内构件介绍.ppt

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1、固定床加氢反应器及内构件固定床加氢反应器及内构件固定床加氢反应器及内构件固定床加氢反应器及内构件固定床反应器是指在反应过程中，反应物为流动状态固定床反应器是指在反应过程中，反应物为流动状态的气体和液体，穿过固定不动的催化剂床层。在固定的气体和液体，穿过固定不动的催化剂床层。在固定床反应器中，催化剂是静止不动的。床反应器中，催化剂是静止不动的。固定床反应器按照反应器的流动状态又分为：固定床反应器按照反应器的流动状态又分为：鼓泡床鼓泡床滴流床滴流床径向床反应器径向床反应器鼓泡床反应器的作用鼓泡床反应器的作用使气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生使气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生气、液接触界面和

2、湍动。气、液接触界面和湍动。这类反应器结构简单，造价低，特别适用于这类反应器结构简单，造价低，特别适用于少量气体和大量液体（高持液量）的反应。少量气体和大量液体（高持液量）的反应。鼓泡床反应器的特点鼓泡床反应器的特点高的液高的液-气体积比，故单位反应器体积的气气体积比，故单位反应器体积的气-液接触比其他类型反应器的大。液接触比其他类型反应器的大。气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应器内的温度较为均匀。器内的温度较为均匀。对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。鼓泡床反应器鼓泡床反应器反应物的气体和液体通过分配器向处于下

3、部的静反应物的气体和液体通过分配器向处于下部的静止固体催化剂均匀喷洒，并在流经催化剂的过程止固体催化剂均匀喷洒，并在流经催化剂的过程中，在催化剂的作用下发生化学反应，生成所需中，在催化剂的作用下发生化学反应，生成所需的目的产品。的目的产品。滴流床反应器结构简单，造价低。滴流床反应器结构简单，造价低。在石油加工领域，固定床滴流反应器大量应用在在石油加工领域，固定床滴流反应器大量应用在馏份油、石蜡、润滑油的加氢精制、蜡油的加氢馏份油、石蜡、润滑油的加氢精制、蜡油的加氢裂化和大部分的渣油加氢处理上。裂化和大部分的渣油加氢处理上。滴流床反应器滴流床反应器影响滴流床加氢效果的因素较多，在工程设影响滴流床

4、加氢效果的因素较多，在工程设计上，通常应考虑以下几个方面的影响：计上，通常应考虑以下几个方面的影响：气、液相的流体流动状态；气、液相的流体流动状态；液体的径向分布；液体的径向分布；床层压力降。床层压力降。滴流床反应器滴流床反应器径向反应器也是一种固定床反应器，其作用是：径向反应器也是一种固定床反应器，其作用是：利用扇形筒将反应物流沿催化剂床层轴向均利用扇形筒将反应物流沿催化剂床层轴向均匀地分布，并径向通过催化剂床层。匀地分布，并径向通过催化剂床层。径向反应器的最大优点是：径向反应器的最大优点是：能大幅度地降低压降，从而允许采用颗粒小、能大幅度地降低压降，从而允许采用颗粒小、活性高的催化剂。活性

5、高的催化剂。降低能耗。降低能耗。径向反应器径向反应器径向反应器径向反应器特点：为绝热、活塞流通过催化剂床层，产品转化率随径向历程增加，温度逐渐下降（吸热反应）或增高（放热反应）。目前，径向反应器已大量应用到催化重整、异构化等石油化工领域。在径向反应器的设计上，主要考虑：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。固定床滴流反应器的流体流动特征固定床滴流反应器的流体流动特征流体流动的形态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，将呈现出床层时，随着气、液流速的不同，将呈现出不同的流动区域

6、，一般可分为四种区域：不同的流动区域，一般可分为四种区域：滴流区域滴流区域脉冲区域脉冲区域喷洒区域喷洒区域鼓泡区域鼓泡区域流体分布的考察流体分布的考察床层入口的均匀性分布：床层入口的均匀性分布：床层入口处的均匀性分布是初始分布，是关床层入口处的均匀性分布是初始分布，是关键，它直接影响到床层中部和出口处的分布键，它直接影响到床层中部和出口处的分布效果。效果。在床层入口，无论是轴向分布还是径向分布，在床层入口，无论是轴向分布还是径向分布，都取决于气、液分布器。都取决于气、液分布器。因此，采用入口高效分布器是任何一个因此，采用入口高效分布器是任何一个滴流床反应器设计都追求的。滴流床反应器设计都追求的

7、。流体分布的考察流体分布的考察床层间的均匀性分布：床层间的均匀性分布：床层间的流体轴向分布是以某一轴向催化剂床床层间的流体轴向分布是以某一轴向催化剂床层各径向微元面积上流通量大小的均匀性来考层各径向微元面积上流通量大小的均匀性来考察的；察的；如果各微元面积上流体流通量大小相等或基本如果各微元面积上流体流通量大小相等或基本相等，则认为流体的轴向分布和径向分布较好。相等，则认为流体的轴向分布和径向分布较好。影响床层中间流体分布的主要因素为催化剂的影响床层中间流体分布的主要因素为催化剂的孔隙率分布的均匀性以及污垢堵塞情况。而催孔隙率分布的均匀性以及污垢堵塞情况。而催化剂孔隙率分布的均匀性则又是由催化

8、剂装填化剂孔隙率分布的均匀性则又是由催化剂装填和颗粒大小、形状决定的。和颗粒大小、形状决定的。床层出口的均匀性分布床层出口的均匀性分布催化剂床层出口流体分布的均匀性主要催化剂床层出口流体分布的均匀性主要取决于床层中间流体的分布效果。避免取决于床层中间流体的分布效果。避免了床层间的流体分布不均，在床层出口了床层间的流体分布不均，在床层出口一般也可获得好的流体分布。一般也可获得好的流体分布。在工业应用上，到反应器最后一个床层，在工业应用上，到反应器最后一个床层，为了节省反应器体积，通常在反应器下为了节省反应器体积，通常在反应器下封头的上部也装入少量催化剂，由于流封头的上部也装入少量催化剂，由于流体

9、的体的“收口收口”效应，其流体的分布也会效应，其流体的分布也会有较大的变化。有较大的变化。边壁效应对流体均匀性分布的影响边壁效应对流体均匀性分布的影响在工业反应器上，由于反应器的直径在工业反应器上，由于反应器的直径D与催化与催化剂的直径剂的直径DP之比远大于之比远大于1825，故边壁效应一，故边壁效应一般是可以忽略不计的。般是可以忽略不计的。试验室小试因试验室小试因D/DP较小的缘故，影响就较大，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。的一个重要原因。滴流床反应器的轴向返混也是存在的。但根据滴流床反应器的轴向返混也

10、是存在的。但根据Mears的研究，当催化剂床层高度的研究，当催化剂床层高度H与催化剂颗与催化剂颗粒直径粒直径DP之比大于之比大于350时，轴向返混可以忽略时，轴向返混可以忽略不计。不计。筒体及内构件筒体及内构件的材料选择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作条件、介质的腐蚀性和材料的经济性等综合因素而定。素而定。处于高温临氢工况下的压力容器选材时，还要考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：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；应力腐蚀

11、断裂；蠕变应变达到不允许的程度；蠕变应变达到不允许的程度；脱炭；脱炭；氢侵蚀；氢侵蚀；停工期间损坏。停工期间损坏。筒体及内构件筒体及内构件的材料选择的材料选择氢腐蚀是在高温高压下，侵入并扩散在钢中的氢与固溶碳氢腐蚀是在高温高压下，侵入并扩散在钢中的氢与固溶碳或碳化物反应，使晶界及非金属夹杂物的周围产生裂纹的或碳化物反应，使晶界及非金属夹杂物的周围产生裂纹的现象。现象。氢原子可以在钢的结晶格子内部移动，而与碳反应生成的氢原子可以在钢的结晶格子内部移动，而与碳反应生成的甲烷分子是不能从钢中逸出的。因此，该甲烷以晶界及其甲烷分子是不能从钢中逸出的。因此，该甲烷以晶界及其附近的空隙、杂质、不连续部分为

12、起点积聚，形成甲烷空附近的空隙、杂质、不连续部分为起点积聚，形成甲烷空隙，在空隙内压力上升的同时，形成微小缝隙。从这一阶隙，在空隙内压力上升的同时，形成微小缝隙。从这一阶段开始，钢材的强度、延性显著降低，随后变成称之为较段开始，钢材的强度、延性显著降低，随后变成称之为较大缝隙、裂纹、鼓泡、剥离的钢材损伤。大缝隙、裂纹、鼓泡、剥离的钢材损伤。但是，从氢与碳化物反应到材料强度显著降低，是需要经但是，从氢与碳化物反应到材料强度显著降低，是需要经过一段时间（潜伏期）的。目前，用现代技术很难在这个过一段时间（潜伏期）的。目前，用现代技术很难在这个潜伏期间内发现氢腐蚀征兆。潜伏期间内发现氢腐蚀征兆。筒体及

13、内构件筒体及内构件的材料选择的材料选择临氢操作的压力容器应按临氢操作的压力容器应按API RP941中的纳尔逊曲线中的纳尔逊曲线（Nelson）来选择合适的材料。来选择合适的材料。它表示了钢材在临氢条件下的使用界限（包括一部分潜伏它表示了钢材在临氢条件下的使用界限（包括一部分潜伏期）。该曲线是总结了实际装置中由于高温高压临氢所引期）。该曲线是总结了实际装置中由于高温高压临氢所引起的事故，经过成功和失败实际使用经验以及实验室试验起的事故，经过成功和失败实际使用经验以及实验室试验数据的统计绘制的。数据的统计绘制的。该曲线一般每五年更新一次，是目前设计和使用单位为加该曲线一般每五年更新一次，是目前设

14、计和使用单位为加氢设备选择材料的基础。氢设备选择材料的基础。器壁形式器壁形式加氢反应器按其结构特征可分为：冷壁反应器和热壁反应加氢反应器按其结构特征可分为：冷壁反应器和热壁反应器。冷壁反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些并器。冷壁反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些并在隔热层内衬不锈钢套。由于有内隔热层，可使反应器的在隔热层内衬不锈钢套。由于有内隔热层，可使反应器的设计壁温降至设计壁温降至300以下，因而就可以选用以下，因而就可以选用15CrMoR 或碳或碳钢，内壁也不用堆焊不锈钢了。钢，内壁也不用堆焊不锈钢了。冷壁反应器内的非金属隔热层在介质的冲刷下，或在温度冷壁反应器内的非金属隔热

15、层在介质的冲刷下，或在温度的变化中易损坏，操作一段时间可能就需要修理或更换，的变化中易损坏，操作一段时间可能就需要修理或更换，且施工和修理费用较高。如果在操作时衬里脱落，衬里脱且施工和修理费用较高。如果在操作时衬里脱落，衬里脱落处及其附近的反应器器壁就会超过设计温度，从反应器落处及其附近的反应器器壁就会超过设计温度，从反应器外部看，该处的变色漆就会变色。由此造成了反应器的不外部看，该处的变色漆就会变色。由此造成了反应器的不安全隐患，严重时甚至造成装置的被迫停车安全隐患，严重时甚至造成装置的被迫停车器壁形式器壁形式热壁加氢反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作热壁加氢反应器的器壁直接与介质接

16、触，器壁温度与操作温度（温度（420左右）基本一致。所以被称为热壁反应器。左右）基本一致。所以被称为热壁反应器。虽然热壁加氢反应器的制造难度较大，一次性投资较高，虽然热壁加氢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但它可以保证长周期安全运行，目前已在国际上普遍采用我国是在八十年代末第一重型机械集团公司抓住齐鲁石化我国是在八十年代末第一重型机械集团公司抓住齐鲁石化公司渣油加氢项目的机遇，在国外厂商的协助下，以反承公司渣油加氢项目的机遇，在国外厂商的协助下，以反承包的形式制造了我国第一台热壁加氢反应器。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。壁加氢反应器的技术日臻成熟，国产化率逐年提高。锻焊和板焊式锻焊和板焊式鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在120mm以内以内时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。以这种