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。