CN1915482A - 加氢反应器无壁流工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加氢反应器无壁流工艺及其装置。他解决了反应器的“壁流”问题，提高反应收益率。它是在加氢反应器内安装圆锥形壁流折流盘，壁流折流盘安装的竖向位置以折流筒的上表面为准，一般设在每个催化剂床层的上部1/4～1/5处，折流盘的主轴线与反应器主轴线重合。壁流折流盘(1)的径向尺寸约为反应器内径的3％～7％，半锥顶角可设为35°～60°。圆锥形环盘通过固定调整机构上的连接板固定在折流筒上，在折流筒的外侧设置密封结构，固定调整机构将圆锥形环盘、折流筒固定在反应器的内壁上，密封结构实现折流筒与加氢反应器器壁的密封。本发明消除边壁效应对流体均匀性分布的影响，提高反应强度，从而获得更高的收益率。

Description

加氢反应器无壁流工艺及其装置

技术领域：

本发明涉及石油化工等装置中各类加氢反应器的技术领域，确切地说是一种加氢反应器无壁流工艺及其装置。同时也适用其它类似工况的反应设备，是对原加氢反应器结构的改进，达到提高反应收益率的作用。

背景技术：

反应器是完成两种或两种以上介质化学反应过程的设备，是石油化工等装置中的核心设备。通常情况下，反应器中的气体和液体等反应物，以流动的状态穿过固定不动的催化剂床层来完成反应过程，并且气液两相对流流动，催化剂静止不动。反应介质的均匀流动，是保证反应充分和完全的关键，也是衡量反应器性能的重要指标。因此，改善介质的均匀流动致关重要。

目前，反应器的内部结构主要由入口扩散器、顶部分配盘、去垢蓝、冷氢箱、再分配盘、出口收集器等组成。其中入口扩散器、顶部分配盘、再分配盘是改善介质均匀流动和分布的重要内件。

入口扩散器是介质进入反应器遇到的第一个部件。其作用是将进来的介质扩散到反应器的整个截面上，一方面消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击，另一方面为分配盘的稳定工作创造条件，通过扰动促使气液两相混合。

顶部分配盘及再分配盘安装在催化剂床层上面，其作用是为了均布反应介质，改善其流动状况，实现与催化剂的良好接触，进而达到径向和轴向均匀分布的目的。

去垢篮设置在加氢反应器的顶部催化剂床层上，与床层上的瓷球一起对进入反应器的介质进行过滤。去垢篮一般均匀地布置在床层上表面，其周围充填适量的大颗粒瓷球，以增加透气性，但近年的研究证明，反应器顶部设置去垢篮后会影响床层的气、液相分布，亦即影响介质的均匀流动与分布。目前，国内外反应器的设计一般取消去垢篮，以减少投资并改善床层的径向温度分布。

另外的冷氢箱、出口收集器等内件，对介质的均匀流动与分布影响不大。

近年来，国内外对加氢反应器的研究主要集中在开发新型内构件上。旨在增加反应器内催化剂的有效装填空间和强化气液分配效果，以防止沟流、催化剂结焦等不利影响。在反应器内件选择和设计上的失误不仅要丧失反应器的内部空间，而且还会影响催化剂的使用效率和寿命。

以上入口扩散器、顶部分配盘、再分配盘等内件较好地解决了反应器内部气液流动和分配，但“边壁效应”对流体均匀性分布的影响还没有引起人们的足够重视。即在正常操作时，会出现液相和凝液沿反应器内壁向下的流动(简称“壁流”)现象，这种壁流现象对反应收益率会产生很大的负面影响。我们针对一些在用反应器运行情况和存在的实际问题，研究开发设计了新的反应器内件——“壁流折流盘”，对流体产生“收口”效应，成功地解决了反应器的“壁流”问题。本次发明的这一技术能进一步提高反应器内的介质均匀流动性，从而提高反应收益率。

发明内容：

本发明的目的是提供一种加氢反应器无壁流工艺及其装置。主要是通过“壁流折流盘”来解决反应过程中的“壁流”问题的，对流体产生“收口”效应，成功地解决了反应器的“壁流”问题。进一步提高反应器内的介质均匀流动性，从而提高反应收益率。

本技术包含两部分内容：一是壁流折流盘工艺技术；二是壁流折流盘结构技术。

1.壁流折流盘工艺技术

壁流折流盘工艺技术是本发明的中心技术，而圆锥形的环盘是本技术的关键部件。环盘的作用有两个：一是导流的作用；一是折流的作用。导流的作用是将器壁附近至上而下的液相流或气液对流产生的凝液导向反应器的中心部位；折流的作用是将器壁附近至下而上的气相流折向反应器的中心部位。这一导一折的最终结果是为了增加了气液对流的均匀性，提高反应强度，从而获得更高的反应收益率。壁流折流盘工艺技术要点是通过计算确定圆锥形环盘的径向宽度和锥角。

壁流折流盘工艺计算包括以下重点要素：

a)通过对反应器的工艺计算(由工艺专业提出)，确定反应氢分压、反应温度等反应操作条件；

b)根据床层的操作特性，确定床层内部介质的流动特性，如：气液两相的比例、对流形态等；

c)分析判断液相壁流产生的部位和量的多少，确定壁流折流盘安装的竖向位置；

d)液相流的多少、气液两相的比例、流速、对流形态等是决定折流盘径向尺寸和锥顶角的主要参数。

根据工程设计经验，一般情况下可按如下的方法进行设计：

在液相流的质量流率大于气相流、而且气液两相流速都较小，亦即液相流ρv²＜300kg/(m.s²)，气相流ρv²＜1000kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸约为反应器内径的3％～7％，半锥顶角可设为45°～60°；当气相、液相流速都相对较大，亦即气相流ρv²＞1000kg/(m.s²)，液相流ρv²＞300kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸宜为反应器内径的2％～5％，半锥顶角在30°～45°之间；当气相流质量流率大于液相流，且气相流ρv²＞1000kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸宜为反应器内径的2％～5％，半锥顶角应为45°～55°。

其中：ρ—流体密度，kg/m³；v—流体流速，m/s。

壁流折流盘安装的竖向位置一般设在催化剂床层的上部1/4～1/5处(以折流筒的上表面为准)。

2.壁流折流盘结构技术

壁流折流盘在结构上主要由圆锥形环盘、折流筒、密封结构和固定调整机构四部分组成。壁流折流盘各部件之间的联接和总体安装如下：圆锥形环盘通过连接板固定在折流筒上，在折流筒的外侧设置密封结构和固定调整机构；固定调整机构将圆锥形环盘、折流筒固定在反应器的内壁上；密封结构实现折流筒与器壁的密封。

安装时，折流盘的主轴线与反应器主轴线重合，即环盘的圆锥形母线与反应器内壁沿铅垂方向成一定的角度，这个角度要根据上面计算得出的锥顶角大小而定。

本发明的优点如下：

1.壁流折流盘工艺技术的优点

壁流折流盘工艺的技术关键是通过壁流折流盘中的环盘，将器壁附近至上而下的液相流、或气液对流产生的凝液导向反应器的中心部位，同时将器壁附近至下而上的气相流折向反应器的中心部位。这样可增加气液对流的均匀性，消除边壁效应对流体均匀性分布的影响，提高反应强度，从而获得更高的收益率。一般可提高反应收益率5％～10％左右。

2.壁流折流盘结构技术的优点

壁流折流盘在结构设计上除了要满足折流盘工艺操作要求外，还要解决高温条件下的密封和固定问题。本发明的密封结构及密封材料结构简单、密封性能好，能适应450℃以下的高温环境，而且安装方便。在固定结构的设计上，采用的是可随温度变化的分体式自动调节机构，可以适应0～450℃这样较大的温度变化。

另外，本固定调整机构无需在反应器内壁设置任何支撑件或连接件，保持了内壁的完整和光滑，特别是对带有堆焊衬里的反应器无任何的损伤。

附图说明：

图1为本发明加氢反应器无壁流装置的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式：

实施例1

“20万吨/年催化裂化汽油加氢改质装置”的两台反应器的应用。两台反应器的设计参数如下：

一段反应器：操作压力2.55MPa，操作温度430℃，介质汽油、氢气，规格尺寸φ1400×19190×34。

二段反应器：操作压力2.65MPa，操作温度430℃，介质汽油、氢气，规格尺寸φ2400×16450×54。

具体设计步骤如下：

根据以上参数，由工艺专业的反应计算得出，这两台反应器操作时气液两相的流动特性基本相同，液相流的质量流率都大于气相流、而且催化剂每个床层间的气液两相流速较小，其中液相流ρv²＝210～260kg/(m.s²)，气相流ρv²＝650～780kg/(m.s²)，根据前述折流盘的径向尺寸的确定方法，确定折流盘的径向尺寸：一段反应器折流盘的宽度为46mm，为内径的3.3％，半锥顶角取为45°(考虑中段有时定期注入冷氢，会产生气相流短时波动)；二段反应器折流盘的宽度为56mm，为内径的2.3％，半锥顶角也是45°。上述折流盘的径向尺寸和半锥顶角的角度是一个可在一定范围内变化的数据。不同产量的催化裂化汽油加氢改质装置的反应器的折流盘的径向尺寸和半锥顶角的角度均可参照上述的设计方法确定。

壁流折流盘安装的竖向位置：一段反应器设在距催化剂床层的上表面1000mm处；二段反应器设在距催化剂床层的上表面1500mm处。

本发明中壁流折流盘(1)是由密封结构(2)、调整机构(3)、圆锥形环盘(4)、固定机构(5)、折流筒(6)组成，圆锥形环盘(4)通过固定机构(5)和调整机构(3)上的连接板固定在折流筒(6)上，在折流筒(6)的外侧设置密封结构(2)，调整机构(3)和固定机构(5)将圆锥形环盘、折流筒固定在反应器的内壁上，密封结构(2)实现折流筒与加氢反应器(7)器壁的密封。

密封结构属于填料式密封，密封材料可采用耐油、耐高温的石棉、石墨填料等。

固定调整机构是将分块的壁流折流盘联成一个整体的环盘，并将这个环盘固定在反应器内壁上，分为固定机构(5)和调整机构(3)，固定机构是在每块折流盘的端部设了联接支耳，用普通螺栓穿过支耳上的螺栓孔可将两块折流盘联成一体；调整机构是在壁流折流盘分块的结合部上设置一套或两套调整机构，作用是使折流盘的整体产生一个向外的张力，并通过密封填料与反应器内壁紧密结合，调整机构的主要原件是双向调整杆，它的一端带左旋螺纹，另一端带右旋螺纹，中间是六角台肩；调整杆两端的螺纹杆与分块折流盘上联接支耳的螺纹孔相配合。操作时用扳手卡紧六角台肩并转动来实现调整过程。

壁流折流盘在一般机械加工厂均可生产。备齐零部件后，参照附图和上述安装过程即可安装。

Claims (6)

1、加氢反应器无壁流装置，其特征在于：在加氢反应器(7)内安装圆锥形壁流折流盘(1)，壁流折流盘(1)安装的竖向位置以折流筒的上表面为准，一般设在每个催化剂床层的上部1/4～1/5处，折流盘(1)的主轴线与反应器主轴线重合，壁流折流盘(1)的径向尺寸约为反应器内径的3％～7％，半锥顶角可设为35°～60°。

2根据权利要求1所述的加氢反应器无壁流装置，其特征在于：壁流折流盘(1)是由密封结构(2)、调整机构(3)、圆锥形环盘(4)、固定机构(5)、折流筒(6)组成，圆锥形环盘(4)通过固定机构(5)和调整机构(3)上的连接板固定在折流筒(6)上，在折流筒(6)的外侧设置密封结构(2)，调整机构(3)和固定机构(5)将圆锥形环盘、折流筒固定在反应器的内壁上，密封结构(2)实现折流筒与加氢反应器(7)器壁的密封。

3、根据权利要求2所述的加氢反应器无壁流装置，其特征在于：密封结构属于填料式密封，密封材料可采用耐油、耐高温的石棉、石墨填料等。

4、根据权利要求2所述的加氢反应器无壁流装置，其特征在于：固定调整机构是将分块的壁流折流盘联成一个整体的环盘，并将这个环盘固定在反应器内壁上，分为固定机构(5)和调整机构(3)，固定机构是在每块折流盘的端部设了联接支耳，用普通螺栓穿过支耳上的螺栓孔可将两块折流盘联成一体；调整机构是在壁流折流盘分块的结合部上设置一套或两套调整机构，作用是使折流盘的整体产生一个向外的张力，并通过密封填料与反应器内壁紧密结合，调整机构的主要原件是双向调整杆，它的一端带左旋螺纹，另一端带右旋螺纹，中间是六角台肩；调整杆两端的螺纹杆与分块折流盘上联接支耳的螺纹孔相配合。操作时用扳手卡紧六角台肩并转动来实现调整过程。

5、一种如权利要求1所述的加氢反应器无壁流装置的设计方法，其特征在于：在液相流的质量流率大于气相流、而且气液两相流速都较小，亦即液相流ρv²＜300kg/(m.s²)，气相流ρv²＜1000kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸为反应器内径的3％～7％，半锥顶角可设为45°～60°；当气相、液相流速都相对较大，亦即气相流ρv²＞1000kg/(m.s²)，液相流ρv²＞300kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸宜为反应器内径的2％～5％，半锥顶角在30°～45°之间；当气相流质量流率大于液相流，且气相流ρv²＞1000kg/(m.s²)时，折流盘的径向尺寸宜为反应器内径的2％～5％，半锥顶角应为45°～55°，其中：ρ-流体密度，kg/m³；v-流体流速，m/s。

6、加氢反应器无壁流工艺，其特征在于：在反应器内壁通过壁流折流盘中的圆锥形环盘(4)，将器壁附近至上而下的液相流或气液对流产生的凝液导向反应器的中心部位，同时将器壁附近至下而上的气相流折向反应器的中心部位，增加气液对流的均匀性，消除边壁效应对流体分布均匀性的影响，提高反应强度，获得更高的收益率。

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