固定床加氫反應(yīng)器分配器

1、中國石油大學(xué)（華東）信息檢索與網(wǎng)絡(luò)資源利用結(jié)課作業(yè)固定床加氫反應(yīng)器分配器的研究進(jìn)展姓名：學(xué)號：1303010701班級：化學(xué)工程與工藝1307班主講老師：2014年9月1日摘要本文利用自行設(shè)計(jì)的“ 同步、多點(diǎn)、三維測液實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”對美國Union Oil及法國Technip等公司的分配器進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究, 分析了其流體力學(xué)特性及其因素與工作特性間的關(guān)系, 為各類分配器的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件. 同時(shí), 提出了改進(jìn)分配鈴綜合工作特性的有效途徑, 開發(fā)出性能優(yōu)趁的新型分配器, 用于生產(chǎn)實(shí)踐取得了夜好的效果。敘述了撫順石油化工研究院（FRIPP）開發(fā)的固定床加氫內(nèi)構(gòu)件，噴嘴式分配器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并

2、且在國內(nèi)應(yīng)用的效果。該內(nèi)構(gòu)件技術(shù)能保證直徑3 400 mm柴油加氫反應(yīng)器的徑向溫差小于2 。關(guān)鍵詞: 固定床加氫內(nèi)構(gòu)件 分配器 反應(yīng)器 實(shí)驗(yàn)AbstractIn 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 system

3、atic 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,

4、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 no

5、zzle 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 .目錄引言（4）第一章 固定床加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的開發(fā)與應(yīng)用（5）1.分配器類型及其特點(diǎn)（5）2.反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的工業(yè)應(yīng)用（6）第二章 加氫反應(yīng)器分配器的實(shí)驗(yàn)研究（7）1.典型分配器的實(shí)驗(yàn)分析.（7）2.新

6、型高效分配器的開發(fā)研究（8）第三章 新型固定床加氫反應(yīng)器分配器的研究與應(yīng)用（9）結(jié)束語（10）參考文獻(xiàn)（11）引言在目前廣泛采用的氣液雙相進(jìn)料、固定床催化加氫反應(yīng)器中, 原料油與氫按一定比例混合后, 經(jīng)入口擴(kuò)散器初步分配及床層分配器的進(jìn)一步分配, 在高溫、高壓下借助催化劑的作用完成裂化、烯烴飽和、脫硫等反應(yīng)。在這一過程中, 反應(yīng)器的分配器起著十分重要的作用: 將與氫混合的原料油均勻地噴灑到催化劑床表面以充分發(fā)揮整個床層的催化作用, 從而保證反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量和收率。為適應(yīng)我國石化工業(yè)發(fā)展的需求, 提高加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)水平, 我們自七十年代末就開始對加氫反應(yīng)器分配內(nèi)件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和開發(fā), 建立了同

7、步、多點(diǎn)、三維測液試驗(yàn)系統(tǒng), 進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究, 開發(fā)出性能優(yōu)越的新型分配器, 用于生產(chǎn)實(shí)踐取得了良好效果。幾年來, 我們先后對美國Union Oil. Chevron .Mobil法國Technip等公司的分配器進(jìn)行了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究, 分析了其流體力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)因素與工作特性間的關(guān)聯(lián)情況等, 為各類型分配器的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件, 同時(shí)也探索了改進(jìn)分配器綜合工作性能的有效途徑。第一章 固定床加氫反應(yīng)器分配器的開發(fā)與應(yīng)用加氫工藝技術(shù)水平的高低，主要取決于催化 劑性能的先進(jìn)性，而催化劑性能的充分發(fā)揮 ，則在很大程度上取決于反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性和合理性。設(shè)計(jì)合理的加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件應(yīng) 具有如下 功

8、能和特點(diǎn)：反應(yīng)物流混合充分，催化劑床層溫度分布均勻；壓力降小，占用反應(yīng)器空間小，裝卸催化劑方便，檢修檢測方便，操作安全和投資低。隨著加氫裝置 的大型化及加氫設(shè)備制造能力的提高，反應(yīng)器直徑的不斷增大，對反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的反 應(yīng)物流分配效果要求越來越高。如果反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理，分配效果差，會造成催化劑床層徑 向溫差大，催化劑利用率降低 ，甚至造成反應(yīng)產(chǎn)物質(zhì)量達(dá)不到要求。因此國內(nèi)外對加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的研究和工程開發(fā)一直非常重視，許多工程公 司都開發(fā)了自己的成套技術(shù)。洛陽石油化工工程公司(LPEC)多年來 一直致力于加氫工程技術(shù) 的開發(fā)，并將開發(fā)出的多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。1、分配器28類型

9、及其特點(diǎn)11氣液分配盤31它的主要作用是將氣液兩相物流混合，并均勻地分散到催化劑床層，使催化劑床層溫度分布均勻，充分發(fā)揮催化劑的效能表 2 國 內(nèi)外氣渣分配盤的主要型式分配盤型式說明平塔盤式 因只能上裝下卸，很難大型化斜塔盤式 結(jié)構(gòu)略復(fù)雜長短管 結(jié)構(gòu)簡單，分配效果適中 長短管帶溢流盒 比長短管分配效果略好斜口管 分配效果有所改善 v形缺口盒 液面愈高愈有利于穩(wěn)定操作 泡帽式分配效果良好，制造安裝要求高2 反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的工業(yè)應(yīng)用28LPEC在多年的加氫工程技術(shù) 的研究和開發(fā)過程中，開發(fā)出自己的反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件技術(shù)并已成功應(yīng)用于數(shù)十套加氫裂化和加氫精制裝置，經(jīng)多年的工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)表明其應(yīng)用效果普遍良好，滿足

10、了加氫裝置生產(chǎn)要求。尤其是近幾年來隨著裝置規(guī)模的不斷增大，LPEC在設(shè)備大型化方面也在不斷進(jìn)行技術(shù)開發(fā)工作。下面給出LPEC開發(fā) 的反應(yīng) 器內(nèi)構(gòu)件在目前國內(nèi)規(guī)模最大的加氫精制裝置和渣油加氫脫硫裝置上的工業(yè)應(yīng)用實(shí)例。目前，兩 套裝置第一周期均已運(yùn)行了一年半多的時(shí)間，其反應(yīng)器直徑在國內(nèi)已投產(chǎn)的同類裝置中均為最大。加氫精制裝置反應(yīng)器內(nèi)徑為3 800m反應(yīng)器主要操作條件見表4表4 加氫精制反應(yīng)器操作條件加工原料(直餾柴油：催化裂化柴油)進(jìn)料量t-h反應(yīng)器人口壓力Mpa空速氣油體積比催化劑健化劑床層高度m1床層2床層7.32005020300FH-542639第二章 加氫反應(yīng)器分配器的實(shí)驗(yàn)研究一、典型分

11、配器的實(shí)驗(yàn)分析根據(jù)分配器的工作機(jī)理,大致可分為“抽吸型”與“溢流型”?，F(xiàn)將具有代表性 的兩種分配器實(shí)驗(yàn)分析介紹如下。1.Union oil分配器為分析確定分配器主要流道參數(shù)對分配器工作特性的影響及其規(guī)律性以探索其流道參數(shù)的設(shè)計(jì)原則及優(yōu)化的可能性 , 共設(shè)計(jì)22種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?.Technip分配器 從結(jié)構(gòu)上講 ,這種分配器比U.O型28稍顯簡單，其可變的結(jié)構(gòu)參數(shù)相對少些,在我們設(shè)計(jì)的模型.主要是分析了下列參數(shù)對特性影響情況:中心管溢流孔孔徑、孔數(shù)、中心管高度及孔的高度、頂部缺形等。分析表明 ,Technip型29分配器的工界機(jī)理完全下不同于U O型。這種分配器在進(jìn)入正常分配狀況時(shí),氣相經(jīng)由中心

12、管頂部斜口流入,液相則從中心管下端均布的小孔中流入,兩者在中心管末端強(qiáng)烈碰撞,液相被吹散呈細(xì)小液滴后隨即從出口噴出、擴(kuò)散。液相的分配動能是由液面位能和氣相壓差兩項(xiàng)轉(zhuǎn)換而來的,氣相剛進(jìn)入中心管時(shí)有一段 是均勻地充滿全管,不受液相的干擾,隨之與液相交換能量后噴出。圖7所示為Technip型分配器的工作特性曲線,由圖可知,除小液量低氣速時(shí)分配曲線呈雙駝峰形外,其余均近似單峰正態(tài)分布,當(dāng)液相負(fù)荷過低或氣相流速過高時(shí),分配 趨于惡化。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知Technip中 型分配器最佳氣速區(qū)為1520m/s 。適宜的液相負(fù)荷范圍大約為0.22.5m3/h。比較突出的是這種分 配器壓降相對較小,在最佳氣速區(qū)及液相

13、負(fù)荷小于15x9.807pa。二 、新型高效分配器的開發(fā)研究鑒于U.O分配器有突出的宏觀分配性能,使其在生產(chǎn)實(shí)踐中有重要意義。我們充分發(fā)揚(yáng)和運(yùn)用這種優(yōu)異的抽吸機(jī)制,解決“抽吸型”結(jié)構(gòu)不可避免的中心集流現(xiàn)象帶來的局部分配性較差的問題。我們曾試圖在中心管上部設(shè)置“防匯流體”,以防止液流向中心部位集中,并在中心管下部開溢流孔,以減少液相垂直下降距離。但未取得 預(yù)期效果,主要原因是氣相的沖擊力及液相的表面張力未得到有效的克服和引導(dǎo),后來我們按照流體力學(xué)規(guī)則,在中心管出口處設(shè)置不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的“碎流”裝置,主要參數(shù)的選擇依據(jù)為:d=d2。高度H根據(jù)流體通過所需的流通截面積計(jì)算。大量實(shí)驗(yàn)證明,這是一種十分

14、有效的改善局部分配特性的結(jié)構(gòu)。以此為基礎(chǔ)研制的CZ型分配器在同一 實(shí)驗(yàn)條件下液相分布曲線峰值q只有U.0原型分配器的14-18,并在整個氣速 范圍內(nèi)均能保持均勻分配。CZ型分配器 在蘭州煉廠、荊門煉廠、東煉、撫順石油一廠、廣州.石化總廠，金陵石化公司、大連石油七廠的加氫反應(yīng)器中推廣使用,獲得良好效益。蘭煉潤滑物加氫反應(yīng)器原的床層截面溫差38C，平均溫差=17.036;用EZ型分配器改造其分配系統(tǒng)后,床層 溫差顯著改善。為了適應(yīng)不同操作條件對分配器工作性能的要求,進(jìn)一步提高分配器的設(shè)計(jì)水平,日前我們與石 化總公司洛陽設(shè)計(jì)院和設(shè)備所合作,在已有成果的基礎(chǔ)上,擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究范圍,進(jìn)一步探索改善分配器綜

15、合工作性能的實(shí)驗(yàn)表明 , 中心管改為擴(kuò)口型,中心管上部開設(shè)導(dǎo)流槽以及采用錐形泡罩等措施均有利于改善分配器了作性能,使單個分配器分配半徑明顯增大,分配更趨均勻,壓降特性也明顯改善。第三章 新型固定床加氫反應(yīng)器分配器的研究與應(yīng)用噴嘴式分配器氣液分配器的功能是將氣液兩相原料進(jìn)行分配、混合、并均勻地噴灑到催化劑床層表面，改善液相在催化劑床層的流動狀態(tài)。在催化劑床層中反應(yīng)液體的分配不均勻會導(dǎo)致床層的局部過熱和催化劑的結(jié)焦。加氫過程為放熱反應(yīng)，液體在催化劑床層中分布較多的區(qū)域，會導(dǎo)致催化劑潤濕效果好的部位反應(yīng)程度劇烈，生成熱量較多；催化劑區(qū)域溫度越高，反應(yīng)速率越快，兩者效果疊加會形成過熱點(diǎn)，使這部分催化劑

16、性能過早失活，損害催化劑的性能，甚至?xí)?dǎo)致催化劑部分區(qū)域的結(jié)焦、板結(jié)，其下方催化劑失去作用，從而大大降低催化劑的使用壽命與裝置的開工周期。因此，在固定床加氫反應(yīng)器中氣液分配器的作用十分重要。目前的加氫工業(yè)裝置上使用的氣液分配器為基于抽吸原理的聯(lián)合油型泡帽分配器，其主要結(jié)構(gòu)由泡帽、中心管、定位板構(gòu)成，泡帽下部開有多條平行于母線的齒縫，中心管下端與分配盤相連，中心管上端與泡帽之間留有頂隙,頂隙和中心管內(nèi)腔組成了一條變截面的曲折氣液通道。聯(lián)合油型泡帽式分配器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、占用空間大、分配性能有限。因此，F(xiàn)RIPP 設(shè)計(jì)開發(fā)了新型的噴嘴式分配器。噴嘴式分配器主體結(jié)構(gòu)由垂直管、濺板構(gòu)成。垂直管上

17、設(shè)有管帽，管帽與垂直管之間為氣相進(jìn)入空間，垂直管上還設(shè)有圓形降液管，圓形降液管共設(shè)置4 個，分兩層對稱分布，垂直管下端與分配盤相連、垂直管底部連接連接有濺板，濺板為“W”形。工作時(shí)，當(dāng)塔盤上的液面上升到垂直管上開設(shè)的圓形降液管時(shí)，液體從降液管成股沿水平方向進(jìn)入垂直管內(nèi)，由于圓孔降液管延伸至管中心位置，液流會呈拋物線狀遠(yuǎn)離管壁，并且在垂直管中心位置匯集，在位能作用下墜落在底部濺板上，利用濺板結(jié)構(gòu)形狀，使液相在“W”型濺板撞擊作用下形成噴濺。而氣相自分配器管帽與垂直管之間進(jìn)入垂直管，因流通面積減小而實(shí)現(xiàn)氣相提速，從垂直管與濺板環(huán)隙向外吹，與噴濺角度垂直的液相相撞，實(shí)現(xiàn)液相碎流，從而達(dá)到液相分散的目

18、的。與泡帽式分配器相比，噴嘴式分配器具有尺寸小、安裝空間小、可設(shè)置數(shù)量多、占有反應(yīng)器空間小、反應(yīng)物料分配效果好、壓降小的特點(diǎn)。結(jié)束語FRIPP開發(fā)的新型加氫分配器同老式的內(nèi)構(gòu)件技術(shù)相比，具有對物料分配效果好、床層壓力降上升緩慢、結(jié)構(gòu)簡單、占有反應(yīng)器空間小的特點(diǎn)，可以滿足加氫裝置不斷提高的要求，實(shí)現(xiàn)清潔燃料油的生產(chǎn)。FRIPP也將對加氫內(nèi)構(gòu)件提出更高的要求，不斷開發(fā)出滿足加氫技術(shù)發(fā)展的新型內(nèi)構(gòu)件，推動我國煉油事業(yè)不斷發(fā)展。參考文獻(xiàn)1方向晨.國內(nèi)外渣油加氫處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及分析J.化工進(jìn)展,2011,30(1):95-104.2邊鋼月,張福琴.渣油加氫技術(shù)進(jìn)展J.石油科技論壇,2010,6:13-

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