1、加氢反应器一、固定床反应器固定床反应器是指在反应过程中，气体和液体反应物流经反应器中的催化剂床层时催化剂床层保持静止不动的反应器。固定床反应器按照反应物料流动状态的不同又分为鼓泡式，滴流式和径向反应器，相 应的分别称为鼓泡床。滴流床和径向反应 器。（一）概述1、鼓泡反应器在鼓泡反应器中气体通过气体分布器在液相中鼓泡，产生气、液相接触界面和湍动。 这类反应器结构简单 ，造价低，特别适用于少量气体和大量液体 (高持液量)的反 应。在鼓泡床反应器中流体流向以并流为多。鼓泡床反应器因有很高的液-气体积比，所以单位反应器体积的气-液接触比其它类型反应器的大，由于气泡运动导致液体充分混合，促使整个反应器内
2、的温度较为均匀，这一点对温度敏感的反应系统控制收率是合适的。鼓泡床反应器在设计时，一般按等温过程处理，并 进行物料衡算。在 设计计算时，需考 虑气- 液两相的流动形式，一般可分 为：气相 为活塞流，液相为全混流；1气、液两相均为全混流；2气、液两相按扩散模型处 理。3显然，鼓泡式反应更适合应用于悬浮床反应器中，故真正用到固定床反应器中的较少。2、滴流床反应器在滴流床反应器中，气体和液体反应物通过分配器向处于下部的静止固体催化剂均匀喷洒，并在流经 催化剂的过程中发生化学反应，生成所需的目的产品。滴流床反应器结构简单，造价低，在石油加氢装置上大量采用，在滴流床反 应器中，液体流向是以气、液两相并流
3、向下运动的。滴流床反应器一般被看作为绝热、活塞流反应过程。转化率随床 层下移而增加，其温度也逐渐升高(放热反应)或下降(吸热 反应)。在石油加工领域，固定床滴流反应器大量应用在馏分油、石蜡、 润滑油的加氢精制、蜡油的加氢裂化和大部分的渣油加氢处理上。影响滴流床加氢效果的因素很多，在工程设计上，通常应考虑以下几个方面的影响：气、液相的流体流动状态；1液体的径向分布；2床层压力降。3滴流床反应器适用于多种气-液-固三相反应。3、径向反应器径向反应器是一种新型固定床反应器，其作用是利用扇形筒将反应物流沿催化剂床层轴向均匀地分布，并径向通过催化剂床层。径向反应器的的最大优点是能大幅度地降低压降，从而允
4、许采用颗粒小、活性高的催化剂，并能降低能耗。径向反应器为绝热反应器，其中物料呈活塞流通过催化剂床层，产品转化率随径向历程增加，温度逐渐 下降(吸热反应)或增高(放热反应)目前 ，径向反应器已大量应用到催化重整、异构化等石油化工领域。在径向反应器的设计上，主要考虑 F：气流均布；1流体在分、集气管内的流动状态；2与静压差有关的动量交 换系数。3径向反应器特别适用于气-固反应过程。（二）固定床滴流反应器的流体流动特征1、液体流动的形态在滴流床反应器中，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，即滴流、脉冲、喷洒和鼓泡区域。在相对较低的气液流速下，
5、液相以液膜方式沿催化剂粒子外表面向下流动，而气体则在催化剂颗粒间剩余的空隙中连续向下流动，气、液间相互作用很弱，这种流动区域称为“ 滴流”区；当气、液流速都相对增加，在相间剪切力的作用下，液膜被气体搅动的波长大于液膜厚度时，液膜开始相连而阻碍气体流动，形成脉冲区；当气体流速进一步增加，液体流速相对较低时，则液体在气体中呈喷洒流动状态，形成喷洒流动区；相反，当液体流速高于气体流速时， 则气体在液体中呈鼓泡流动状态，这就是鼓泡区。在极端情况下，当作为反应物的液相原料馏分较轻易汽化，或当反应进行得较深，催化剂床层上只剩易汽化烃类时，液相可能完全或逐渐消失，从而成 为一个气- 固反 应过 程。2、流体
6、分布滴流床反应器内的流体在接触和穿越催化剂床层过程中的分布，一般用其轴向分布和径向分布来描述。轴向分布是指沿催化剂床层的轴向流体分布的均匀性，涉及到轴向分散和轴 向的返混；而径向分布是指催化剂床层内任意一截面上流体分布的均匀性，它涉及到流体的扩散。流体分布对反应过程的传质、 传热和催化剂的润湿即有效利用都有重要影响。因此，对 流体分布的考察包括了从床层入口，床层中间到床层出口 处的气，液分布。 床层入口处的分布：床层入口处的分布是初始分布，是关键，其均匀性直接影响到床层中部和出口处的分布效果。但在床层入口无论是轴向分布还是径向分布，都取决于气- 液分布器。因此，采用高效入口分布器是任何一个滴流
7、床反 应器设计所追求的。床层中间的分布：床层间的流体轴向分布是以某一轴向催化剂床层各径向微元面积上流通量大小的均匀性来考察的；而流体的径向分布是指某一截面上各微元面积上的流通量大小的均匀性。如果微元面积上流体流通量大小相等或基本相等，则认为流体的轴向分布和径向分布较好。 实际 上，无 论是小型还是大型滴流床反应器，都存在着较严 重的流体分布不均匀性。影响床层中间流体分布的主要因素为催化剂床层空隙率分布的均匀性以及污垢堵塞情况。而催化剂床 层空隙率分布的均匀性又是由催化剂装填和颗粒大小、形状决定的。床层出口处的分布：催化剂床层出口流体分布的均匀性主要取决于床层中间流体的分布效果。避免了床层中间的
8、流体分布不均，在床层出口一般也可获得好的流体分布。但在工业应用上，到反应器最后一个床 层， 为了节省反应器体积，通常在反应器下封头的上部也装入少量催化剂，由于流体的“ 收口”效应，其流体的分布会有较大的变化。在讨论流体分布时，通常都要考虑边壁效应。但在工业反应器上，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，但 实验室小型反应 器的 D/DP 较小，边壁效 应影响较大，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。此外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
9、比大于 350 时 ，轴向返混可以忽略不计。幸运的是大多工业滴流床反应器 H/DP 远大于 350。因此，在滴流床反应器的工业应用中， 应对催化剂装填和防止催化剂结垢给予高度重视（三）筒体及内构件1、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，即设备的操作条件(操作压力、操作温度、介质特性) ，材料的可焊性及冷热加工性能，材料的来源及经济合理性，设备的设计寿命及检修周期，设备结构及制造工 艺。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1蠕变应变超过允许限度2脱碳3氢侵蚀4停工期间损坏5人
10、们从很早就知道，氢腐蚀是在高温高压下，侵入并扩散在钢中的氢与固溶碳或碳化物反应，使晶界及非金属夹杂的周围产生裂纹的现象。氢原子可以在钢的结晶格子内部移动，而与碳反应生成的甲烷分子是不能从钢中上逸出的。因此，该甲烷以晶界及其附近的空隙、杂质、不 连续部分为起点积聚、形成甲 烷空隙，在空隙内压力上升的同时，形成微小缝隙。从 这一阶段开始， 钢材的强度、延性显著降低，随后变成称之为较大缝隙、裂 纹、鼓泡、剥离的钢材损伤。但是，从氢与碳化物反应到材料强度显著降低，是需要经过一段时间(潜伏期)的。目前，用现代技术很难在这个潜伏期内发现氢腐蚀征兆。临氢操作的压力容器应按 API RP941 中的纳尔逊 曲
11、线（Nelson）来选择合适的材料。纳尔逊曲线见图 5-5-3。它表示表示了钢材在临氢条件下的使用界限，(包括一部分潜伏期) 。该曲线是总结了实际装置中由于高温高压临氢所引起的事故，经过 成功和失败实际使用 经验以及实验室试验数据的统计绘制的。该曲线一般每五年更新一次，是目前设计和使用单位为加氢设备选择材料的基础。2、器壁形式(1)冷壁和热壁加氢反应按其结构特征可分为冷壁反应器和热壁反应器。冷壁反应器是在设备内壁设置非金属隔热层，有些还在隔热层内衬不锈钢套。由于有内壁热层，可使反应器的设计壁温降至 300 度以下，因而就可以选用 15CrMoR 或碳钢，内壁也不用焊接不锈钢了。从而大大降低了制
12、造难度。国内 20 世纪六七十年代制造的反应器多为这种结构。由于冷壁反应器的隔热层占据内壳空间，减少了反应器容积的利用率，浪费了材料。另外，冷壁反 应器内的非金属隔 热层在介质的冲刷下，或在温度的变化中易 损坏，操作一段 时间后可能就需要修理或更换，且施工和修理费用较高。如果在操作时衬里脱落， 衬里脱落 处及其附近的反应器壁就会超过设计温度，从反应器看，该处的变色漆就会变 色，有此造成了反 应器的不安全隐患，严重时甚至造成装置的被迫停车。热壁加氢反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作温度(420C 左右)基本一致。所以被称为热壁反 应器。 虽然热壁加氢反 应器制造难度较大，一次性投资较高，
13、但它可以保证长 周期安全运行，目前已在国际上普遍采用。随着我国冶金工业的发展，尤其是在 80 年代末中国第一重型机械集团公司抓住齐鲁石化公司渣油加氢项目的机遇，在国外厂商的协助下，以反承包的形式制造了我国第一台热壁加氢反应器。以后，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。(2)锻焊和板焊 式由于反应器直径的不同，或操作压力不同， 经强度计算得到的器壁厚度也就不同。一般来说，直径小，操作 压力低的反应器器壁 较薄。直径大、操作 压力高的反应器器壁较厚。鉴于国内制造厂的卷板能力，器壁厚度在 140mm 以内时，反 应器壳体可用钢板卷制，然后
14、 焊接成圆筒壳。以 这种方式制造的反应器称之为板焊式加氢反应器。当壁厚超过 140mm 时，卷板式 难以卷制，于是采用水压机锻制成型。锻制的筒节没有纵焊缝 ，只有两 圆筒节之间的环焊缝。 锻制的圆筒壳内外表面经机加工到设计尺寸，再在内壁堆焊上不锈钢防腐层后，制得的反应器称为锻焊式反应器。板焊式反应器比锻焊式反应器制造难度小，节省材料，制造工序少。 锻焊式反应器制造难度较大，工序多而复杂。因 锻造壳体时 先锻出毛坯，而毛坯需要留有余量，机加工时再将此余量加工掉。造成机械加工工时多，材料的利用率比板焊式反应器低。尤其是壁厚小于 100mm 的反应器，若采用锻焊形式就不太经济。因此，在卷板能力允许的
15、情况下，应尽量采用板焊式结构。3、防腐层反应器基体一般采用 Cr-Mo 钢制造，此种材料具有抗高温氢腐蚀性，但不能耐受高温 H2S 的腐蚀。为 了抵抗高温 H2S 的腐蚀，必 须在反应器壳体基材上附加不锈钢防腐层。一般情况下，反应器内部均采用堆焊 不锈钢作为防腐层。堆 焊层一般为双层，与 Cr-Mo 钢 直接接触的为过渡层，材料 为 E309L 型不锈钢，在过渡层之上与介质直接接触的为表层，材料为 E347 型不 锈钢。在 2.25Cr-1Mo 钢与E347 型堆 焊层之间的 E309L 型堆焊层是具有较高 韧性的过渡层，它可阻止表面裂纹向母材扩展。E347 型堆 焊层则是为了能有效地抵抗硫化
16、氢的腐蚀。4、入口扩散器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：将进入的介质扩散到反 应器的整个截面上；1消除气、液介质对顶分配盘的垂直冲击，为分配盘的稳定工作创造条件；2通过扰动促使气液两相混合。3图 5-3-1 所示的入口 扩散器是一种多孔板结构。两层孔板上的开孔大小和疏密是不同的。反应介质在上部 锥形体整流后， 经两层 孔的节流，碰撞后被 扩散到整个反应器的截面上。这种 扩散器应用效果良好，目前国内设计的反应器大多采用这种形式。5、分配盘在催化剂床层上面，采用分配盘是为了均匀分布反应介质，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。分配盘由塔盘板和
17、在该板上均布的分配器组成。分配器有多种形式，见图 5-3-2。从使用情况看，长短管分配器为气液相分路分配，其液相的局部分布可能不均匀，但溢流盒的流体分布略有改善。斜口分配器因气液流垂直碰撞而造成粉碎并有吹散作用，从而有利于气液两相混合与分布。V 形缺口盒的工作原理与前者相仿，但着重利用气体对液体的吹散作用。泡帽分配器的分配器的外形类似泡帽塔盘，泡帽的圆柱面上均匀地开有数个平行与母线的齿缝。下降管置于泡帽里面，其上端与泡帽之间留有适当间隙，其下端与塔盘板相连。当塔盘上液面高与泡帽下缘时，分配器进入工作状 态。从 齿缝进入的高速气流，在泡帽与下降管之 间的环行空间内产生强烈的抽吸作用，致使液体被冲
18、碎成液滴，并为上升气流携带而进入下降管，实行气液分配。从分配机理上分析，它的功能较为完善。其液体下流的主要动力是气流的抽吸，从而摆脱了以液面为主要溢流动力的分配器。为了更好地将进入下降管的液体破碎成液滴，并将液体的流动方向由垂直改变为斜向下，造成进一步的 扩散， 经过多年的研究与改进，又在泡帽下面添加了破碎器。将它焊接在泡沫下降管的下面，其中的一种形式如图 5-3-3 所示。从使用情况看，效果良好。6、去垢篮在加氢反应器的顶部催化剂床层上有时设有去垢篮，与床层上的瓷球一起进入反应器的介质进行过滤。因为在操作中，很 难避免系统及管道中的锈垢污物被带到反应器内，这种污垢在催化剂床层表面积累，将迅速
19、减小介质流通通道，甚至造成阻塞。使反应床层压力降上升，操作条件 恶化， 严重者甚至会压垮分配盘。去垢篮是解决这一问题的有效措施之一。去垢篮一般均匀的分布在床层上表面，篮周围充填适量的大颗粒瓷球，以增加透气性。目前工程上应用的几种去垢篮形状和尺寸相似。只是制作材料和方法不同。其中一种是在不锈钢 骨架外蒙上不锈钢丝网（见图 5-3-4a），优点是过滤效果好，价格便宜；其缺点是丝网强度差，易 变形和破 损。另一种是采用楔形网 结构，它的优点是过滤效果好，强 度好，不易 变形和破损，但价格较贵。目前国内反应器一般安装去垢篮；而国外近年来有取消去垢篮的趋势。7、冷氢管和冷氢箱(1)冷氢管烃类的加氢反应属
20、于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油流和氢气在上一床层反应后温度将升高。 为了控制下一床层的反应温度，必须在两床层间引入冷氢气。将冷氢气引入反 应器内部并加以散布的管子称为冷氢管。冷氢加入系统应能提供足够的冷氢量，并使冷氢气与热氢气，热反应物流充分混合，在进入下一床层时 有一均匀的温度分布和物料分布。冷氢管按形式分直插式，树枝状形式和环形结构。 详见图 5-3-5。对于直径较小的反应器，采用结构简单 ，便于安装的直插式 结构即可。对于直径较大的反应器，直插式冷氢管打入的冷 氢与上层流下的油，气混合效果不好，直接影响了冷氢箱的再混合效果。为此可采用树枝状或环形结构。树枝状或环形冷氢管上均匀地
21、开有数个小孔，冷氢气从小孔中喷出，均匀地 喷在反应器的整个截面上，可加大冷氢气与热油，气的接触面积，改善 预混合的效果。(2)冷氢箱冷氢箱实为混合箱和预分配盘的组合体。它是加氢反应器内的热反应物与冷氢气进行混合及热量交换的场所。其作用是将上床层流下来的物料与冷氢管注入的冷氢在箱内进行充分混合，以吸收反应热，降低反应物温度， 满足下一催化剂床层的反应要求，避免反 应器超温。冷 氢箱的第一 层为挡板盘， 挡板上开有节流孔。由冷氢管出来的冷 氢与上一床层流下的物料在挡板盘上先预混合，然后由节流孔进入冷氢箱。进入冷 氢箱的冷氢气和上床层下来的热油流经过反复折流混合后，流向冷氢箱的第二 层-筛板盘，在筛
22、板盘上再次折流强化混和效果，然后再分配。筛板盘下有时还 有一层泡帽分配对预分配后的油气再作最终的分配。8、催化剂支撑盘如果反应器有两个以上的催化剂床层，上层催化剂就需要支撑。使两个催化剂床层分开，有时还会在中 间通入冷氢。催化 剂支撑 盘有 T 形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应 器的凸台上，而格 栅则放在大梁和凸台上。格栅上平铺一层粗不锈钢丝网，其上装填磁球和催化剂。催化剂支撑大梁和格栅要有足够的高温强度和刚度。即在 420 度高温下弯曲变形很小，且具有一定的抗腐蚀性能。因此，大梁、格栅和丝网的材质一般均为不锈钢。在设计中一般应考虑催化剂支撑盘上催化剂和瓷球的重量，催化剂支撑盘本身的
23、重量、床层压力降和操作液重等载荷， 经过计算得出支撑大梁和格栅的结构尺寸。此外，格栅与大梁以及器壁凸台间的缝隙应塞满柔性石墨填料，以防催化剂由此缝中泄漏，阻塞下层分配盘。应当指出，加氢反应器中各内构件的工作是互相关联的，入口扩散器工作不佳，会导 致分配盘的恶化，去垢篮设计不当，将直接影响催化剂床层中的流体分布和压力降，冷氢系统的分配和混合效果，决定着下一床层的正常操作。因此，一台成功的加氢反应器，必 须统筹考虑其内部构件。实践表明，反 应器内合理采用高效内构件，会大大增加反应器的催化剂藏量，提高反应器的容积利用率，延长催化剂使用寿命，延长操作周期。9、加氢反应器内构件改进的最新进展固定床反映器
24、内件的设计，对反应器的操作性能起着至关重要的作用。因此近年来，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汽液分配效果，以防止沟流、催化剂结焦及延长催化剂使用效率和寿命。在反应器内件选择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。滴流反应器内有多种内件，如入口分配器、去垢篮、初级和下级汽液分配盘 、催化剂支持盘、冷氢盘、混合盘和再分配盘。由于反应 器内件都要占据一定的空间，而这些空间本来是可以用来填充催化剂的。所以多年来，各国都在努力降低内件的尺寸或完全拆除这些内件。从国外几个加氢裂化装置(HCU)设计上看，
25、1990 年以前，第一级反应器容积利用率约为 70%，而第二 级反应器的容积利用率约为 60%。文献报道最新的 HCU 反应器设计，其容积利用率高达 86%，这项新内件技术缩小或免去了三部分空间：反应器入口分配器和去垢保护区所占的空间；冷氢和再分配所需的空间；反应器出口收集器和催化剂支持材料所占的空间。这项新技术具有如下特点：通 过在顶分配盘上安装污垢消纳盘来减少床层顶部的级配材料。1通 过反应器内裙使顶分配盘安装位置上移，而使催化剂装填位置接近反应2器上切线。采用 HD 型( 高扩散)分配 盘和 HD 气液管嘴，使 这种分配盘下可以直接装3填催化剂，而不必采用其他 级配材料，并保 证 100
26、%分配均匀。HD 型分配盘安装高度很低，催化 剂可以装填到距分配盘 100mm 处。并且4催化剂上不需要再装任何级配材料。采用 专利的超平冷氢箱(UFQ)，与传统冷氢箱相比，两床层间距离可减少5到 11.4mm。并仍保持良好的冷却和混合效果。催化 剂支撑梁伸向催化剂床层内，而不是伸向两床层之间。降低垂直高度6的同时，保持均匀的床层出口温度。采用超平冷氢箱和 HD 气液管嘴后，可以不必再装填级配材料，催化剂可7以装填在 HD 型分配盘下 100mm 的高度。出口采用超平底收集篮，使催化 剂可以装填在反应 器下切线以下。8减少反应器底部催化剂支撑层。9当然除上述特点外，催化剂的利用率还与催化剂的装
27、填方式有关。与传统的分配盘相比，HD 型分配盘 可以在增加催化剂床层高度的同时，又不必担心分配不均匀。这项新技术也可以用于老厂改造。完全拆除原有内件，采用新型再分配盘，以增加反应器催化剂存 储空间。例如：欧洲某 炼 油厂最近在一个 HDS 装置中，拆除了两床层间的再分配设施，同时在顶部安装了 HD 型分配盘，结果成为一个长 10.5m 单一床层(如图 5-3-6 所示) ，同 时增加 30%的催化剂藏量。在过去的 5 年中，HD 型分配盘和 UFQ 超平冷氢箱已经应用于个种滴流反应器中( 加氢处 理、 润滑油加氢、加 氢裂化和渣油加 氢装置)。世界上采用 HD 型分配盘的加工量已超过 223
28、万 m3/d(1400 万 bbl/d)，采用 UFQ 超平冷氢箱的加工量已达 6.4m3/d(40 万 bbl/d)。传统的分配盘气液两相分别通过升气管和降液管进入催化剂床层，而在 HD 型分配 盘中则是气液两相一起通过 HD 气液管嘴。在每一个 HD 气液管嘴孔中，产生高度分散的液相，成为一个极 宽的和均匀的液体喷射形态，有效地覆盖了 100%的催化剂顶层表面。相比之下，在传统的分配盘中液体直流到催化剂表面，仅湿润了降液管下面的区域，而上表层仅 10%20%的区域被湿润，而其他部分则是干燥的和没有被使用的。在到达实际的催化 剂床层前， 这些传统的分配 盘是依靠深层的分配填料来帮助扩散液体的
29、。泡帽分配盘分配较好，使约 30%的上表面能够被浸润。但是为了保证液体均匀地洒在催化剂上，泡帽分配 盘下面仍需要装填级配材料。三种分配盘简图如图 5-3-7 所示。它们使气液在催化剂床层中的分布情况见图 5-3-8。HD 型分配盘及盘上的气液管嘴具有诸多优点，如方便拆卸和人员进出(不采用螺栓紧固) ；安装方便(安装的倾斜度对分配效果影响很小)；方便清理和装填催化剂；可以容纳较多的污垢，其操作弹性可以在50%的范围内变化，并具有可重复使用的密封结构。常规冷氢箱结构见图 5-3-9。近年来，国内也开 发出了多种新型专利的冷氢箱，其中之一如图 5-3-10 所示。第一层同样为一层挡板盘，不同的是两个
30、节流孔位于器壁边缘相距 180 度， 节流孔下分别有两个半圈流道，半圈流道切向插入中间圆形混合箱，中间圆形混合箱底部有中间开有节流孔的挡板盘，再次混合后的混氢油由中间节流孔翻下到达下层的筛板盘，进行预分配。半圈流道的设计是为了延长油流与冷氢在流道内的混合时间。节流孔的作用是增加气液的碰撞，强化混合效果。因装填催化剂的要求，所有挡板盘应为可拆卸式结构，并 应保证密封，不得有泄露，这种冷氢箱已 经用在某厂 140 万 t/a 加 氢裂化装置的反应器中取得了相当满意的效果，经过标 定床层径向温差3。二、沸腾床反应器沸腾床反应器是石油加氢工业中除固定床以外应用最多的反应器形式，主要应用于劣质渣油加氢过
31、程。沸腾床渣油加氢反应器可以处理重金属含量和残炭值更高的劣质原料，有裂化和精制双重功能，比固定床有更长的运转周期。在沸腾床反应器中，流体 (原料和氢气) 自上而下的流动，并且需在反应器底部(内部或外部)设有循环泵，使催化剂床层膨胀并维持处于沸腾状态而完成加氢反应过程。此外在反应器上部还需有能将汽、液、固三相进行分离的部件，所以反 应 器内部结构比较复杂。沸腾床反应器中催化剂膨胀时床层体积比静止是大 30%50%。器内催化剂的沸腾及膨胀使反应器与催化剂呈返混状态，保证了反应物与催化剂接触良好，利于传质和传热，使反应器内温度比较均匀。反 应产 物与气体由反应器上部逸出。运转过程中可根据情况从反应器
32、顶部补充加入新鲜催化剂，并从下部排出部分已减活的催化剂，以保持器内催化剂有较高和稳定的平均反应活性，使产品质量保持均衡，装置达到长周期运 转。沸腾床的操作温度比固定床和移动床高，一般为 400470 ，因而渣油转化率较高，工 业装置一般在 40%60%中等转化率下操作，灵活性较大。此外，催化剂床层压降较低并可避免因催化剂颗粒间结焦而造成床层堵塞。为达到渣油转化及产物精制深度的要求，并控制催化剂失活速率及耗量，以优化过程的经济性，需要维持较高的氢分压，一般需在 15MPa 以上，空速在 0.21.0h -1 范围。对催化剂也有特殊要求( 小球状、耐磨、粒度集中等) 。典型的沸腾床反应器主要有 H
33、-oil 工艺中的沸腾床反 应器(图 5-3-11)和 LC-Fining 工艺中的沸 腾床反 应器(图 5-3-12)。这两种工 艺所用的沸腾床反应器结构形式基本类似，所不同的只是循环泵的设置方式。 H-oil 工艺所用反应器循环泵设置在器外；而 LC-Fining 工艺的反应器循环泵设置在器内。三、渣油加氢中的其他类型反应器在渣油加氢工艺中，固定床和沸腾床反应器已得到大量工业应用。除此之外，还有一些其他反应器形式，他们之中有的尚处于工业实验阶段，有的已得到少量工业应用。(一)浆液床(或称悬浮床)严格地讲，浆液床反应器中并不存在催化剂床层。 浆液床指的是极细的催化剂颗粒均匀地悬浮于油、氢 混
34、合物中，形成的气、固、液三相浆液态反应体系。 浆液床反应器的催化剂填加量极少，一般为原料油质量的 0.05%5%。催化剂价格低廉，为富 矿渣或合成 。反 应和催化 剂随反应物一道流出反应器，分离后弃之，既不再生，也不回收利用。为了使固态颗粒催化剂均匀地分散于油气中，并随反应物离开反应器而不沉降在反应器中，要求浆液床反应器保持合适的流体流速。因此，最早的 浆液床反应器采用的是管式反应器，但管式反应器对于大型化工业装置显然不适宜。当今开发的浆液床反应器已逐渐倾向与采用适宜表现气速来控制反应器直径的一次通过式或全返回混式的串联反应器，从而实现既可以维持固体小颗粒的悬浮和外排，又可以在较大直径反 应器
35、中实现大规模工业生产的目的。(二)移动床移动床反应器是在固定床反应器基础上开发应用成功的一种工业反应器。所用催化剂仍为固定床反应器中的固体小球等。随着下部催化剂的中毒或失活，可连续地将其排出反应器，并由床层上部补入新鲜催化剂，从而维持反应器内催化剂的活性。在正常生产过 程中，催化 剂和混氢原料油并流向下移动，并按程序及时将失活催化剂排出反应系统。典型的移动床反应器为 Shell 公司 Hycon 工艺用的料仓式反应器，参见图 5-3-13。(三)催化剂在 线置换反应器催化剂在线置换反应器介于固定床反应器和移动床反应器之间。催化剂为较大颗粒的小球体。在大多生 产时间里， 处于固定床形式。可在操作中定期置 换反应器中活性降低了的催化剂，并补充新鲜催化剂。进行在线置换催化剂时，反应器处于移动床方式。典型的反应器为 Chevron 公司的 OCR 反应器(图 5-3-14)。图 5-3-15 表示了 OCR 反应器及在线置换方式。
