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固定床加氢反应器分配器


中国石油大学(华东)

《信息检索与网络资源利用》结课作业

固定床加氢反应器分配器的研究进展

姓名: 学号:1303010701 班级:化学工程与工艺 1307 班 主讲老师:

2014 年 9 月 1 日

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/>摘要
本文利用自行设计的“ 同步、多点、三维测液实验系统”对美国Union Oil 及法国Technip等公司的分配器进行了较为系统的实验研究, 分析了其流体力学 特性及其因素与工作特性间的关系, 为各类分配器的设计创造了条件. 同时, 提出了改进分配铃综合工作特性的有效途径, 开发出性能优趁的新型分配器, 用于生产实践取得了夜好的效果。叙述了抚顺石油化工研究院(FRIPP)开发的 固定床加氢内构件,喷嘴式分配器的结构及工作原理,并且在国内应用的效果。 该内构件技术能保证直径3 400 mm柴油加氢反应器的径向温差小于2 ℃。

关键词: 固定床加氢内构件 分配器 反应器 实验

Abstract
In this paper, self-designed "synchronous, multi-point, three-dimensional measuring liquid experimental system" for the United States and France, Technip Union Oil companies such as distributor conducted a systematic experimental study analyzes its hydrodynamic characteristics and knot work the relationship between the

characteristics for all types of dispensers designed to create the conditions at the same time, an effective way to improve the allocation proposed integrated bell operating characteristics, the development of superior performance to take advantage of the new distributor for production practice has achieved good results night . Describes the Fushun Petrochemical Research Institute (FRIPP) within the fixed bed hydrogenation component development, structure and working principle of the nozzle distributor, and the effect on the domestic application. The inner component technology can guarantee 3 400 mm diameter diesel hydrogenation reactor radial temperature difference of less than 2 ℃.

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目录
引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4) 第一章 固定床加氢反应器内构件的开发与应用. . . . (5)
1.分配器类型及其特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (5) 2.反应器内构件的工业应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6)

第二章 加氢反应器分配器的实验研究. . . . . . . . . . . . . . (7)
1.典型分配器的实验分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..(7) 2.新型高效分配器的开发研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (8)

第三章 新型固定床加氢反应器分配器的研究与应用(9) 结束语. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (10) 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (11)

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引言
在目前广泛采用的气液双相进料、 固定床催化加氢反应器中, 原料油与氢按 一定比例混合后, 经入口扩散器初步分配及床层分配器的进一步分配, 在高温、 高压下借助催化剂的作用完成裂化、烯烃饱和、脱硫等反应。在这一过程中, 反 应器的分配器起着十分重要的作用: 将与氢混合的原料油均匀地喷洒到催化剂 床表面以充分发挥整个床层的催化作用, 从而保证反应产物的质量和收率。 为适 应我国石化工业发展的需求, 提高加氢反应器的设计水平, 我们自七十年代末 就开始对加氢反应器分配内件进行了实验研究和开发, 建立了同步、多点、三维 测液试验系统, 进行了大量实验研究, 开发出性能优越的新型分配器, 用于生 产实践取得了良好效果。几年来, 我们先后对美国Union Oil. Chevron .Mobil 法国Technip等公司的分配器进行了较为系统的实验研究, 分析了其流体力学特 性及结构因素与工作特性间的关联情况等, 为各类型分配器的设计创造了条件, 同时也探索了改进分配器综合工作性能的有效途径。

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第一章

固定床加氢反应器分配器的开发与应用

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、分配器 类型及其特点
1.1 气液分配盘 31 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 表 2 国 内外气渣分配盘的主要型式 分配盘型式 平塔盘式 斜塔盘式 长短管 长短管带溢流盒 斜口管 v 形缺口盒 泡帽式 说明 因只能上装下卸,很难大型化 结构略复杂 结构简单,分配效果适中 比长短管分配效果略好 分配效果有所改善 液面愈高.愈有利于稳定操作 分配效果良好,制造安装要求高

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2 反应器内构件的工业应用 28
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 3 800m.反应器主要操作条件见表 4

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) 进料量/t-h 反应器人口压力/Mpa 空速 气油体积比 催化剂 健化剂床层高度/m 1 床层 2 床层 4.2 6.39 7.3 200 5.0 2.0 300 FH-5

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第二章

加氢反应器分配器的实验研究

一、典型分配器的实验分析
根据分配器的工作机理,大致可分为“抽吸型”与“溢流型” 。现将具有 代表性 的两种分配器实验分析介绍如下。

1.Union oil 分配器
为分析确定分配器主要流道参数对分配器工作特性的影响及其规律性以 探索其流道参数的设计原则及优化的可能性 , 共设计 22 种实验模型。

2.Technip 分配器
从结构上讲 ,这种分配器比 U.O 型
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稍显简单,其可变的结构参数相对

少些,在我们设计的模型.主要是分析了下列参数对特性影响情况:中心管溢流 孔孔径、孔数、中心管高度及孔的高度、顶部缺形等。分析表明 ,Technip 型
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分配器的工界机理完全下不同于 U O 型。这种分配器在进入正常分配状况

时, 气相经由中心 管顶部斜口流入, 液相则从中心管下端均布的小孔中流入 , 两者在中心管末端强烈碰撞,液相被吹散呈细小液滴后随即从出口喷出、扩散。 液相的分配动能是由液面位能和气相压差两项转换而来的 ,气相刚进入中心 管时有一段 是均匀地充满全管,不受液相的干扰,随之与液相交换能量后喷出。 图 7 所示为 Technip 型分配器的工作特性曲线,由图可知,除小液量低气速时分 配曲线呈双驼峰形外,其余均近似单峰正态分布,当液相负荷过低或气相流速 过高时,分配 趋于恶化。从实验结果得知 Technip 中 型分配器最佳气速区为 15~20m/s 。适宜的液相负荷范围大约为 0.2~2.5m3/h。比较突出的是这种分 配器压降相对较小,在最佳气速区及液相负荷小于 15x9.807pa。

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二 、新型高效分配器的开发研究
鉴于 U.O 分配器有突出的宏观分配性能,使其在生产实践中有重要意义。 我们充分发扬和运用这种优异的抽吸机制,解决“抽吸型”结构不可避免的中 心集流现象带来的局部分配性较差的问题。 我们曾试图在中心管上部设置 “防 汇流体”,以防止液流向中心部位集中,并在中心管下部开溢流孔,以减少液相垂 直下降距离。但未取得 预期效果,主要原因是气相的冲击力及液相的表面张 力未得到有效的克服和引导,后来我们按照流体力学规则 ,在中心管出口处设 置不同结构和参数的“碎流”装置 ,主要参数的选择依据为:d=d/2。高度 H 根据流体通过所需的流通截面积计算。大量实验证明,这是一种十分有效的改 善局部分配特性的结构。以此为基础研制的 CZ 型分配器在同一 实验条件下 液相分布曲线峰值 q~只有 U.0 原型分配器的 1/4-1/8,并在整个气速 范围内 均能保持均匀分配。CZ 型分配器 在兰州炼厂、荆门炼厂、东炼、抚顺石油 一厂、广州.石化总厂,金陵石化公司、大连石油七厂的加氢反应器中推广使 用,获得良好效益。兰炼润滑物加氢反应器原的床层截面温差 38C,平均温差 △=17.036℃;用 EZ 型分配器改造其分配系统后,床层 温差显著改善。为了适 应不同操作条件对分配器工作性能的要求,进一步提高分配器的设计水平 ,日 前我们与石 化总公司洛阳设计院和设备所合作,在已有成果的基础上,扩大实 验研究范围,进一步探索改善分配器综合工作性能的实验表明 , 中心管改为 扩口型,中心管上部开设导流槽以及采用锥形泡罩等措施均有利于改善分配 器了作性能,使单个分配器分配半径明显增大 ,分配更趋均匀,压降特性也明显 改善。

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第三章 新型固定床加氢反应器分配器的研究与应用
喷嘴式分配器
气液分配器的功能是将气液两相原料进行分配、混合、并均匀地喷洒到催化 剂床层表面, 改善液相在催化剂床层的流动状态。在催化剂床层中反应液体的分 配不均匀会导致床层的局部过热和催化剂的结焦。 加氢过程为放热反应, 液体在催化剂床层中分布较多的区域,会导致催化剂 润湿效果好的部位反应程度剧烈,生成热量较多;催化剂区域温度越高,反应速 率越快,两者效果叠加会形成过热点,使这部分催化剂性能过早失活,损害催化 剂的性能,甚至会导致催化剂部分区域的结焦、板结,其下方催化剂失去作用, 从而大大降低催化剂的使用寿命与装置的开工周期。因此,在固定床加氢反应器 中气液分配器的作用十分重要。 目前的加氢工业装置上使用的气液分配器为基于抽吸原理的联合油型泡帽 分配器,其主要结构由泡帽、中心管、定位板构成,泡帽下部开有多条平行于母 线的齿缝,中心管下端与分配盘相连,中心管上端与泡帽之间留有顶隙,顶隙和 中心管内腔组成了一条变截面的曲折气液通道。 联合油型泡帽式分配器结构复杂、 加工难度大、 占用空间大、 分配性能有限。 因此, FRIPP 设计开发了新型的喷嘴式分配器。 喷嘴式分配器主体结构由垂直管、 溅板构成。垂直管上设有管帽,管帽与垂直管之间为气相进入空间,垂直管上还 设有圆形降液管,圆形降液管共设置4 个,分两层对称分布,垂直管下端与分配 盘相连、垂直管底部连接连接有溅板,溅板为“W”形。 工作时, 当塔盘上的液面上升到垂直管上开设的圆形降液管时,液体从降液管成 股沿水平方向进入垂直管内, 由于圆孔降液管延伸至管中心位置,液流会呈抛物 线状远离管壁,并且在垂直管中心位置汇集,在位能作用下坠落在底部溅板上, 利用溅板结构形状,使液相在“W”型溅板撞击作用下形成喷溅。而气相自分配 器管帽与垂直管之间进入垂直管,因流通面积减小而实现气相提速,从垂直管与 溅板环隙向外吹,与喷溅角度垂直的液相相撞,实现液相碎流,从而达到液相分 散的目的。与泡帽式分配器相比,喷嘴式分配器具有尺寸小、安装空间小、可设 置数量多、占有反应器空间小、反应物料分配效果好、压降小的特点。

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结束语

FRIPP开发的新型加氢分配器同老式的内构件技术相比, 具有对物料分配效 果好、床层压力降上升缓慢、结构简单、占有反应器空间小的特点,可以满足加 氢装置不断提高的要求,实现清洁燃料油的生产。FRIPP也将对加氢内构件提出 更高的要求, 不断开发出满足加氢技术发展的新型内构件,推动我国炼油事业不 断发展。

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参考文献
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