加氢反应器介绍PPT

1、加氢反应器简介加氢反应器简介第第 4 讲讲前言前言 加氢装置的临氢设备操作条件相当苛刻。加氢装置的临氢设备操作条件相当苛刻。从损伤角度说，可能会发生一些其它装从损伤角度说，可能会发生一些其它装置设备不会有或不容易有的腐蚀或损伤置设备不会有或不容易有的腐蚀或损伤现象。另外，由于有氢气存在，一旦泄现象。另外，由于有氢气存在，一旦泄露易引起爆炸及发生二次灾害。露易引起爆炸及发生二次灾害。 制造条件要求高，造价昂贵，一般动、制造条件要求高，造价昂贵，一般动、静高压设备费用约占整个装置建设投资静高压设备费用约占整个装置建设投资的的30%40%或更高。或更高。前言前言所以对这些设备的设计和制造都很重所以对

2、这些设备的设计和制造都很重视，特别是加氢反应器，提出至少要视，特别是加氢反应器，提出至少要满足以下几点要求：满足以下几点要求： 1. 满足工艺过程各种运行方案的需满足工艺过程各种运行方案的需要；要； 2. 使用可靠性高使用可靠性高 ； 3. 维护检修方便，所需时间短；维护检修方便，所需时间短； 4. 投资费用较低。投资费用较低。 前言前言 加氢反应器是加氢装置的核心设备。操作条加氢反应器是加氢装置的核心设备。操作条件苛刻，技术难度大。所以，反应器的设计件苛刻，技术难度大。所以，反应器的设计和制造成功，在某种意义上说体现一个国家和制造成功，在某种意义上说体现一个国家总体技术水平的重要标志之一。总

3、体技术水平的重要标志之一。 随着加氢工艺技术的广泛应用，加氢工艺设随着加氢工艺技术的广泛应用，加氢工艺设备特别是反应器技术相应得到很快的发展与备特别是反应器技术相应得到很快的发展与显著的进步。显著的进步。主要表现：主要表现：(a) 可靠性；可靠性；(b) 大大型化。型化。加氢反应器进步加氢反应器进步 * 材料制造技术的发展，质量明显提高材料制造技术的发展，质量明显提高n 体现在冶炼技术、热处理技术、分析技术体现在冶炼技术、热处理技术、分析技术等等方面。最终反映在材料的内质特性等等方面。最终反映在材料的内质特性(纯洁性、致密性、均质性纯洁性、致密性、均质性)非常优越。非常优越。 * 制造技术的进

4、步制造技术的进步n 如制造装备、制造工艺、焊接技术如制造装备、制造工艺、焊接技术(含堆含堆焊技术焊技术)、热处理技术、检测技术等等都、热处理技术、检测技术等等都有很大进步。有很大进步。加氢反应器大型化加氢反应器大型化 为了获得较佳的经济效益，装置日趋大为了获得较佳的经济效益，装置日趋大型化，也带来了反应设备的大型化。型化，也带来了反应设备的大型化。例如：例如： 国外加氢反应器大型化进展例国外加氢反应器大型化进展例 国内加氢反应器大型化进展例国内加氢反应器大型化进展例加氢反应器本体结构特征加氢反应器本体结构特征 单层结构单层结构n 钢板卷焊结构钢板卷焊结构n 锻焊结构锻焊结构 多层结构多层结构n

5、 绕带式绕带式n 热套式热套式反应器本体结构特征反应器本体结构特征 结构形式的选择一般是依据使用条件、反应器结构形式的选择一般是依据使用条件、反应器尺寸、经济性和制造周期等诸因素来确定。尺寸、经济性和制造周期等诸因素来确定。 单层结构中的钢板卷焊结构和锻焊结构的选择，单层结构中的钢板卷焊结构和锻焊结构的选择，主要取决于制造厂的加工能力、经验与条件以主要取决于制造厂的加工能力、经验与条件以及经济上的合理性和用户的需要。选用锻焊结及经济上的合理性和用户的需要。选用锻焊结构，一般有如下优点：构，一般有如下优点：n 锻件的内质特性锻件的内质特性(纯洁性、致密性、均质性纯洁性、致密性、均质性)好；好；n

6、 焊缝少，特别是没有纵焊缝，从而提高了反应器耐焊缝少，特别是没有纵焊缝，从而提高了反应器耐周向应力的可靠性；周向应力的可靠性；n 制造装配易保证，可生产锻件的制造厂，制造周期制造装配易保证，可生产锻件的制造厂，制造周期较短；较短；n 可设计和制造成对于防止某些脆性损伤很有好处的可设计和制造成对于防止某些脆性损伤很有好处的结构。结构。反应器本体结构特征反应器本体结构特征n 使用过程中对焊缝检查维护的工作量少，使用过程中对焊缝检查维护的工作量少，无损检测容易无损检测容易n 锻造结构的材料利用率比板焊结构低，锻造结构的材料利用率比板焊结构低，当壁厚较薄时，其制造费用相对较高。当壁厚较薄时，其制造费用

7、相对较高。一般，厚度大于一般，厚度大于160mm时采用较合适，时采用较合适，壁厚越厚，锻造结构的经济性更显优越。壁厚越厚，锻造结构的经济性更显优越。反应器细部结构的改进反应器细部结构的改进 * 支持圈结构的改进支持圈结构的改进反应器细部结构的改进反应器细部结构的改进* 法兰密封槽的改进法兰密封槽的改进反应器细部结构的改进反应器细部结构的改进* 裙座结构裙座结构的改进的改进反应器细部结构的改进反应器细部结构的改进 * 裙座结构裙座结构的改进的改进反应器细部结构的改进反应器细部结构的改进* 增设热箱增设热箱反应器内件型式及作用反应器内件型式及作用 反应器内件设计性能的优劣将与催化剂反应器内件设计性

8、能的优劣将与催化剂性能一道体现出所采用加氢工艺的先进性能一道体现出所采用加氢工艺的先进性。性。 对于气液并流下流式反应器的内件，通对于气液并流下流式反应器的内件，通常都设有入口扩散器、气液分配器、积常都设有入口扩散器、气液分配器、积垢篮、冷氢箱、热电偶和出口收集器等。垢篮、冷氢箱、热电偶和出口收集器等。 反应器内构件反应器内构件内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式结构型式 注意要点注意要点 入入口口扩扩散散器器或或称称预预分分配配器器 防止高速流体直接冲击液防止高速流体直接冲击液体分配盘，影响分配效果，体分配盘，影响分配效果，从而起到预分配的作用。从而起到预

9、分配的作用。对于图示的对于图示的(b)型，还可型，还可起到积存进料中的一些锈垢起到积存进料中的一些锈垢的作用。的作用。 见图见图5(a)(b) (a)型：型：进料方向应垂直于入口扩进料方向应垂直于入口扩散器上的两条开孔；散器上的两条开孔；两层水平档板上的开孔应两层水平档板上的开孔应对中；对中；水平挡板上的开孔应垂直水平挡板上的开孔应垂直于板面。于板面。(b)型：型：根据液体及沉积物量确定根据液体及沉积物量确定长槽孔的大小、数量和位置长槽孔的大小、数量和位置 入口扩散器入口扩散器内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式结构型式 注意要点注意要点 气气液液分分配配盘

10、盘 使进入反应器的物料均使进入反应器的物料均匀分散，与催化剂颗粒有匀分散，与催化剂颗粒有效地接触，充分发挥催化效地接触，充分发挥催化剂的作用。剂的作用。目前国内外所用的分配目前国内外所用的分配器按其作用机理大致可分器按其作用机理大致可分为溢流型和为溢流型和(抽吸抽吸)喷射型喷射型两类或二者机理兼有的综两类或二者机理兼有的综合型。合型。 见图见图6(a)(b) 应保证分配盘上不漏夜应保证分配盘上不漏夜,可采可采用有关填料垫密。安装后充水用有关填料垫密。安装后充水100mm高，在高，在5分钟内液位降分钟内液位降低小于低小于25mm为合格；为合格；控制安装水平度。对于喷射型，控制安装水平度。对于喷射

11、型，包括制造公差和梁在荷载作用包括制造公差和梁在荷载作用下的挠度在内可按下的挠度在内可按5mm6mm控制，对于控制，对于溢流型，要求还应稍严；溢流型，要求还应稍严；分配盘的设计荷载，应包括通分配盘的设计荷载，应包括通过分配盘的压力降过分配盘的压力降P、盘上的、盘上的液量及分配盘自重液量及分配盘自重(按最大的操按最大的操作温度考虑作温度考虑)。此外，还要考虑到检修的工况，此外，还要考虑到检修的工况，其支承件至少同时要满足常温其支承件至少同时要满足常温下承受下承受120kg集中荷载的要求。集中荷载的要求。 汽液分配器汽液分配器内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式

12、结构型式 注意要点注意要点 积积垢垢篮篮积垢篮置于催化剂床层的积垢篮置于催化剂床层的顶部，系由各种规格不锈钢顶部，系由各种规格不锈钢金属丝网与骨架构成的篮框。金属丝网与骨架构成的篮框。它为反应器进入物料提供更它为反应器进入物料提供更多的流通面积，使催化剂床多的流通面积，使催化剂床层可聚集更多的锈垢和沉积层可聚集更多的锈垢和沉积物而不致引起床层压降过分物而不致引起床层压降过分地增加。地增加。现已不太采用。现已不太采用。 见图见图7积垢篮在装入反应器内时，积垢篮在装入反应器内时，其篮内应是空的。在装填催其篮内应是空的。在装填催化剂时一定要注意这一点；化剂时一定要注意这一点；积垢篮按三角形排列，安积

13、垢篮按三角形排列，安装时用链条将其连在一起，装时用链条将其连在一起，并栓到上面的分配器支承梁并栓到上面的分配器支承梁上，其栓紧链条要有足够的上，其栓紧链条要有足够的长度裕量以适应催化剂床层长度裕量以适应催化剂床层的下沉的下沉(按下沉按下沉5考虑考虑)。 积垢篮积垢篮内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式结构型式 注意要点注意要点 冷冷氢氢箱箱用以控制加氢放热反应引用以控制加氢放热反应引起的催化剂床层温升，图示起的催化剂床层温升，图示的冷氢箱结构由冷氢管、冷的冷氢箱结构由冷氢管、冷氢盘、再分配盘组成，可使氢盘、再分配盘组成，可使来自上面床层的反应物料和来自上面床

14、层的反应物料和起冷却作用的冷氢充分混合，起冷却作用的冷氢充分混合，而又将具有均匀温度的气液而又将具有均匀温度的气液混合物再均匀分配到下部的混合物再均匀分配到下部的催化剂床层上。催化剂床层上。 见图见图8冷氢管内设置的隔档板应冷氢管内设置的隔档板应使从两个开孔中喷出的氢气使从两个开孔中喷出的氢气量是相当的；量是相当的；为发挥冷氢的作用效果，为发挥冷氢的作用效果，冷氢盘和冷氢箱部分应用填冷氢盘和冷氢箱部分应用填料填密，以保证不漏液，可料填密，以保证不漏液，可按气液分配盘的试漏标准验按气液分配盘的试漏标准验收；收；冷氢盘和喷射盘的安装水冷氢盘和喷射盘的安装水平度，包括制造公差、荷载平度，包括制造公差

15、、荷载作用下的挠度等在内，可按作用下的挠度等在内，可按6mm控制。再分配盘的控制。再分配盘的要求与气液分配盘同。要求与气液分配盘同。 第二床层第一床层T入出TT急冷氢第三床层第四床层100%急冷氢急冷氢A公司床层温度控制示意图第二床层第一床层TT入出1TTT出3出2出4T急冷氢第三床层第四床层急冷氢急冷氢100%C公司床层温度控制示意图 加氢装加氢装置反应过置反应过程会放出程会放出大量的热大量的热量。量。 冷氢箱冷氢箱内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式结构型式 注意要点注意要点 热热电电偶偶 为监视加氢放热反应引起为监视加氢放热反应引起床层温度升高及床层截

16、面温床层温度升高及床层截面温度分布状况等而对操作温度度分布状况等而对操作温度进行管理。热电偶的安装有进行管理。热电偶的安装有从筒体上径向插入和从反应从筒体上径向插入和从反应器顶封头上垂直方向插入。器顶封头上垂直方向插入。径向水平插入的有横跨整个径向水平插入的有横跨整个截面的和仅插入一定长度的。截面的和仅插入一定长度的。 见图见图9(a)(b)(c) 对径向水平插入的热电偶对径向水平插入的热电偶套管要注意由于操作过程催套管要注意由于操作过程催化剂下沉和检修卸出催化剂化剂下沉和检修卸出催化剂时可能引起被压弯的问题；时可能引起被压弯的问题；顶部垂直插入的热电偶套顶部垂直插入的热电偶套管，当长度较长时

17、，要适当管，当长度较长时，要适当设置导向结构，以利操作受设置导向结构，以利操作受热时伸长不受阻碍。热时伸长不受阻碍。 热电偶热电偶内件内件名称名称 设置目的及有关说明设置目的及有关说明 典型典型结构型式结构型式 注意要点注意要点 出出口口收收集集器器 用于支承下部的催化剂床用于支承下部的催化剂床层，以减轻床层的压降和改层，以减轻床层的压降和改善反应物料的分配。善反应物料的分配。 见图见图10 出口收集器与下封头的下出口收集器与下封头的下沿或与其连接的定心环圆周沿或与其连接的定心环圆周上应设数个缺口，以便停工上应设数个缺口，以便停工时排液用。时排液用。 出口收集器出口收集器反应器内件型式及作用反

18、应器内件型式及作用 在反应器内件设计中最关键的一点是要在反应器内件设计中最关键的一点是要使反应进料使反应进料(气液相气液相)与催化剂颗粒与催化剂颗粒(固相固相)有效地接触，在催化剂床层内不发生流有效地接触，在催化剂床层内不发生流体偏流现象。体偏流现象。 从设备设计角度说，有两点是特别值得从设备设计角度说，有两点是特别值得注意的：注意的：n 内件要具有高效和稳定操作的性能；内件要具有高效和稳定操作的性能；n 最大限度地利用反应器容积。最大限度地利用反应器容积。加氢反应器使用中的保护加氢反应器使用中的保护 为防止加氢反应器可能发生的各种脆性损伤，为防止加氢反应器可能发生的各种脆性损伤，在使用、开停

19、工或停工卸剂进行在役检验时，在使用、开停工或停工卸剂进行在役检验时，采取以下几点措施是很有效果的。采取以下几点措施是很有效果的。n 对于采用回火脆性敏感性较强的钢材对于采用回火脆性敏感性较强的钢材(如如2Cr-1Mo钢钢)制造的反应器，在初次开工运行后的重新制造的反应器，在初次开工运行后的重新开停工时，应采用热态型的开停工方案。开停工时，应采用热态型的开停工方案。n 在停工过程中宜有一段在停工过程中宜有一段300350的保持时的保持时间，让操作时所吸藏的氢尽可能地散逸出器壁外，间，让操作时所吸藏的氢尽可能地散逸出器壁外，以最大限度地减少器壁中的残留氢含量。以最大限度地减少器壁中的残留氢含量。加

20、氢反应器使用中的保护加氢反应器使用中的保护n 开停工时必须严格执行操作手册的要求。为防止形开停工时必须严格执行操作手册的要求。为防止形成较大的热应力，推荐开工和停工时的升温和降温成较大的热应力，推荐开工和停工时的升温和降温速度分别不要超过速度分别不要超过2530/h和和25h。n 要尽量避免非计划性的开停工。这对保护反应器和要尽量避免非计划性的开停工。这对保护反应器和减轻其堆焊层的氢致剥离都是有效的。减轻其堆焊层的氢致剥离都是有效的。n 当反应器安装或停工检验而打开顶部人孔时，一定当反应器安装或停工检验而打开顶部人孔时，一定要设置合适的防护措施，防止雨水飘入器内。要设置合适的防护措施，防止雨水

21、飘入器内。n 采取有关措施以防止器内有奥氏体不锈钢部位可能采取有关措施以防止器内有奥氏体不锈钢部位可能产生连多硫酸应力腐蚀开裂。产生连多硫酸应力腐蚀开裂。国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 n 针对降低硫含量这一问题，世界各主要石油公针对降低硫含量这一问题，世界各主要石油公司都已做了许多努力。司都已做了许多努力。n 这些努力除了表现在加氢新催化剂、新工艺技这些努力除了表现在加氢新催化剂、新工艺技术方面有较大突破外，还表现在新型加氢反应术方面有较大突破外，还表现在新型加氢反应器内构件的开发方面。器内构件的开发方面。n 先进的加氢反应器内构件可使催化剂床层的径先进的加

22、氢反应器内构件可使催化剂床层的径向温差维持在向温差维持在3左右。左右。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 n 新催化剂、新工艺的作用能否得到充分发挥，新催化剂、新工艺的作用能否得到充分发挥，与反应器内构件性能好坏有着密不可分的联系。与反应器内构件性能好坏有着密不可分的联系。换言之，内构件作用发挥的好坏同样直接影响换言之，内构件作用发挥的好坏同样直接影响到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期。到催化剂寿命、产品质量和装置的运转周期。n 在清洁燃料油生产过程中，采用一套好的内构在清洁燃料油生产过程中，采用一套好的内构件技术所得到的效果决不亚于换用一种活性更件技术所得

23、到的效果决不亚于换用一种活性更好的催化剂。好的催化剂。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 在新反应器的设计或现有反应器的改造过程在新反应器的设计或现有反应器的改造过程中，通常都遵循两条基本原则：中，通常都遵循两条基本原则： 使反应器内的催化剂容量最大化；使反应器内的催化剂容量最大化； 使催化剂的利用率达到最大化。使催化剂的利用率达到最大化。 合理地选择和设计反应器内构件，可使反应物（气体和液合理地选择和设计反应器内构件，可使反应物（气体和液体）得到最大程度的混合并保证主催化剂的有效利用。在体）得到最大程度的混合并保证主催化剂的有效利用。在加氢反应器中，如果气体和

24、液体反应物在进入各催化剂床加氢反应器中，如果气体和液体反应物在进入各催化剂床层的最顶部之前，其物料和温度已达到均匀分布，那么催层的最顶部之前，其物料和温度已达到均匀分布，那么催化剂的利用率就有可能达到最大化。化剂的利用率就有可能达到最大化。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 TOPSOE公司的反应器内构件技术公司的反应器内构件技术 n 实施该目标的第一步是对级配床层技术进行改革。实施该目标的第一步是对级配床层技术进行改革。采纳了特殊设计的惰性顶床层材料并开发出了高采纳了特殊设计的惰性顶床层材料并开发出了高活性的环状活性的环状TK催化剂以取代通常用在加氢反应器催化

25、剂以取代通常用在加氢反应器内催化剂顶床层上的惰性球。内催化剂顶床层上的惰性球。Topsoe惰性材料惰性材料的空隙率为的空隙率为53-55%，而普通惰性球只有，而普通惰性球只有33%。n 此外，多种活性环状此外，多种活性环状TK催化剂取代了惰性球后能催化剂取代了惰性球后能够提供更多的活性接触面，从而很好地控制床层够提供更多的活性接触面，从而很好地控制床层压降。压降。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 TOPSOE公司的反应器内构件技术公司的反应器内构件技术 n Topsoe公司开发出第一代分配盘被称作公司开发出第一代分配盘被称作“密密集式适应性强的分配盘集式适应性

26、强的分配盘”（Dense-Array Tray） 更换这种分配盘后，床层径向温差不到更换这种分配盘后，床层径向温差不到5，催化剂相对活性提高了催化剂相对活性提高了250%。这些都表明。这些都表明要最大化利用高活性催化剂的性能，需要有好要最大化利用高活性催化剂的性能，需要有好的反应器内构件。的反应器内构件。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 TOPSOE公司的反应器内构件技术公司的反应器内构件技术 n Topsoe公司又开发出公司又开发出汽举式（汽举式（Vapor-Lift）分配盘分配盘 分配器间距越小，滴点数越多，预示着液体能很分配器间距越小，滴点数越多，预示着

27、液体能很快在催化剂床层表面达到好的液体分散效果；塔快在催化剂床层表面达到好的液体分散效果；塔盘水平度必须认真考虑，以保证液体不会只从某盘水平度必须认真考虑，以保证液体不会只从某些分配点落下。为确保液体均匀流过所有的分配些分配点落下。为确保液体均匀流过所有的分配器，还必须考虑到生焦和腐蚀物的堵塞问题。器，还必须考虑到生焦和腐蚀物的堵塞问题。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 TOPSOE公司的反应器内构件技术公司的反应器内构件技术 n Topose液体分配盘的优点是：与泡帽式设计液体分配盘的优点是：与泡帽式设计相比，该分配盘上的分配器底座小很多，因而相比，该分配盘

28、上的分配器底座小很多，因而可在靠近反应器壁的地方提供更多的滴落点。可在靠近反应器壁的地方提供更多的滴落点。由于靠近反应器壁的催化剂得到了充分利用，由于靠近反应器壁的催化剂得到了充分利用，所以可大大改善总体催化剂的性能。在大多情所以可大大改善总体催化剂的性能。在大多情况下，这相当于增加了况下，这相当于增加了25%的反应器入口总的反应器入口总表面积。使用表面积。使用“气举式气举式”分配盘后，由于滴落分配盘后，由于滴落点的数量大幅度增加，反应器的平均温度降低点的数量大幅度增加，反应器的平均温度降低了了20 。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 TOPSOE公司的反应器

29、内构件技术公司的反应器内构件技术 n Topose液体分配盘的优点是：液体分配盘的优点是：Topsoe液体液体分配盘的分配器之间的距离较小，即最外侧的分配盘的分配器之间的距离较小，即最外侧的分配器与反应器壁之间的距离小，因而可降低分配器与反应器壁之间的距离小，因而可降低产生热点的可能。在许多情况下，末期运转条产生热点的可能。在许多情况下，末期运转条件取决于反应器的最高温度。如果能够保持一件取决于反应器的最高温度。如果能够保持一致的径向温度，则可大幅度提高运转周期。致的径向温度，则可大幅度提高运转周期。 国内外加氢反应器内构件技术的发展国内外加氢反应器内构件技术的发展 Shell公司的内构件技术公司的内构件技术 n 壳