反应器内构件
反应器(反应釜)的结构和工作原理
反应器（反应釜）的结构和工作原理反应器是一种实现反应过程的设备，用于实现液相单相反应过程和液液、气液、液固、气液固等多相反应过程。
器内常设有搅拌（机械搅拌、气流搅拌等）装置。
在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶。
在反应过程中物料需加热或冷却时，可在反应器壁处设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热。
第一部分：按操作方式分1、间歇釜式反应器或称间歇釜操作灵活，易于适应不同操作条件和产品品种，适用于小批量、多品种、反应时间较长的产品生产。
间歇釜的缺点是：需有装料和卸料等辅助操作，产品质量也不易稳定。
但有些反应过程，如一些发酵反应和聚合反应，实现连续生产尚有困难，至今还采用间歇釜。
间歇操作反应器系将原料按一定配比一次加入反应器，待反应达到一定要求后，一次卸出物料。
连续操作反应器系连续加入原料，连续排出反应产物。
当操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化。
半连续操作反应器也称为半间歇操作反应器，介于上述两者之间，通常是将一种反应物一次加入，然后连续加入另一种反应物。
反应达到一定要求后，停止操作并卸出物料。
间歇反应器的优点是设备简单，同一设备可用于生产多种产品，尤其适合于医药、染料等工业部门小批量、多品种的生产。
另外，间歇反应器中不存在物料的返混，对大多数反应有利。
缺点是需要装卸料、清洗等辅助工序，产品质量不易稳定。
2、连续釜式反应器,或称连续釜可避免间歇釜的缺点，但搅拌作用会造成釜内流体的返混。
在搅拌剧烈、液体粘度较低或平均停留时间较长的场合，釜内物料流型可视作全混流，反应釜相应地称作全混釜。
在要求转化率高或有串联副反应的场合，釜式反应器中的返混现象是不利因素。
此时可采用多釜串联反应器,以减小返混的不利影响，并可分釜控制反应条件。
大规模生产应尽可能采用连续反应器。
连续反应器的优点是产品质量稳定，易于操作控制。
其缺点是连续反应器中都存在程度不同的返混，这对大多数反应皆为不利因素，应通过反应器合理选型和结构设计加以抑制。
反应器
制造加氢反应器的常用材料 制造加氢反应器的常用材料一般为Cr-Mo钢系， 因为这些钢材既具有优良的抗高温氢腐蚀性能， 又有良好的短时和长时高温力学性能。根据不同 的温度和压力，一般都选用 1Cr-0.5Mo； 1.25Cr-0.5Mo； 2.25Cr-1Mo； 2.25Cr-1Mo 0.25V； 3Cr-1Mo 0.25V；
热壁加氢反应器的 主要损伤形式
热壁加氢反应器由于器壁直接与高温、 高压含氢或氢与硫化氢介质接触，操作条 件相当苛刻，可能引起下列损伤： 1）高温氢腐蚀 2）氢脆 3）硫化物应力腐蚀开裂 4）铬-钼钢回火脆性破坏 5）奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离现象
1）高温氢腐蚀 一是表面脱碳。表面产生裂纹，一般影响 很轻； 二是内部脱碳与开裂。它是由于氢侵入扩 散到钢中与固溶碳或不稳定的碳化物发生 化学反应，生成甲烷 Fe3C + 2H2 → CH4 + 3Fe 。 而甲烷不能逸出钢外，就聚集在晶界空 穴和夹杂物附近，形成很高的局部应力， 导致钢材产生龟裂、裂纹和鼓泡，并使强 度、延性和韧性显著下降。
2）氢脆 氢脆是氢残留在钢中所引起的脆化现象。 产生了氢脆的钢材，其延伸率和断面收缩 率显著下降。这是由于侵入钢中的原子氢 使结晶的原子结合力变弱，或者作为分子 状在晶界或夹杂物周边上析出的结果。但 是，对于已经产生氢脆现象的钢材，当给 予特定的条件时，氢仍可从钢中释放出来， 使钢的性能得到恢复，所以氢脆是可逆的， 也称为一次脆化现象。
防治措施： 1、用合适的材料是有效的方法之一； 2、要尽量消除或减轻由于冷加工和焊接引 起的残余应力，并希望能够加工成不形成 应力集中或尽可能小的结构； 3、使用上应采取缓和环境条件的措施，如 抑制连多硫酸生成，采取用干燥氮气吹扫， 除去空气和防止水蒸汽析出。或碱洗方法， 中和可能生成的连多硫酸，值得注意的是 碱洗后不能再用水冲洗。
固定床加氢反应器内构件的开发与应用
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。
加氢反应器内构件急冷箱的试验研究
ＲＥ ＮＩ ＦＩ ＮＧ ＡＮＤ ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ ＮＤＵｓ ＲＹ Ｉ Ｔ
加氢反应器 内构 件急冷箱 的试 验研 究
蔡连 波 ， 盛维 武 ， 李保 锋
（ 中国石化集团洛阳石油化工工程公司 ， 河南 洛 阳 ４ １０ ） ７０ ３
摘要 ： 通过对联合油型急冷箱结构进行研究 ， 开发 出结构合理的新型急冷箱 。在加氢反应器 内 构件实验装 置上 ， 将新 型急冷箱与联合 油型急冷箱进行对 比实验 。结果表 明 ： 新型急冷箱 的综
（） ４ 与其它 冲洗 、 吹扫方法相 比， 爆破吹扫需 用 的设备和手段用料少 ， 省工省时成本低 ， 技术要 求也不高， 易于推广应用。
参 考文 献 ：
［ ］李智． 口径工业管道爆破吹扫技术［ ． ： １ 大 Ｍ］ 北京 机械工业出版
社 ．０ ４３ — ９ ２ ０ ：１ ３ ．
围易损的设备或其它部件做好保护 。 （） ２ 每次爆破吹扫前 ， 应对吹扫管路 、 阀门、 盲 板、 爆破 口 、 进气点 、 压力 表等部位进行仔 细的检
震 动 ， 急速膨胀 的气 流带处 ， 被 吹扫质量 明显提 高 。
２ 安全技术 要 求 ． ４
由于爆破吹扫是一项存在危险的作业 ，所以
在爆破 吹 扫前 和过 程 中必须 有 风 险评 价及 消 减措 施， 以保 证现场 人员及 设备 的安全 。 （ ） 破 口前 方 严 禁行 人 走 动 ，应 设 置 为禁 １爆 区 ， 好 警 戒 线 ， 设 专 人 看 护 ， 外 对爆 破 口周 拉 并 另
查。
［ ］孙程雷． ２ 化工设备 清扫技术［ ． ： Ｍ］ 北京 机械工业 出版社 ，
２ ０ ： ７ ７１ ０ ２６ －
列管式反应器结构组成
列管式反应器结构组成列管式反应器是一种常见的化工反应器，它由以下几个主要组成部分构成：1. 反应器壳体，反应器壳体是反应器的主体结构，通常由金属材料（如不锈钢）制成。
它具有足够的强度和密封性，以容纳反应物和反应介质，并承受反应过程中产生的压力和温度。
2. 反应管束，反应管束是反应器内部的关键组成部分，它由一系列管道或管子组成，用于传输反应物和反应产物。
这些管道通常是垂直布置的，并通过管板或管束支撑装置固定在反应器壳体内。
反应管束的设计和布置方式会影响反应物的混合程度和传质效果。
3. 加热或冷却装置，为了控制反应器内的温度，列管式反应器通常配备了加热或冷却装置。
加热装置可以是电加热器、蒸汽加热器或燃气加热器等，而冷却装置可以是冷却水或冷却液循环系统。
这些装置通过管道或外部换热器与反应器壳体内的管束连接，实现热量的传递。
4. 搅拌装置，对于一些需要搅拌的反应，列管式反应器会配备搅拌装置。
搅拌装置通常由电机、搅拌桨和轴承等组成，通过旋转搅拌桨来促进反应物的混合和传质。
搅拌装置的设计应考虑到反应物的粘度、反应速率等因素。
5. 进料和出料装置，列管式反应器通常有进料口和出料口，用于将反应物输入反应器并将反应产物从反应器中取出。
进料装置通常包括进料管道、阀门和流量控制器等，而出料装置可以是放空阀或泵等。
6. 传感器和仪表设备，为了监测和控制反应过程，列管式反应器还配备了各种传感器和仪表设备，如温度传感器、压力传感器、流量计、测量仪表等。
这些设备可以实时监测反应器内的工艺参数，并通过反馈控制系统进行调节。
总结起来，列管式反应器的结构组成包括反应器壳体、反应管束、加热或冷却装置、搅拌装置、进料和出料装置，以及传感器和仪表设备等。
这些组成部分共同协作，实现反应物的混合、传质和反应过程的控制。
内构件介绍
加氢内构件介绍
筒体及内构件的材料选择
• •
反应器属压力容器，压力容器选材一般根据其操 作条件、介质的腐蚀性和材料的经济性等综合因 素而定。 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：
应力腐蚀断裂； ◆ 蠕变应变达到不允许的程度； ◆ 脱炭； ◆ 氢侵蚀； ◆ 停工期间损坏。
•
加氢内构件介绍
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D与催化 剂的直径DP之比远大于18～25，故边壁效应一 般是可以忽略不计的。 试验室小试因D/DP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 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 Mears的研究，当催化剂床层高度H与催化剂颗 粒直径DP之比大于350时，轴向返混可以忽略 不计。
• 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。
加氢内构件介绍
固定床滴流反应器的流体流动特征
• 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
床层时，随着气、液流速的不同，将呈现出 不同的流动区域，一般可分为四种区域：
• 滴流区域 • 脉冲区域 • 喷洒区域 • 鼓泡区域
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 壁加氢反应器的技术日臻成熟，国产化率逐年提高。
加氢内构件介绍
锻焊和板焊式
•
鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在120mm以内 时，反应器壳体就可用钢板卷制，然后焊接成圆筒壳。 以这种方式制造的反应器就称之为板焊式加氢反应器。
反应器内构件安装检查记录表
反应器内构件安装检查记录表1. 概述反应器是化工生产中常见的设备之一，用于进行化学反应或物理过程。
反应器内构件的安装质量直接影响到反应器的正常运行和生产效果。
本文将详细记录反应器内构件安装的检查过程和结果，以确保安装质量符合要求。
2. 检查内容反应器内构件安装检查主要包括以下内容： - 构件名称：记录反应器内构件的名称，如搅拌器、换热器、进出料口等。
- 构件型号：记录反应器内构件的型号，以确保与设计要求相符。
- 安装位置：记录反应器内构件的安装位置，如上部、中部、下部等，以及与其他构件的连接方式。
- 安装质量：记录反应器内构件的安装质量，包括连接紧固情况、密封性能等。
- 安全防护：记录反应器内构件的安全防护装置是否安装完善，如安全阀、压力表等。
- 防腐蚀措施：记录反应器内构件的防腐蚀措施是否到位，如涂层、防腐液等。
- 其他注意事项：记录反应器内构件安装过程中需要特别注意的事项。
3. 检查记录表构件名称构件型号安装位置安装质量安全防护防腐蚀措施其他注意事项搅拌器AB123 上部良好完善涂层无进料口CD456 中部良好完善防腐液进料口与其他构件连接处需加强出料口EF789 下部良好完善涂层无4. 检查过程及结果4.1 搅拌器•构件名称：搅拌器•构件型号：AB123•安装位置：上部•安装质量：搅拌器与反应器壁紧密连接，紧固螺栓无松动现象，无渗漏情况。
•安全防护：搅拌器轴承安装完善，轴承温度传感器连接稳定。
•防腐蚀措施：搅拌器表面涂有防腐涂层，涂层质量良好。
•其他注意事项：无特殊要求。
4.2 进料口•构件名称：进料口•构件型号：CD456•安装位置：中部•安装质量：进料口与反应器壁连接紧密，密封性良好，无渗漏现象。
•安全防护：进料口附带安全阀，阀门完好，正常工作。
•防腐蚀措施：进料口表面涂有防腐涂层，并进行防腐液处理。
•其他注意事项：进料口与其他构件连接处需加强，防止松动。
4.3 出料口•构件名称：出料口•构件型号：EF789•安装位置：下部•安装质量：出料口与反应器壁连接紧密，紧固螺栓无松动现象，无渗漏情况。
釜式反应器—釜式反应器的结构
➢涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又 可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min 。 涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌 产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。
➢推进式搅拌器 推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用从外型上是一高径比接近于一的圆筒型反应器。
反应器结构:反应器筒体、各种接管、搅拌装置、密
封装置和换热装置等 。
釜式反应器的基本结构
基本结构：壳体结构、搅拌器、密封装置、换热装置
反应器的筒体皆为圆筒形。底、盖常用的 形状有平面形、碟形、椭圆形和球形，也 有的釜底为锥形。
•
反应釜的顶盖也叫上封头，通过法兰将顶盖
当加热温度超过250℃时，可采用联苯混合物的蒸汽加热， 根据其冷凝液回流方法的不同，也可分为自然循环与强制循环 。
➢电加热
是一种操作方便、热效率高、便于实现自控和遥控的一种高温加 热方法。有电阻加热、感应电流加热、短路电流加热三种类型。
➢烟道气加热
用煤气、天然气、石油加工废气或燃料油等燃烧时产生的高温烟 道气作热源加热设备，可用于300℃以上的高温加热。缺点是热 效率低，给热系数小，温度不易控制。可用于300℃以上的高温 加热。
一般多采用直接冷却方式，即利用制冷剂的蒸发直接冷却冷间内的 空气，或直接冷却被冷却物体。制冷剂一般有液氨、液氮等。成本 较高。
有些情况下则采用间接冷却方式，即被冷却对象的热量是通过中间 介质传送给在蒸发器中蒸发的制冷剂。中间介质起传送和分配冷量 的媒介作用，称为载冷剂。常用的载冷剂有三类，即水、盐水及有 机物载冷剂。
釜式反应器的传动和密封装置
电动机
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均匀地急冷热的气—液混合物
Reliable and high performance internals are necessary for high activity
catalyst and stringent product specifications 对于高活性催化剂和严格的产品要求来说，高性能可靠的内件是非常必 要的
3
ISOMIX® Mixing Chamber ISOMIX® 物料混合室
Reactor Internals Functions 反应器内件的功能
Distribute the reacting gas-liquid mixture uniformly across the catalyst
bed for efficient contacting between the catalyst and the reactants 均匀地分布反应气/液混合物穿过催化剂床层以达到催化剂和反应物有 效接触
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4
ISOMIX® and ISOMIX®-e ISOMIX® 及 ISOMIX®-e
Chevron’s current standard design
Provide good radial liquid mixing between beds so that any radial
temperature and concentration gradients do not propagate 提供床层间良好的径向液体混合，避免任何径向温度和浓度梯度增加
More uniform distribution of coke or feed contaminants – may reduce dP buildup 焦炭或进料杂质更加地均匀-可降低压降累积
Ability to operate at higher severity – higher throughput, more reactive or higher coking tendency feeds, or increased treating or conversion severity 能在更高的苛刻度下操作-更高的处理量、反应活性更高或更易结焦的原料， 或者处理的苛刻度加大或转化的苛刻度增加
Improved ability to quench and control hot spots – enhances operational safety and emergency response 提升冷却和控制热点的能力-提升操作安全和处理紧急事故的反应 Improved bed temperature control – reduced peek temperature and radial spread, and ability to operate at a desired profile 提升床层温度的控制-降低最高温度和径向温差，在期望的温度分布下操作
Increased catalyst utilization – increased catalyst activity, improved product yield distribution, reduced coking rate and increased catalyst life and cycle length
Improving mixing and distribution 改善混合和分布 Increasing catalyst life 延长催化剂寿命
ISOMIX® Nozzle ISOMIX® 喷嘴
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Flexibility to utilize more active catalyst systems 灵活地使用活性更高的催化剂系统 Improved turndown performance 提升调节性能
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雪佛龙现有的标准设计 Developed with cold flow model, commercially proven 由冷态模型发展并已被工业应用证实 Radial temperature difference less than 5oC 径向温差小于5oC Achieves uniform gas and liquid distribution with high liquid dispersion 在高度液相分散的条件下，使气/液均匀分布 Achieves good gas-gas, liquid-liquid and gas-liquid mixing with low pressure drop 在低压降的条件下，达到了良好的气—气、液—液及气—液混合 Compact design takes up minimum space 紧凑的设计占用最小的空间
提升催化剂利用率-提升催化剂活性、改进产品收率分布、降低失活速率、延长催 化剂寿命和运行周期
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ISOMIX® and ISOMIX® Benefits ISOMIX® 及ISOMIX®的带来的效益
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ISOMIX® and ISOMIX® Benefits ISOMIX® 及ISOMIX®的带来的效益
Improved mixing, heat transfer, distribution and liquid dispersion results in
the following operational and economic benefits: 混合度、热传递、分布度及液相分散度的提升在以下方面给操作带来益处并 提高经济效益：
ISOMIX®: 2003年商业化
Latest Generation 最新一代的内件
Now installed in several Chevron refineries and client locations 现在已被安装在数个雪佛龙及其客户的装置中
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State-of-the-Art Reactor Internals 先进的反应器内件
ISOMIX® and ISOMIX®-e reactor
internals retrofit enhanced safety, reliability and utilization by:
ISOMIX® and ISOMIX®-e反应器 内件的改造可以提高安全性、可靠 性及利用率：
Reactor Internals
ISOMIX®-e Superior Design and Performance
反应器内件
ISOMIX®-e更优化的设计、
更出色的性能
Mr. W.S. Louie ISOCRACKING Technology Director 加氢裂化技术总监 Chevron Lummus Global 雪佛龙鲁姆斯全球有限公司
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State-of-the-Art Reactor Internals 先进的反应器内件
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A Chevron and Lummus Technology Joint Venture
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CLG Reactor Internals CLG的反应器内件
ISOMIX®: Commercialized in 2003
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Thank you
谢谢
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