反应器

蜡油加氢反应器

一、反应器定义及应用

在工业生产过程中，为反应提供反应空间和反应条件的装置，称为反应设备和反应器。

反应器广泛应用于物料混合、溶解、传热、制备悬浮液、聚合反应和制备催化剂等生产过程，是石油、化工生产中的重要设备之一。

二、反应器的分类

反应设备可分为化学反应器和生物反应器。

化学反应器分类：

1)按工艺过程的特点分类：固定床反应器、移动床反应器、流化床反应器；

2)按反应器的使用状态分类：冷壁结构反应器、热壁结构反应器；

3）按操作方式分类：间歇式反应器、连续式反应器和半连续式反应器；

4）按流动状态分类：活塞流型和全混流型；

5)按反应器本体结构特征分类：单层结构反应器、多层结构反应器，单层结构

中又包括钢板卷焊结构和锻焊结构两种，多层结构用于加氢反应器上的有绕带式、热套式等。

三、不同形式反应器的特点

1、固定床反应器

1）定义

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反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器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或液固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。

涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

2)分类

固定床反应器有三种基本形式：

①轴向绝热式固定床反应器(图1)。流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

②径向绝热式固定床反应器。流体沿径向流过床层，可采用离心流动或向心

流动，床层同外界无热交换。径向反应器与轴向反应器相比，流体流动的距离较短,流道截面积较大,流体的压力降较小。但径向反应器的结构较轴向反应器复杂。以上两种形式都属绝热反应器,适用于反应热效应不大,或反应系统能承受绝热条件下由反应热效应引起的温度变化的场合。

③列管式固定床反应器由多根反应管并联构成。管内或管间置催化剂，反应物流经管间或管内进行加热或冷却，管径通常在25～50mm之间，管数可多达上万根。列管式固定床反应器适用于反应热效应较大的反应。

此外，尚有由上述基本形式串联组合而成的反应器，称为多级固定床反应器。流体沿轴流体沿轴向自上而下流经床层，床层同外界无热交换。

3）固定床反应器的优缺点

优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。

②催化剂机械损耗小。

③结构简单。

缺点是：①传热差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超过允许范围）。

②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，常代之以流化床反应器或移动床反应器。

2、流化床反应器

1）定义

一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。

目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。

2）分类

按流化床反应器的应用可分为两类：一类的加工对象主要是固体,如矿石的焙烧,称为固相加工过程；另一类的加工对象主要是流体，如石油催化裂化、酶反应过程等催化反应过程，称为流体相加工过程。

按流化床反应器的结构分：

①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须不断予以分离后进行再生。

②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。

3）特性

与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：

①可以实现固体物料的连续输入和输出；

②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易

于控制，特别适用于强放热反应。

缺点是：

①会对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。

②气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差，导致气体反应得不完全。因此，通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。

③固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带，使流化床的应用受到一定限制。

3、移动床反应器

1）定义

一种用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂，随着反应的进行，固体物料逐渐下移，最后自底部连续卸出。流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层，以进行反应。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运动，因此，也可将其看成是一种移动的固定床反应器。

2）应用

钢铁工业和城市煤气工业发展之初，移动床反应器就曾被用于煤的气化。1934年研制成功的移动床加压气化器（鲁奇炉），至今仍是规模最大的煤气化装置，其单台日生产能力已达到1Mm以上。

石油催化裂化发展初期，曾采用移动床反应器，但现已被流化床反应器和提升管反应器所取代。

目前，应用移动床反应器的重要化工生产过程有连续重整、二甲苯异构化等催化反应过程和连续法离子交换水处理过程。

3）特性

与固定床反应器及流化床反应器相比，移动床反应器的主要优点是：

固体和流体的停留时间可以在较大范围内改变，返混较小（与固定床反应器相近），对固体物料性状以中等速度（以小时计）变化的反应过程也能适用。与此相比，固定床反应器和流化床反应器分别仅适用于固体物料性状变化很慢（以月计）和很快（以分、秒计）的反应过程。

移动床反应器的缺点是控制固体颗粒的均匀下移比较困难。工业生产中有时采用模拟移动床以避免上述缺点（见固定床传质设备）。

4冷壁结构反应器与热壁结构反应器；

冷壁反应器，顾名思义就是使用过程中，外壁是冷的，内部要隔热衬里。流体不与反应器壁接触，器壁温度较低（一般在150—200℃），因此，冷壁反应器对钢材材质要求不高，但衬里要求高，衬里施工难度大，周期长，反应器有效容积率小，检修检查困难。运行过程中，一旦衬里出现热点，运行风险极高、现在基本淘汰。

热壁反应器，就是运行时器壁是高温的，外壁再保温，热壁反应器内流体与反应器壁接触，器壁温度较高（设计温度比最高使用温度高10—20℃），因此，热壁反应器器壁直接接触反应物，对钢材材质要求高，但由于没有衬里，反应器