加氫反應器介紹ppt課件VIP

加氫反應器,1,學習交流PPT,加氫反應器是各類加氫工藝（HydrogenCrackingUnit）的關鍵設備加氫是在催化劑存在的條件下從外界補入氫氣以提高油品的氫碳比。加氫裂化實質上是加氫和催化裂化過程的有機結合，一方面能使重質油品通過裂化反應轉化為汽油、煤油和柴油等輕質油品，另一方面又可防止像催化裂化那樣生成大量焦炭，而且還可將原料中的硫、氯、氧化合物雜質通過加氫除去，使烯烴飽和。因此，加氫裂化具有輕質油收率高、產品質量好的突出優(yōu)點。加氫過程分類：1.加氫處理（進料分子基本無變化，使烯烴飽和及脫硫）2.加氫精制（約10%原料分子降低分子量）3.加氫裂化（有10%原料分子轉化為小分子）,一.加氫反應器,2,學習交流PPT,加氫裂化裝置流程示意圖,3,學習交流PPT,加氫裂化裝置流程簡圖,4,學習交流PPT,加氫裂化裝置的工藝流程,原料油經過濾、脫水后進入緩沖罐，由高壓泵升壓后與氫氣(包括循環(huán)氫與新氫氣)混合后一起進入換熱器與反應生成物換熱至300左右，然后進加熱爐預熱(另一種流程是原料油不進加熱爐而只有循環(huán)氫進加熱爐預熱，在爐出口與換熱后的原料油混合，這種流程可以減少爐管結焦)，預熱后從反應器頂部進入，在反應器內反應后由底部排出，經與新鮮原料、循環(huán)氫換熱后再進入空冷器冷卻，冷凝下來的油和不冷凝的油氣和氫氣進入高壓分離器，油氣分離，氫氣從高壓分離器頂部排出，大部分進循環(huán)氫壓縮機，反應生成油由底部排出，降壓后送至低壓分離器，油、氣再次分離，氣體送燃料氣管網，生成油送至分餾系統(tǒng)經分餾塔、汽提塔、脫丁烷塔等分餾后得到汽油、航空煤油、柴油等產品。第三種流程中分餾塔底的尾油再全部循環(huán)回到加氫裂化反應器進行裂化反應。,5,學習交流PPT,加氫裂化裝置的操作范圍如下：操作溫度380450，操作壓力820MPa，采用的催化劑含有Pt、Pd、W、Mo、Ni、Co等金屬氧化物作為加氫組分，以硅酸鋁、氟化氧化鋁或結晶硅鋁酸鹽為擔體。原料油經加氫、裂化、異構化等反應轉化為輕質油品，收率一般達100(體積)，可得到優(yōu)質重整原料及高辛烷值汽油；航空煤油和低傾點柴油。同時產品含硫、氮、烯烴低，安定性好。,6,學習交流PPT,固定床反應器：床層內固體催化劑處于靜止狀態(tài)。特點：催化劑不宜磨損，催化劑在不失活情況下可長期使用。主要適于加工固體雜質、油溶性金屬含量少的油品,加氫反應器分類（按照工藝流程及結構分類）固定床反應器2.移動床反應器3.流化床反應器固定床反應器使用最為廣泛（氣液并流下流式）,7,學習交流PPT,冷熱壁結構反應器特征及應用,8,學習交流PPT,按反應器本體結構分類：分為單層結構、多層結構。單層結構包括鋼板卷焊及鍛焊結構；多層結構一般有繞帶式及熱套式。,9,學習交流PPT,10,學習交流PPT,11,學習交流PPT,煅焊結構反應器制造過程,12,學習交流PPT,加氫過程由于存在有氣、液、固三相的放熱反應，欲使反應進料（氣、液兩相）與催化劑（固相）充分、均勻、有效地接觸，加氫反應器設計有多個催化劑床層，在每個床層的頂部都設置有分配盤，并在兩個床層之間設有溫控結構（冷氫箱），以確保加氫裝置的安全平穩(wěn)生產和延長催化劑的使用壽命。反應器內設置有入口擴散器、積垢籃、卸料管、催化劑支撐盤、出口捕集器、氣液反應物流分配盤、冷氫箱、熱電偶保護管和出口收集器等反應器內構件。,13,學習交流PPT,入口擴散器來自反應器入口的介質首先經過入口擴散器，在上部錐形體整流后，經上下兩擋板的兩層孔的節(jié)流、碰撞后被擴散到整個反應器截面上。其主要作用為：一是將進入的介質擴散到反應器的整個截面上；二是消除氣、液介質對頂分配盤的垂直沖擊，為分配盤的穩(wěn)定工作創(chuàng)造條件；三是通過擾動，促使氣液兩相混合,14,學習交流PPT,2.分配盤目前，國內加氫反應器所使用的反應物流分配器，按其作用原理大致可分為溢流式和抽吸噴射式兩類；反應物流分配盤應不漏液，安裝后須進行測漏試驗，即在分配盤上充水至100mm高，在5分鐘內其液位下降高度，以不大于5mm為合格；分配盤安裝的水平度要求，對于噴射式的分配器，包括制造公差和在載荷作用下的繞度在內，其分配盤的水平度應控制為5mm6mm；對于溢流式的分配器，其分配盤安裝的水平度要求更嚴格一些。,15,學習交流PPT,在催化劑床層上面，采用分配盤是為了均布反應介質，改善其流動狀況，實現與催化劑的良好接觸，進而達到徑向和軸向的均勻分布。,16,學習交流PPT,反應器頂部分配盤,17,學習交流PPT,18,學習交流PPT,3.積垢籃由不同規(guī)格的不銹鋼金屬網和骨架構成的籃框，置于反應器上部催化劑床層的頂部，可為反應物流提供更大的流通面積，在上部催化劑床層的頂部撲集更多的機械雜質的沉積物，而又不致引起反應器壓力降過快地增長；積垢籃框在反應器內截面上呈等邊三角形均勻排列，其內是空的（不裝填催化劑或瓷球），安裝好后要須用不銹鋼鏈將其穿連在一起，并牢固地拴在其上部分配盤地支撐梁上，不銹鋼金屬鏈條要有足夠地長度裕量（按床層高度下沉5考慮），以便能適應催化劑床層的下沉。,19,學習交流PPT,4.催化劑支撐盤催化劑支撐盤由T形大梁、格柵和絲網組成。大梁的兩邊搭在反應器器壁的凸臺上，而格柵則放在大梁和凸臺上。格柵上平鋪一層粗不銹鋼絲網，和一層細不銹鋼絲網，上面就可以裝填磁球和催化劑了。催化劑支撐大梁和格柵要有足夠的高溫強度和剛度。即在420高溫下彎曲變形也很小，且具有一定的抗腐蝕性能。因此，大梁、格柵和絲網的材質均為不銹鋼。在設計中應考慮催化劑支撐盤上催化劑和磁球的重量、催化劑支撐盤本身的重量、床層壓力降和操作液重等載荷，經過計算得出支撐大梁和格柵的結構尺寸。,20,學習交流PPT,21,學習交流PPT,22,學習交流PPT,23,學習交流PPT,24,學習交流PPT,4.催化劑卸料管固定床反應器每一催化劑床層下部均安裝有若干根卸料管，跨過催化劑支撐盤、物料分配盤及冷氫箱，通向下一床層，作為在反應器停工卸除催化劑的卸劑通道。,25,學習交流PPT,26,學習交流PPT,27,學習交流PPT,5.冷氫管,烴類加氫反應屬于放熱反應，對多床層的加氫反應器來說，油氣和氫氣在上一床層反應后溫度將升高，為了下一床層繼續(xù)有效反應的需要，必須在兩床層間引入冷氫氣來控制溫度。將冷氫氣引入反應器內部并加以散布的管子被稱為冷氫管。冷氫加入系統(tǒng)的作用和要求是：均勻、穩(wěn)定地供給足夠的冷氫量；必須使冷氫與熱反應物充分混合，在進入下一床層時有一均勻的溫度和物料分布。冷氫管按形式分直插式、樹枝狀形式和環(huán)形結構。對于直徑較小的反應器，采用結構簡單便于安裝的直插式結構即可。對于直徑較大的反應器，直插式冷氫管打入的冷氫與上層反應后的油氣混合效果就不好，直接影響了冷氫箱的再混合效果。這時就應采用樹枝狀或環(huán)形結構。,28,學習交流PPT,29,學習交流PPT,30,學習交流PPT,31,學習交流PPT,6.冷氫箱,冷氫箱實為混合箱和預分配盤的組合體。它是加氫反應器內的熱反應物與冷氫氣進行混合及熱量交換的場所。其作用是將上層流下來的反應產物與冷氫管注入的冷氫在箱內進行充分混合，以吸收反應熱，降低反應物溫度，滿足下一催化劑床層的反應要求，避免反應器超溫。冷氫箱的第一層為擋板盤，擋板上開有節(jié)流孔。由冷氫管出來的冷氫與上一床層反應后的油氣在擋板盤上先預混合，然后由節(jié)流孔進入冷氫箱。進入冷氫箱的冷氫氣和上層下來的熱油氣經過反復折流混合，就流向冷氫箱的第二層篩板盤，篩板盤，在篩板盤上再次折流強化混合效果，然后在作分配。篩板盤下有時還有一層泡帽分配盤對預分配后的油氣再作最終的分配。,32,學習交流PPT,33,學習交流PPT,34,學習交流PPT,35,學習交流PPT,36,學習交流PPT,冷氫管,催化劑卸料管,冷氫箱上擋板盤,冷氫箱下?lián)醢灞P,冷氫箱篩板盤,37,學習交流PPT,38,學習交流PPT,7.出口收集器,出口收集器是個帽狀部件，頂部有圓孔，側壁有長孔，覆蓋不銹鋼網。其作用主要是阻止反應器底部的瓷球從出口漏出，并導出流體。,39,學習交流PPT,反應器底部的出口收集器，用于支撐下部的催化劑床層，減小床層的壓降和改善反應物料的分配。出口收集器與下端封頭接觸的下沿開有數個缺口，供停工時排液用。,40,學習交流PPT,8.熱電偶,為監(jiān)視加氫放熱反應引起床層溫度升高及床層截面溫度分布狀況而對操作溫度進行監(jiān)控。,41,學習交流PPT,加氫反應器常見損傷與對策高溫氫腐蝕高溫氫腐蝕是在高溫高壓條件下擴散侵入鋼中的氫與不穩(wěn)定的碳化物發(fā)生化學反應，生成甲烷氣泡(它包含甲烷的成核過程和成長)，即FeC+2H2一CH4+3Fe，并在晶間空穴和非金屬夾雜部位聚集，引起鋼的強度、延性和韌性下降與劣化，同時發(fā)生晶間斷裂。由于這種脆化現象是發(fā)生化學反應的結果，所以它具有不可逆的性質，也稱永久脆化現象。高溫氫腐蝕有兩種形式：一是表面脫碳；二是內部脫碳。表面脫碳不產生裂紋，在這點上與鋼材暴露在空氣、氧氣或二氧化碳等一些氣體中所產生的脫碳相似，表面脫碳的影響般很輕，其鋼材的強度和硬度局部有所下降而延性提高。內部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應生成了甲烷，而甲烷又不能擴散出鋼外，就聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成了很高的局部應力，使鋼產生龜裂、裂紋或鼓包，其力學性能發(fā)生顯著的劣化。,42,學習交流PPT,影響高溫氫腐蝕的主要因素1)溫度、壓力和暴露時間的影響溫度和壓力對氫腐蝕的影響很大，溫度越高或者壓力越大發(fā)生高溫腐蝕的起始時間就越早。2)合金元素和雜質元素的影響在鋼中凡是添加能形成很穩(wěn)定碳化物的元素(如鉻、鉬、釩、鈦、鎢等)，就可使碳的活性降低，從而提高鋼材抗高溫氫腐蝕的能力。在合金元素對抗氫腐蝕性能的影響中，元素的復合添加和各自添加的效果不同。例如鉻、鉬的復合添加比兩個兒素單獨添加時可使抗氫腐蝕性能進一步提高。在加氫高壓設備中廣泛地使用著鉻-鉬鋼系，其原因之一也在于此。3)熱處理的影響鋼的抗氫腐蝕性能，與鋼的顯微組織也有密切關系。對于淬火狀態(tài)，只需經很短時間加熱就出現了氫腐蝕。但是一施行回火，且回火溫度越高，由于可形成穩(wěn)定的碳化物，抗氫腐蝕性能就得到改善。另外，對于在氫環(huán)境下使用的鉻-鉬鋼設備，施行了焊后熱處理同樣具有可提高抗氫腐蝕能力的效果。,43,學習交流PPT,4)應力的影響在高溫氫腐蝕中，應力的存在肯定會產生不利的影響。在高溫氫氣中蠕變強度會下降。特別是由于二次應力(如熱應力或由冷作加工所引起的應力)的存在會加速高溫氫腐蝕。高溫氫腐蝕的防止措施高溫高壓氫環(huán)境下高溫氫腐蝕的防止措施主要是選用耐高溫氫腐蝕的材料，工程設計上都是按照原稱為“納爾遜(Nelson)曲線”來選擇的。盡量減少鋼材中對高溫氫腐蝕不利影響的雜質元素（Sn、Sb）。制造及在役中返修補焊后必須進行焊后熱處理。操作中嚴防設備超溫?？刂仆饧討λ?。,44,學習交流PPT,45,學習交流PPT,2.氫脆所謂氫脆，就是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現象。產生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收縮率顯著下降。這是由于侵人鋼中的原子氫，使結晶的原子結合力變弱，或者作為分子狀在晶界或夾雜物周邊上析出的結果。但是，在一定條件下，若能使氫較徹底地釋放出來，鋼材的力學性能仍可得到恢復。這一特性與前面介紹的氫腐蝕截然不同，所以氫脆是可逆的，也稱作一次脆化現象。氫脆的敏感性一般是隨鋼材的強度的提高而增加，鋼的顯微組織對氫脆也有影響。鋼材氫脆化的程度還與鋼中的氫含量密切相關。強度越高，只要吸收少量的氫，就可引起很嚴重的脆化。對于操作在高溫高壓氫環(huán)境下的設備，在操作狀態(tài)下，器壁中會吸收一定量的氫。在停工的過程中，由于冷卻速度太快，鋼中的氫來不及擴散出來，造成過飽和氫殘留在器壁內，就可能在溫度低于150時引起亞臨界裂紋擴展，對設備的安全使用帶來威脅。在高溫高壓臨氫設備中，特別是內表面堆焊有奧氏體不銹鋼堆焊層的加氧反應器曾發(fā)生過一些氫脆損傷的實例。其部位多發(fā)生在反應器支持圈角焊縫上以及堆焊奧氏體小銹鋼的梯形槽法蘭密封面的槽底拐角處。,46,學習交流PPT,防止氫脆的若干對策要防止氫脆損傷發(fā)生，主要應從結構設計上、制造過程中和生產操作方面采取如下措施：(1)盡量減少應變幅度，這對于改善使用壽命很有幫助。(2)盡量保持TP347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性。為此，一是要控制TP347中鐵素體含量，以避免含量過多時在焊后最終熱處理過程轉變成較多的相而產生脆性；二是對于前述那些易發(fā)生氫脆的部位，應盡量省略TP347堆焊金屬或焊接金屬的焊后最終熱處理，以提高其延性。(3)裝置停工時冷卻速度不應過快，且停工過程中應有使鋼中吸藏的氫能盡量釋放出去的工藝過程，以減少器壁中的殘留氫含量。(4)盡量避免非計劃緊急停工(緊急放空)。,47,學習交流PPT,3.高溫硫化氫的腐蝕在加氫裝置中，一般都會有硫化氫腐蝕介質存在。對于以碳鋼或低鉻鋼制的設備，在操作溫度高于204，其腐蝕速度將隨著溫度的升高而增加。特別是當硫化氫和氫共存的條件下，它比硫化氫單獨存在時產生的腐蝕還要更為劇烈和嚴重。氫在這種腐蝕過程中起著催化劑的作用，加速了腐蝕的進展。對于在硫化氫和氫共存條件下的材料選擇，一是參考相似條件的經驗數據來預計材料的腐蝕率后確定；二是在無經驗數據依據時，可根據柯珀(Couper)曲線來估算材料的腐蝕率。該曲線是美國腐蝕工程師學會的一個專門小組通過大量的試驗和生產數據經電子計算機反復回歸處理、關聯(lián)后整理出來的。據驗證按此曲線估算出來的腐蝕率與工業(yè)裝置的經驗比較接近。對于不同鉻含量(O-9)的鉻鋼的腐蝕率，先按給定的硫化氫濃度和溫度從圖上求出碳鋼的腐蝕率，然后再乘以相應鉻含量的系數Fcr。加以修正后的值即是。,48,學習交流PPT,49,學習交流PPT,4.連多硫酸引起的應力腐蝕開裂應力腐蝕開裂是某一金屬(鋼材)在拉應力和特定的腐蝕介質共同作用下所發(fā)生的脆性開裂現象。奧氏體不銹鋼對于硫化物應力腐蝕開裂是比較敏感的。連多硫酸(H2Sx06，x=3-6)引起的應力腐蝕開裂也屬于硫化物應力腐蝕開裂，一般為晶間裂紋。這種開裂與在高溫運轉時由于碳化鉻析出在晶界上，使晶界附近的鉻濃度減少，形成貧鉻區(qū)有關。連多硫酸的形成是由于設備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化亞鐵，而當設備停止運轉或停工檢修時，它與出現的水分和進入設備內的空氣中的氧發(fā)生反應的結果。即：,3FeS+502-Fe2O3FeO+3SO2SO2+H20-H2SO3H2S03+1202-H2S04FeS十H2SO3mH2SxO6十nFeFeS+H2S04一-FeSO4+H2SH2SO3十H2S-mH2Sx06十nSFeS十H2Sx06一-FeSx06+H2S,50,學習交流PPT,防止對策(1)設計上的措施選用合適的材料是有效的措施之一。一般應選用超低碳型(C003)或穩(wěn)定型的不銹鋼(如SUS321，SUS347)，采用奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼也有較好的使用效果。還可以選用鐵素體不銹鋼，因它對連多硫酸的應力腐蝕開裂不敏感，在結構上應盡量避免有應力集中。(2)制造上盡量消除或減輕由于冷加工和焊接引起的殘余應力，并注意加工成不形成應力集中或盡可能小的結構。國外對不銹鋼設備發(fā)生應力腐蝕開裂原因調查統(tǒng)計分析，發(fā)現大部分的損傷是由于焊接和加工中造成的殘余應力引起的。另外，為不使碳化物在晶間上析出，在加工后應進行固溶化熱處理(約1100，急冷)。實行穩(wěn)定化處理(約870950)也可減少裂紋的敏感性；(3)使用上的措施主要是緩和環(huán)境條件。在裝置停工時，采取措施抑制連多硫酸生成或用中和溶液將形成的連多硫酸中和掉。根據不同的停工方案，用1.5-2濃度的碳酸鈉溶液進行中和清洗或用惰性氣(如氮氣)封閉，以隔絕空氣進入到設備中去或向系統(tǒng)中供給一定的熱量(加熱)，以防止水汽析出等都是有效的措施；,51,學習交流PPT,5.鉻鉬鋼的回火脆性鉻-鉬鋼的回火脆性是將鋼材長時間地保持在325575(也有人提出是在371-593或354565或400600等等)或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時，其材料的斷裂韌性就引起劣化損傷的現象。它產生的原因是由于鋼中的雜質元素和某些合金元素向原奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降所至。從破壞試樣所表明的特征來看，在脆性斷口上呈現出晶間破壞的形態(tài)。回火脆性對于抗拉強度和延伸率來說，幾乎沒有影響，主要是在進行沖擊性能試驗時可觀測到很大的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使其延脆性轉變溫度向高溫側遷移。因此，在低溫區(qū)若有較大的附加應力存在，就有發(fā)生脆性破壞的可能?；鼗鸫嗷F象具有可逆性，將已經脆化了的鋼加熱到600以上，然后急冷，鋼材就可以恢復到原來的韌性。影響回火脆性的主要因素很多，如化學成分、制造時的熱處理條件、加工時的熱狀態(tài)、強度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用時所保持的溫度等等。,52,學習交流PPT,防止Cr-Mo鋼設備回火脆性破壞若干措施1）盡量減少鋼中能增加脆性敏感性的元素P、Sb、Sn、As、Si的含量。2）制造中選擇合適的熱處理工藝較低的奧氏體化溫度對減小回火脆性敏感性有利，但奧氏體化溫度太低將會使力學性能，特別是屈服強度下降太多。所以只能選擇一個既能滿足設計對力學性能要求，又能滿足抗回火脆性需要的綜合性能優(yōu)越的熱處理工藝。3）采用熱態(tài)型的開停工方案設備處于正常操作溫度下時，不會發(fā)生由回火脆性引起破壞，因為這時的溫度比鋼材脆性轉變溫度高。但是，像21/4Cr-lMo鋼制設備經長期使用后，若有回火脆化，包括母材、焊縫金屬在內，其轉變溫度都有一定程度提高。此情況下，在開停工過程中就有可能產生脆性破壞。因此在開停工時必須采用較高的最低升壓溫度。這就是熱態(tài)型開停工方法。即在開工時先升溫后升壓，停工時先降壓后降溫。API推薦MPT（最低升壓溫度）為93度。4）采用合適的開停工升降溫速度，建議溫度小于150度時，升溫速度不超過25度。,53,學習交流PPT,6.奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離加氫裝置中，用于高溫高壓反應器，為了抵抗H2S的腐蝕，在內表面都堆焊了幾毫米厚的不銹鋼堆焊層(多為奧氏體不銹鋼)。在十多年前曾在此類反應器上發(fā)現了不銹鋼堆焊層剝離損傷現象。堆焊層剝離現象有如下主要特征：(1)堆焊層剝離現象也是氫致延遲開裂的一種形式。高溫高壓氫環(huán)境下操作的反應器，氫會侵入擴散到器壁中。由于制作反應器本體材料的Cr-Mo鋼(如21/4Cr-lMo鋼)和堆焊層用的奧氏體不銹鋼(如Tp309和Tp347)的結晶結構不同，因而氫的溶解度和擴散速度都不一樣，使堆焊層界面上氫濃度形成不連續(xù)狀態(tài)，如圖所示。而且由于母材的溶解度與溫度的依賴性更大，當反應器從正常運行狀態(tài)下停工冷卻到常溫狀態(tài)時，在過渡區(qū)界面上的堆焊層側聚集大量的氫而引起脆化。,54,學習交流PPT,55,學習交流PPT,另外，由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數差別較大，在反應器制造時會形成相當可觀的殘余應力。據測試結果，堆焊層界面上的正拉伸殘余應力可達137.3-205.9MPa。還有，由于過飽和溶解氫結合成分子形成的氫氣壓力也會產生很高的應力。上述這些原因就有可能使堆焊層界面發(fā)生剝離，而且經過超聲檢測和聲發(fā)射試驗的監(jiān)測，發(fā)現剝離并不是從操作狀態(tài)冷卻到常溫時就馬上發(fā)生，而是要經過一段時間以后(需要一定的孕育期)才可觀察到這種現象。(2)從宏觀上看，剝離的路徑是沿著堆焊層和母材的界面擴展的，在不銹鋼堆焊層與母材之間呈剝離狀態(tài)，故稱剝離現象。(3)從微觀上看，剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著熔合線上所形成的碳化鉻析出區(qū)和沿著長大的奧氏體晶界擴展的兩大類。,56,學習交流PPT,影響堆焊層氫致剝離的主要因素1)氫氣壓力和溫度的影響在眾多影響堆焊層剝