固定床加氢反应器内构件的开发与应用

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

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