一床层.圈廿二是一种绕流式挎董系统?反应物下降到混台室外面的环形空同,并经混合室外壁孔进人.而j峄氢由混台室内璧孔进人,两者在混室中初步混合后?在急跨室中进一步在绕流.过程中达到物料和温度的均匀分布.在圈廿二一a中混台介质直接进人下一床层.而圈廿二一b中混台介质需再经过进宫进一步搅拌后再进人下一床层.图廿三采用蜂寓管供给冷氢,它有一带叶片的急j峄室,这种装置是使反应舟质与j峄氢在共同旋转过程中实现均匀混合..艇车墼A—A..'-B—B圈2l带齿盒惫冷箱的冷氯系统l,睁氯蕾2,j巨音窒3,齿盘式急持箱41筛乳塔撮b圈22绕漉式冷氢系统,持氯瞥2,i昆台窒3,蛲藏式急睁糟4中心蕾5,进富第)期蒜油与值化?4l?=——LlIlI/::厂Ifl10If呷吐』6\i,立lB—B.'圈23旋叶式惫冷器冷氢系统l,琦氢蕾2,混合奎3,急睁奎田廿四是一种带折流式急冷室的冷氢系统,反应介质和冷氢从急冷器上墙的环形通道进急冷嚣,然后折流.从急冷器下靖小孔音{}出,在此过程中,实现流体均匀混合.圈24带折藏式惫冷器的冷氢系统1,冷氢蕾2,急睁奎3,饼垢蓝4.分配盘5'僵化剂卸出f田三中所示的联合油公司加氢反应嚣,是在冷氢加人后.使介质和冷氢的混合通过急冷室和筛孔板的作用面一步混音均匀.从而保证下一床层有良好的反应条件.国外在设计各种反应嚣时,非常注意冷氢系统.并研究和发现了多种冷氢系坑的专利.我国在加氢反应嚣的设计.一般不考虑冷氢加人后介质与冷氢进一步均匀混合.这种简化是否合理.应慎重考虑.必须措出,加氢反应器中各内构件的工作是互相关联的.人口扩散工作不挂.会导致分配塔盘工作的怒化;锈垢篮设计不当,将直接影响催化荆床层中的流体分布和压力降高低,冷氢系统的分配和混合效果.决定着下一床层的正常操作.因此一台成功的加氢反应嚣,必须统筹考虑其内掏件.实践表明,反应嚣内采用高效内构件,会大大提高生产效率.据美国联合油公司介绍加拿大一炼厂的加氢反应嚣,箕内构件结构原来用环球油品公司技术,后改用联合油公司内件技术,处理能力提高圈25底部塞管结构t42炼油与催化1994皇了30%左右.因此认真吸取国外加氢反应嚣内构件系统的先进技术,探讨反应嚣内构件的理论基础.并开展试验研究工作.对于改进和完善蠡国加氢反应器及内构件的设计.是当今很重要的任务.最后简单的舟绍一下催化剂的装卸方法.老式的加氢反应嚣采用平塔盘.一般催化剂的装卸的方法都是上装上卸.现代的加氢反应嚣都是上装下卸方法.如图三所示为联合油公司在加氢反应器中采用的是下科臂绪构.石油三厂热壁加氢反应器采用的是螺旋永平催化剂除料嚣.无论上装上卸.还是上装下卸,在反应嚣的底都还应设如图三所示的出口收集嚣或底部塞臂结}哿.目的是防止催化剂跑掼.底都塞管结构见图廿五.参考文献:I炼油设计1986.5,6期2炼油化工机挑1980.I期3加氧精翻与加氢裂I匕,石化出版社汽油脱硫新工艺OCrGAIN流化值化裂化汽油是汽油硫含量的主要来源.普通降低汽油琉台量的方法为大量投资的催化裂化原料加氢处理.或辛烷值掼先报大的催化裂化汽油加氢脱硫.oa'GA新工艺则与众不同.它仅需要一个简单的同定床反应嚣和一个莫比尔专利系统以进行特殊的化学反应.它可在不降低裂化汽油辛烷值的条件下彻底脱琉和降低烯烃含量.甚至在一些情况下.脱瘴产品的辛烷值可超过进料的辛烷值. OCrGA蹦工艺可处理不同沸程,不同硫和烯烃古量的汽油,还可以每天按需要改变产品辛烷值维持汽油琉台量符合规格. 该工艺在美国乔利埃特炼厂的工业试验十分成功.更换催他剂就基本完成了改造.无需投资.谈催化剂系统适用于加氢补充精毒i设备.新工艺于1991年底开始试运.从那时以来已能满足和超过所有预期的性能.诙厂的Oa'G=N装置操作性能和普通加氢补充精{彗I的比较表明,多年来普通加氢补充精制的产品辛烷值一般损失2—3个单位.甚至4个单位.炼厂的经济性表明,在OCrGAIN装置上加工更多较轻的催化裂他汽油而得到喀低的产品辛烷值可取得较大效益.而且Oa'GAIN具有在满足严格的古硫规格的同时改变炼厂经济性的灵活性.实验室的24种以上试辩的中试研究说明.OCrGAn工艺的通席性和曼活性都很好.高古烯烃的原料用瞢通加氢补充精制加工的辛烷值有可能降低l2一l3个单位.而甩OCfGAIN加工辛烷值没有损失.。
石油化工工厂装备固定床反应器-文档资料
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固定床反应器的缺点
传热差，可能出现“飞温”（温度失去控 制，急剧上升，超过允许范围 ）
操作过程中催化剂不能更换，催化剂需要 频繁再生的反应一般不宜使用
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固定床反应器是石油化工中应用最为普遍的 反应器之一
乙烯氧化制取环氧乙烷 脱除乙烯中的乙炔 乙苯脱氢制苯乙烯
反应区均为流体相，催化剂为固体
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二、固定床反应器的结构
绝热式固定床反应器
固定床反应器
换热式固定床反应器
轴向反应器
径向反应器
自然式
外热式
单段绝热床反应器
多段绝热床反应器
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•7
(1)单段绝热式固定床反应器
结构简单，反 应器体积利用 率高 ，适用于 热效应不大， 温度要求不严， 单程转化率低 的反应
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•8
单段式固定床反应器串联
鼓泡塔
固定床
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•1
第五章 固定床反应器
第一节 概述
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一、固定床反应器的特点及工业应用
“固定床”名称中 “固定”的是什么？ 固定的是催化剂 床层
定义：反应物料在静止的催化剂床层上进行反应的装置
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固定床反应器的优点
流体接近活塞流，反应速度快，返混小 结构简单，制造便宜，操作方便 催化剂颗粒静止，磨损率低，寿命长
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(2)多段绝热式固定床反应器
适用于热效 应较大，速 度慢的反应•.源自•10（3）径向反应器
反应器由顶部进入，沿径向经催化剂床层，反应 物进入中心管集合，再从底部流出
优点： <1>气体流程短，压降小，可使用较细催化剂，
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器结构工作原理
固定床反应器是一种常见的化学反应器，其结构和工作原理是怎样的呢？
固定床反应器的结构
固定床反应器的基本结构由反应器本体和填料两部分组成。
其中，反应器本体通常由钢制成，内部包含反应池和进出料口。
填料则是放置在反应器本体中的一种固体材料，用于支撑催化剂并提供反应表面，以便反应物与催化剂发生反应。
固定床反应器的工作原理
固定床反应器的工作原理基于催化剂促进化学反应的特性。
反应物通过填料层并与催化剂接触，发生化学反应。
反应产物则从反应器底部排出。
固定床反应器通常用于高温、高压下的气相反应，如乙烯加氢制取乙烷、甲醇合成、氨合成等。
由于其结构稳定、催化剂利用率高等特点，固定床反应器在工业生产过程中得到广泛应用。
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固定床催化反应器的应用
4 5 6 7 8 9
V104 汽化器 V105 V106 V107 V108 V109 空气缓冲罐 第一捕集器 第二捕集器 第三捕集器 第四捕集器
1 1 2 2 2 2
任务一 固定床催化反应器的工业应用
规格（巩固：苯加氢制环己烷）
风机 ——流量*功率 换热器——内径*高度 泵——流量\扬程\转速\功率 反应器、塔 ——内径*高 槽、罐 ——内径*高度
任务一 固定床催化反应器的工业应用
二、固定床催化反应器在苯加氢装置上的应用
（四）苯加氢反应器
（2）双反应器的结构简图（后反应器动画演示）
后反应器为绝热式 固定床反应器； 结构简单； 催化剂装填均匀； 与外界无热交换；
床层温度随物料流 向发生变化。
任务一 固定床催化反应器的工业应用
二、固定床催化反应器在苯加氢装置上的应用
苯加氢岗位工艺包括：
苯干燥系统（图1） 苯加氢系统（图2） 环己烷和气体的分离系统（图3） 脱除庚烷系统（图4）
任务一 固定床催化反应器的工业应用
图1 苯干燥系统
任务一 固定床催化反应器的工业应用
图2 苯加氢系统
任务一 固定床催化反应器的工业应用
图3 环己烷和气体的分离系统
任务一 固定床催化反应器的工业应用
后 反 应 器
环 己 烷
说明：前反应器由热油控制温度； 入口温度：320-380 ℃；
氢氮混 合气
出口温度：190 ℃
热油贮槽
热油膨 胀罐
任务一 固定床催化反应器的工业应用
二、固定床催化反应器在苯加氢装置上的应用 （二）工艺流程概述
3.环己烷和气体分离系统 核心设备：环己烷气液分离器（D0102）
苯加氢系统
固定床加氢反应器分配器
《信息检索与网络资源利用》结课作业固定床加氢反应器分配器的研究进展姓名：学号：1303010701班级：化学工程与工艺1307班主讲老师：2014年9月1日摘要本文利用自行设计的“同步、多点、三维测液实验系统”对美国Union Oil 及法国Technip等公司的分配器进行了较为系统的实验研究, 分析了其流体力学特性及其因素与工作特性间的关系, 为各类分配器的设计创造了条件. 同时, 提出了改进分配铃综合工作特性的有效途径, 开发出性能优趁的新型分配器, 用于生产实践取得了夜好的效果。
叙述了抚顺石油化工研究院（FRIPP）开发的固定床加氢内构件，喷嘴式分配器的结构及工作原理，并且在国内应用的效果。
该内构件技术能保证直径3 400 mm柴油加氢反应器的径向温差小于2 ℃。
关键词:固定床加氢内构件分配器反应器实验AbstractIn this paper, self-designed "synchronous, multi-point, three-dimensional measuring liquid experimental system" for the United States and France, Technip Union Oil companies such as distributor conducted a systematic experimental study analyzes its hydrodynamic characteristics and knot work the relationship between the characteristics for all types of dispensers designed to create the conditions at the same time, an effective way to improve the allocation proposed integrated bell operating characteristics, the development of superior performance to take advantage of the new distributor for production practice has achieved good results night . Describes the Fushun Petrochemical Research Institute (FRIPP) within the fixed bed hydrogenation component development, structure and working principleof the nozzle distributor, and the effect on the domestic application. The inner component technology can guarantee 3 400 mm diameter diesel hydrogenation reactor radial temperature difference of less than 2 ℃.目录引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（4）第一章固定床加氢反应器内构件的开发与应用．．．．（5）1.分配器类型及其特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（5）2.反应器内构件的工业应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（6）第二章加氢反应器分配器的实验研究．．．．．．．．．．．．．．（7）1.典型分配器的实验分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（7）2.新型高效分配器的开发研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）第三章新型固定床加氢反应器分配器的研究与应用（9）结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（10）参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）引言在目前广泛采用的气液双相进料、固定床催化加氢反应器中, 原料油与氢按一定比例混合后, 经入口扩散器初步分配及床层分配器的进一步分配, 在高温、高压下借助催化剂的作用完成裂化、烯烃饱和、脱硫等反应。
固定床催化加氢案例
固定床催化加氢案例固定床催化加氢，作为一种重要的化学工艺过程，在石化行业和能源领域扮演着至关重要的角色。
其应用范围广泛，包括石油加工、煤炭转化和氢能产业等领域。
本文将从简单到复杂、由表及里，深入探讨固定床催化加氢案例，帮助读者全面理解这一过程的原理和应用。
1. 什么是固定床催化加氢？固定床催化加氢是一种利用催化剂在固定床中将氢气与化学物质反应，从而实现化学转化的过程。
在这个过程中，催化剂起到了催化剂的关键角色，它能够加速化学反应的速率，提高产物的选择性和产率。
固定床催化加氢可用于降低有害气体的排放、提高石油产品品质、转化低价值化工原料等诸多领域。
2. 石化行业中的固定床催化加氢案例在石化行业中，固定床催化加氢广泛应用于炼油和裂解等工艺中。
以炼油为例，催化加氢可用于去除原油中的硫、氮和重金属等杂质，提高产物的品质和环保性。
催化加氢还可以将低价值的重油转化为高价值的轻质燃料，提高砂岩油的开采效率。
当然，固定床催化加氢的具体应用还包括氢化裂解、氢化加氢和异构化等工艺。
3. 氢能产业中的固定床催化加氢案例随着氢能产业的兴起，固定床催化加氢在氢制备和氢储罐等领域也发挥着重要作用。
固定床催化加氢可用于从天然气、煤气和重油等原料中制备氢气，为氢能产业的发展提供动力。
固定床催化加氢还可以实现氢气的高效储存和运输，解决氢能产业中的氢气安全性和可行性等问题。
4. 对固定床催化加氢的个人观点和理解固定床催化加氢作为一种重要的化学工艺过程，对于石化行业和氢能产业的发展具有重要的意义。
它可以通过改善产品品质、提高原料利用效率和降低环境污染等方式，推动工业的可持续发展。
然而，在应用固定床催化加氢时，需要注意催化剂的选择、反应条件的优化和废弃物的处理等问题，以实现最佳经济效益和环境效益的平衡。
总结回顾：本文从简单到复杂、由表及里地介绍了固定床催化加氢的原理和应用案例。
固定床催化加氢在石化行业和氢能产业中发挥着重要作用，可以提高产品品质、转化废旧物资和减少环境污染等。
固定床加氢反应器新型内构件优化及应用
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石油化工设备
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折 流 扩 散 具 有 近 乎 $%&'的 大 扩 散 角 能 够 保 证 在低空高 空高为分配盘下部到催化剂上部空间 高度下实现气液均布 (内设孔板强化管内湍 动既有利于气液相间的混合又利于对液相的破 碎和分散可有效改善贴壁流造成的中心汇流 应用效果验证
新建 !" 柴油加氢装置反应器数值模拟计算 和冷模试验测试结果表明 双锥形入口扩散器在 基 准 工 况 的 #$%&'!$% 负 荷 内 能 够 有 效 纠 正 偏 流 并为下部过滤盘 分配盘提供较好的初始分 布 在 测 试 工 况 范 围 内 压 降 为 '(!#)*(+,-./0 采用双锥形入口扩散器的加氢反应器入口物料速 度分布数值模拟示意图见图 #
图 加氢反应器双锥形入口扩散器结构图
向的双侧纠偏挡板拦截和缓冲 然后进入空心锥 形体 在锥形体内绕流后由底板开孔继续向下 以喷洒形式流至上层伞板表面 或者通过上层伞 板顶部开孔流至下层伞板 经过双侧纠偏挡板的 拦截和在空心锥形体内的绕流 气液混合物料的 偏流得到了矫正 经过 ! 层伞板表面的溅射伞 板开孔的喷射以及伞板边缘的散射作用 气液进 料得到充分混合 以均匀分散方式流至下方反应 器截面上
固定床渣油加氢反应器流程模拟与应用
固定床渣油加氢反应器流程模拟与应用
赵环宇
【期刊名称】《石化技术与应用》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】采用日本KBC公司开发的Petro-SIM系列软件中RHDS-SIM模型对390万t/a渣油加氢装置的反应器进行了模拟,分析了模型的准确性,并利用该模型对渣油加氢装置生产低硫船用燃料油的工况进行了优化。
结果表明:建立的模型能有效反映装置实际生产工况,主要产品的模拟结果偏差均低于2%;在生产低硫船用燃料油时,为了满足产品含硫量要求,反应器入口温度需升高4℃,化学氢耗增加了3.5 m^(3)/m^(3),R^(1),R^(2),R^(3)床层催化剂寿命依次缩短了26.5,30.7,38.3 d。
【总页数】4页(P27-30)
【作者】赵环宇
【作者单位】上海汉中诺软件科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE624
【相关文献】
1.固定床反应器与沸腾床反应器在重油、渣油加氢技术中的比较
2.渣油加氢技术的研究Ⅰ.RHT固定床渣油加氢催化剂的开发及应用
3.上流式反应器应用于固定床渣
油加氢装置改造设计的体会4.采用非对称轮换式保护反应器的固定床渣油加氢技术开发5.基于RHDS-SIM的固定床渣油加氢装置全流程模拟与应用
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机械设备固定床加氢反应器内构件的开发与应用王兴敏洛阳石油化工工程公司(河南省洛阳市471003)摘要:介绍了国内外固定床加氢反应器内构件的主要类型及其特点,详细叙述了洛阳石油化工工程公司(LPEC)开发的内构件及其在目前国内规模最大的加氢精制(反应器内径为3800mm)和渣油加氢脱硫(反应器内径为4200mm)装置上的应用情况。
内径为3800mm的加氢精制反应器床层径向温差基本小于3 ,效果良好;内径为4200mm的渣油固定床加氢脱硫反应器床层径向温差为1~7 ,优于国内引进同类装置水平。
主题词:加氢反应器 固定床反应器 内构件 开发 应用加氢工艺技术水平的高低,主要取决于催化剂性能的先进性,而催化剂性能的充分发挥,则在很大程度上取决于反应器内部结构的先进性和合理性。
设计合理的加氢反应器内构件应具有如下功能和特点:反应物流混合充分,催化剂床层温度分布均匀;压力降小,占用反应器空间小,装卸催化剂方便,检修检测方便,操作安全和投资低。
随着加氢装置的大型化及加氢设备制造能力的提高,反应器直径的不断增大,对反应器内构件的反应物流分配效果要求越来越高。
如果反应器内构件设计不合理,分配效果差,会造成催化剂床层径向温差大,催化剂利用率降低,甚至造成反应产物质量达不到要求。
因此国内外对加氢反应器内构件的研究和工程开发一直非常重视,许多工程公司都开发了自己的成套技术。
洛阳石油化工工程公司(LPEC)多年来一直致力于加氢工程技术的开发,并将开发出的多项先进技术成功地应用于工业生产。
1 内构件类型及其特点典型加氢反应器内构件包括:入口扩散器、气液分配盘、积垢篮筐、冷氢箱、出口收集器、催化剂支撑和液体再分配盘等。
1.1 入口扩散器入口扩散器置于反应器入口处,起到气液预分配的作用,并能减缓气液介质对分配盘或催化剂床层的冲击。
国内外入口扩散器的几种主要型式见表1。
表1 国内外入口扩散器的几种主要型式扩散器型式说明螺旋喷头型流体线速高,易使催化剂粉碎,已少用盘式适用于直径较小的反应器拉杆式适用于硫化氢腐蚀较小场合双层多孔板与多锥体组合可兼作分配盘中心板与多孔板组合多用于轻质油品加氢反应器带过滤的多管式对进料有一定过滤作用锥体与双层多孔板组合分配效果良好LPEC设计的入口扩散器为锥体与双层多孔板组合扩散器,图1为结构示意图。
图1 入口扩散器结构示意该扩散器上设定位槽以固定位置,锥形体上开槽孔,锥体下设两层带孔的水平挡板。
反应进料流向必须与锥体上槽孔垂直。
反应油气通过槽孔进入锥体,起到缓冲作用,再通过水平挡板的碰撞、节流,扩散到下面的分配盘上。
收稿日期:2001-06-29;修改稿收到日期:2001-07-16。
作者简介:高级工程师,1982年毕业于石油大学(华东)石油炼制系,长期从事炼油工程设计和管理工作,现为该公司副经理。
炼 油 设 计2001年8月 PE TROLE UM REFINERY ENGINEERING 第31卷第8期1.2 气液分配盘它的主要作用是将气液两相物流混合,并均匀地分散到催化剂床层,使催化剂床层温度分布均匀,充分发挥催化剂的效能。
国内外气液分配盘的主要型式见表2。
表2 国内外气液分配盘的主要型式分配盘型式说明平塔盘式因只能上装下卸,很难大型化斜塔盘式结构略复杂长短管结构简单,分配效果适中长短管带溢流盒比长短管分配效果略好斜口管分配效果有所改善V 形缺口盒液面愈高,愈有利于稳定操作泡帽式分配效果良好,制造安装要求高LPEC 设计的分配盘为抽吸型圆泡帽分配盘。
这种分配盘由塔盘、下降管和带有条缝的圆泡帽组成。
当气液两相物流进到分配盘上后,气体从条缝中通过,并携带液体进入下降管将物流喷洒到催化剂床层上。
在分配盘上,圆泡帽呈正三角形排列。
圆泡帽结构见图2。
每个泡帽上的条缝数量和条缝的宽度根据气相的流率、气液的密度来决定。
图2圆泡帽结构示意1.3 积垢篮筐积垢篮筐置于催化剂床层的顶部以增大表面积,使反应进料携带的固体杂质能在较大的流通面积上沉积,以减少床层的压力降。
典型的积垢篮筐有:敞口平板丝网式、封闭平板丝网式和齿形丝网式。
LPEC 设计的敞口平板丝网式篮筐是由金属丝网编织的圆筒,篮筐的外部装填瓷球。
安装时三个一组,按正三角形排列,并用链条栓到顶部分配盘的梁上。
1.4 冷氢箱当催化剂分层装填时,在两床层之间应设置冷氢箱。
其作用是将上床层来的反应物流和注入的冷氢充分混合,导走反应热,控制反应温度不超过规定值,并使物流在进入下一层催化剂床层之前重新分配均匀。
国内外设计的冷氢箱的结构型式不尽相同,主要型式与特点见表3。
表3 国内外冷氢箱的主要结构型式冷氢箱型式说明蜂窝管式反应物流与从蜂窝小孔喷出的冷氢混合歧管型直管、喷嘴或带旋叶均可带齿盒式急冷箱齿缝的节流和筛孔板的再分配绕流式反应物由混合室外壁入,冷氢由内壁入,混合后可直接流下,亦可经迷宫流下旋叶式反应物流与冷氢经叶片旋转后混合带折流式反应物流与冷氢进急冷室,然后折流,从小孔喷出抽吸式反应物流与冷氢在混合箱内节流、冲击、折射、碰撞LPEC 设计的抽吸式冷氢箱由冷氢盘、喷射盘、再分配盘三部分组成,如图3所示。
冷氢盘开两个圆孔,上床层下来的物料和冷氢都必须通过这两个孔,以达到充分混合。
在冷氢盘和喷射盘之间进一步混合后流入喷射盘。
喷射盘上开有小孔。
物流从小孔流到下面的再分配盘上,再分配盘亦是抽吸型圆泡帽结构。
物流通过再分配盘均匀地分布到下部催化剂床层上。
冷氢管在靠近冷氢盘的上方与冷氢箱垂直安装。
冷氢管内设有水平和垂直挡板。
冷氢管的出口嘴对准反应器的中心。
图3 冷氢箱结构示意1.5 出口收集器反应器出口管上部设置出口收集器,起支撑催化剂床层和收集过滤反应产物的作用。
在出口收集器周围装填惰性球,惰性球上装填催化剂。
LPEC 设计的收集器顶部和侧面均开孔,并用金属丝网覆盖。
收集器的大小尺寸由所要求的开孔面积确定,开孔面积和尺寸大小要在实现安全支撑催化剂床层的同时,使压力降尽量小。
一般25 第8期 王兴敏.固定床加氢反应器内构件的开发与应用顶部的开孔面积应大于出口管的截面积,并在侧面开条形孔。
收集器的结构见图4。
图4 出口收集器示意1.6 催化剂支撑盘当催化剂需分层设置时,反应器中必须设催化剂支撑盘。
LPEC 设计的催化剂支撑盘由倒T 形梁、格栅和金属网组成。
倒T 形梁的设计荷载应考虑流体净阻力降、床层上部结垢后增加的阻力降、净荷载(催化剂的重量和内部存留液体的重量)和紧急泄压时流速增加产生的阻力降。
2 反应器内构件的工业应用LPEC 在多年的加氢工程技术的研究和开发过程中,开发出自己的反应器内构件技术并已成功应用于数十套加氢裂化和加氢精制装置,经多年的工业运转表明其应用效果普遍良好,满足了加氢装置生产要求。
尤其是近几年来随着装置规模的不断增大,LPEC 在设备大型化方面也在不断进行技术开发工作。
下面给出LPEC 开发的反应器内构件在目前国内规模最大的加氢精制装置和渣油加氢脱硫装置上的工业应用实例。
目前,两套装置第一周期均已运行了一年半多的时间,其反应器直径在国内已投产的同类装置中均为最大。
加氢精制装置反应器内径为3800mm,反应器主要操作条件见表4,反应器工业生产床层温度径向分布情况见图5。
由图5可以看到,采用LPEC 开发的反应器内构件,在内径3800mm 的大型加氢精制反应器中应用,工业生产的径向温差基本上小于3 ,说明反应器物流分配效果是理想的。
表4 加氢精制反应器操作条件加工原料(直馏柴油 催化裂化柴油)7 3进料量/t h -1200反应器入口压力/MPa 5.0空速/h -1 2.0气油体积比300催化剂FH 5催化剂床层高度/m 1床层 4.2 2床层6.39图5 内径3800mm 加氢精制反应器床层温度分布1999年底投产的茂名石油化工公司2.0Mt/a 渣油加氢脱硫装置,反应器内径达4200mm,反应器主要操作条件见表5,表6列出了3台反应器径向温度分布的工业考核标定数据。
表5 渣油加氢反应器主要操作条件(初期标定)原料油(沙特轻质减压渣油 拉万减压渣油 沙特轻质减压粗柴油)45 26.5 28.5进料量/t h -1125入口压力/MPa 17.5一反入口气油体积比678催化剂FZC 系列催化剂床层高度/m R101 I 5.7 R104 I 10.0 R105 I10.0表6 渣油加氢装置反应器径向温度分布系列I R101 I R104 I R105 I 入口温度345.7351.2356.6床层上部温度345.2345.9345.4 352.8352.6355.0 358.2358.5359.2床层中部温度347.4347.2347.0 359.0364.8357.6 365.8365.9362.8床层下部温度350.0348.8347.8368.8372.1365.4372.1371.6365.7由于渣油分散性差、催化剂品种多和床层较高,渣油加氢反应器在反应物流分配上难度较大。
由表6中生产数据可以看出,茂名石油化工公司渣油加氢脱硫装置渣油反应器床层径向温差为26 炼 油 设 计 2001年第31卷1~7 ,这一结果优于国内引进同类装置反应器床层径向温度的分布情况,说明国内设备大型化技术和反应器内构件设计是成功的。
3 结束语国内加氢反应器内构件的研究、工程开发和工业应用表明,国内加氢成套技术的水平在不断提高和日趋完善,加氢反应器内构件技术可以满足加氢装置的需要。
随着高硫原油加工比例的提高,使用清洁燃料的要求日益迫切,装置大型化和加工原料的重质化,为加氢技术的发展提供了机遇,但是也对加氢反应器内构件的研究开发提出更高的要求,今后应在完善现有反应器内构件的同时开发新的反应器内构件。
(编辑 杨金鹏)DEVELOPMENT AND APPLICATION OF INTERNALS FORFIXED BED HYDROTREATING REACTORSWang XingminLuo yang Petrochemical Engineering Corporation(Luoyang,Henan471003)Abstract Main types and characteristics of internals for fixed bed hydrotreating reactors both domestic and for eign were introduced.Structural features of the internals developed by LPEC and their application in two largest units of China,the hydrofining unit(the reactor radius3800mm)and residue desulfurization unit(the reactor radius4200 mm)were discussed in detail.The hydrofining reac tor with a radius of3800mm has better result and the radial tem perature difference of the bed is less than3 ,while that of the other unit is1~7 ,being superior to the same type of imported units.Keywords hydrotreating reactor,fixed bed reactor,internal,development,application国内简讯WD01 002型高效炼油催化助剂 通过技术鉴定由西安万德化工有限公司完成的 WD01 002型高效炼油催化助剂 项目,于2000年4月28日通过了陕西省科学技术厅组织、主持的技术鉴定。