加氢反应器的运行原理和结构组成及结构的作用说明

加氢反应器是加氢装置的核心设备，也是加氢工艺的关键。你知道它的运行原理，结构组成吗？有哪些构件，这些构件又在反应器中扮演什么“角色”呢？

加氢反应器操作于高温高压临氢环境下，并且进入反应器的物料往往都含有硫和氮等杂质，和氢反应生成具有腐蚀性的硫化氢和氨。另外，加氢反应是放热反应，会使床层温度升高，但又不能出现局部过热现象。

加氢反应器的分类

依据催化加氢过程进料原料油性质的不同，相应地所采用的工艺流程和催化剂是不相同的，其反应的形式也有各异，一般有三种类型：固定床反应器、移动床反应器和流化床反应器。

根据反应器使用状态下，高温介质是否与器壁接触，可以分为冷壁结构及热壁结构。

冷壁式反应器

冷壁式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，使反应器的设计壁温降至300℃以下，因而就可以选用15CrMoR或碳钢，内壁也不用堆焊不锈钢，从而大大降低了制造难度。

但由于冷壁式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，而且冷壁式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。如果操作时衬里脱落，衬里脱落处附近的反应器壁会超过设计温度，从外观看，该处油漆会变色。因此反应器的不安全隐患大大增加，严重时甚至造成装置的被迫停车。

热壁式反应器

热壁式反应器的器壁直接与介质接触，器壁温度与操作温度基本一致，所以被称为热壁式反应器。虽然热壁反应器的制造难度较大，一次性投资较高，但它可以保证长周期安全运行，目前已在国际上普遍采用。

加氢反应器的内构件

加氢过程由于存在有气、液、固三相的放热反应，欲使反应进料（气、液两相）与催化剂（固相）充分、均匀、有效地接触，加氢反应器设计有多个催化剂床层，在每个床层的顶部都设置有分配盘，并在两个床层之间设有温控结构（冷氢箱），以确保加氢装置的安全平稳生产和延长催化剂的使用寿命。

反应器内设置有入口扩散器、分配盘、积垢篮、催化剂支撑盘、催化剂卸料管、冷氢管、冷氢箱、出口收集器、热电偶等反应器内构件。

入口扩散器

来自反应器入口的介质首先经过入口扩散器，在上部锥形体整流后，经上下两挡板的两层孔的节流、碰撞后被扩散到整个反应器截面上。

其主要作用为：一是将进入的介质扩散到反应器的整个截面上。二是消除气、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。三是通过扰动，促使气液两相混合。

分配盘

顶部分配盘由塔盘板和在该板上均布的分配器组成。顶部分配盘在催化剂床层上面，目的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的均匀分布。分配器种类比较多，我国自行设计制造的加氢反应器多采用泡帽型分配器。

为了更好的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，还可在泡帽下面增加破碎器。

在催化剂床层上面，采用分配盘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的均匀分布。

积垢篮

由不同规格的不锈钢金属网和骨架构成的篮框，置于反应器上部催化剂床层的顶部，可为反应物流提供更大的流通面积，在上部催化剂床层的顶部扑集更多的机械杂质的沉积物，而又不致引起反应器压力降过快地增长。

积垢篮框在反应器内截面上呈等边三角形均匀排列，其内是空的（不装填催化剂或瓷球），安装好后要须用不锈钢链将其穿连在一起，并牢固地拴在其上部分配盘地支撑梁上，不锈钢金属链条要有足够地长度裕量（按床层高度下沉5％考虑），以便能适应催化剂床层的下沉。

催化剂支撑盘

催化剂支撑盘由T形大梁、格栅和丝网组成。大梁的两边搭在反应器器壁的凸台上，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，和一层细不锈钢丝网，上面就可以装填磁球和催化剂了。

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℃高温下弯曲变形也很小，且具有一定的抗腐蚀性能。因此，大梁、格栅和丝网的材质均为不锈钢。在设计中应考虑催化剂支撑盘上催化剂和磁球的重量、催化剂支撑盘本身的重量、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。

催化剂卸料管

固定床反应器每一催化剂床层下部均安装有若干根卸料管，跨过催化剂支撑盘、物料分配盘及冷氢箱，通向下一床层，作为在反应器停工卸除催化剂的卸剂通道。

冷氢管

烃类加氢反应属于放热反应，对多床层的加氢反应器来说，油气和氢气在上一床层反应后温度将升高，为了下一床层继续有效反应的需要，必须在两床层间引入冷氢气来控制温度。将冷氢气引入反应器内部并加以散布的管子被称为冷氢管。

冷氢加入系统的作用和要求是：

均匀、稳定地供给足够的冷氢量。

必须使冷氢与热反应物充分混合，在进入下一床层时有一均匀的温度和物料分布。

冷氢管按形式分直插式、树枝状形式和环形结构。

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反应后的油气混合效果就不好，直接影响了冷氢箱的再混合效果。这时就应采用树枝状或环形结构。

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。其作用是将上层流下来的反应产物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反应后的油气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层下来的热油气经过反复折流混合，就流向冷氢箱的第二层——筛板盘，筛板盘，在筛板盘上再次折流强化混合效果，然后在作分配。筛板盘下有时还有一层泡帽分配盘对预分配后的油气再作最终的分配。

出口收集器

出口收集器是个帽状部件，顶部有圆孔，侧壁有长孔，覆盖不锈钢网。其作用主要是阻止反应器底部的瓷球从出口漏出，并导出流体。

反应器底部的出口收集器，用于支撑下部的催化剂床层，减小床层的压降和改善反应物料的分配。出口收集器与下端封头接触的下沿开有数个缺口，供停工时排液用。

热电偶

为监视加氢放热反应引起床层温度升高及床层截面温度分布状况而对操作温度进行监控。

加氢反应器的损伤形式

高温氢腐蚀

氢脆

高温硫化氢的腐蚀

连多硫酸引起的应力腐蚀开裂

铬—钼钢的回火脆性

奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离