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1、1,催化重整设备,2013.09 芶家福,2,目录,6 主要设备选材,1 概述2 预加氢反应器3 重整反应器4 再生器5 换热器6 主要设备选材,3,1.1 以直馏石脑油或二次加工（催化、焦化、加氢等）生成的石脑油为原料，在低压、高温和含铂(单、双、多金属）催化剂的作用下，生产高辛烷值汽油或芳烃，同时付产氢气。1.2 预加氢、重整装置流程简述。1.3 主要设备 半再生、循环和连续再生重整装置的主要静设备和操作参数列于表1和表2。,1 概述,4,图1 预加氢流程,1 概述,5,图2 固定床重整反应流程,1 概述,6,图3 UOP重整催化剂再生流程,1 概述,7,图4 IFP重整催化剂再生流程,1
2、 概述,8,表1 典型的半再生重整主要设备表,1 概述,9,表2 典型的连续重整主要设备表,1 概述,10,2.1 功能：重整催化剂要求进料油中S0.5ppm、N2 0.5ppm、As 1ppb、Pb 10ppb、Cu 10ppb，从而需设置加氢精制和脱砷反应器。设置脱氯反应器是为了消除后续设备胺盐和应力腐蚀。加氢精制反应器发生脱硫（硫化物转化成H2S）、脱氮（转化成NH3）、脱氧（转化成H2O）、脱金属和烯烃饱和反应。脱砷反应器中的砷与催化剂接触，转化成不同的金属砷化物（如NiAs）留在催化剂中而被脱除。脱氯反应器中的有机氯化物加氢转化成无机氯（HCl)用脱氯剂而被脱除。,2 预加氢反应器,
3、11,2.2 结构：反应器主体材质采用以Cr-Mo钢为基材的不锈钢复合钢板。内部结构有进料分配器，去垢篮，瓷球，催化剂床层，出口收集器等，见图5、6、7、8、9。进料分配器：实现进料在床层上均匀分配，避免冲刷床层。去垢篮：增加油气流通面积（通常为34倍反应器横截面积），提供足够贮存污垢的容积，防止通道堵塞，避免床层压降上升，延长操作周期。去垢篮用约翰逊网或金属丝网制成圆筒形篮子，均布在化剂床层的上部，埋在瓷球之中。出口收集器：支撑瓷球和催化剂净重、承受床层压差，阻止催化剂和瓷球流失，提供合适油气通道。选择合适的开孔面积和筛网的流通面积，避免催化剂流失或堵塞。可用约翰逊网或金属丝网加支撑结构制成
4、，提供足够强度和刚度。,2 预加氢反应器,12,图5 预加氢反应器,2 预加氢反应器,13,图6 人口分配器,2 预加氢反应器,14,图6 人口分配器,2 预加氢反应器,15,图7 去垢篮,2 预加氢反应器,16,图7 去垢篮,2 预加氢反应器,17,图8 去垢篮部件,2 预加氢反应器,18,图9 出口收集器,2 预加氢反应器,19,图9 出口收集器,2 预加氢反应器,20,3.1 分类：冷壁和热壁，轴向和径向，固定床和移动床。图10为冷壁轴向反应器，图11为热壁轴向反应器，图12、13和14为热壁径向反应器。,3 重整反应器,21,图10 冷壁轴向反应器,3 重整反应器,22,图11 热壁轴
5、向反应器,3 重整反应器,23,图12 热壁径向反应器,3 重整反应器,24,图13 重迭式反应器,3 重整反应器,图14 大型外筛网反应器,25,26,3.1 分类：20世纪6070年代缺Cr-Mo钢，采用碳钢制造冷壁结构。80年代以后，采用Cr-Mo钢制造热壁反应器。规模小采用内件结构简单，制造安装容易的轴向反应器。规模大,大连,广西2.2Mt/a，直径大，床层高；反应压力低，要求压降小；第三，反应特征路径无需太长。,3 重整反应器,27,3.2 冷壁反应器见图10。壁温一般低于200，设计温度300，壳体材料碳钢,油气进出口法兰接管用合金钢。器壁超温是最关注的问题。筒体超温现象较少，衬里
6、施工质量不好、操作波动大或衬里损坏时才发生。不锈钢内衬筒防止油气冲刷衬里。进料分配器和出口收集器功能与预加氢反应器类同。3.3 热壁反应器见图11、12、13、14，壳体材料耐高温氢腐蚀。选用1Cr-0.5Mo，或2.25Cr-1Mo。,3 重整反应器,28,3.4 轴向反应器 见图10、11，入口分配器，瓷球，催化剂床层，出口收集器。3.5 径向反应器 见图12、13、14。固定床和移动床。固定床径向反应器（见图12）有进料分配器、中心管、活动帽罩和扇形筒等。连续重整（移动床）均采用径向反应器（见图13、14），有进料分配器、催化剂进出口、中心管、扇形筒（外筛网和套筒）等,3 重整反应器,2
7、9,3.6 连续重整反应器3.6.1 重叠式反应器，见图13、15。每台由一根中心管、815根催化剂输送管和盖板组成。油气进入，-扇形筒-催化剂床层-中心管-上部出口流出。膨胀节外套上开通气孔、下部约翰逊网圆筒，小部分油气由此进入床层，防止催化剂向中心管聚集，形成死区。现已改为在盖板上设置带约翰逊网的通气孔。油气上进下出，上进上出。上出有利于油气均匀分配。,3 重整反应器-,30,图16 反应器物流,3 重整反应器,31,顶部还原段，便于反再系统布置，但增加了反应器总高。用高温气加热催化剂，由氧化态变为还原态。分别布置时，顶部设缓冲段。底部设催化剂收集器和引出口（见图15），设8个或10个隔板
8、分成催化剂出口，锥形段用导向叶片分割成同样数量的小区，引导催化剂流出。导向叶片制造、加工、安装、检验难道大，现已取消。,3 重整反应器,32,图 16 反应器下部,3 重整反应器,33,3.6.2 并列式反应器并列式反应器由中心管、大直径外筛网、套筒、盖板、催化剂进出口及催化剂输送管组成（见图14）,6.1 主要设备选材,34,3.7 内件：3.7.1 中心管由开孔内圆筒、外网和上下连接件组成（见图17、18）。内筒用不锈钢板焊成，承受床层压差和催化剂静压。圆筒开若干小孔，气流产生一定的压降，实现油气均匀流动。固定床反应器中心管可外包金属网，也可包约翰逊网。金属网制作简单，价格便宜，但强度低、
9、易堵塞、易损坏、催化剂易流失。连续重整反应器中心管外必须包约翰逊网，且缝隙方向为轴向，支撑杆与内部小孔相互错开。最末一台反应器的中心管上，约翰逊网与内筒之间还加一层冲孔板，防止催化剂流失。内筒开孔面积应加大。,3 重整反应器,35,图17 中心管,3 重整反应器,36,图17 中心管,3 重整反应器,37,图18 中心管上下连接件,3 重整反应器,38,3.7.2 扇形筒和大直径外筛网 扇形筒(见图19、20)可从人孔取出，便于维修，相邻扇形筒之间有死角，不利于油气和催化剂流动。大直径外筛网(见图21、22)不能取出，制造不便，一旦损坏很难修理，有利于床层中油气和催化剂的均匀流动。径向反应器普
10、遍采用扇形筒，仅法国公司采用过大直径外筛网，现改用扇形筒。3.7.3 扇形筒 扇形筒用1.2mm（或1.5mm）钢板冲成，或用约翰逊网制成。冲孔板刚性差，冲孔数量大，冲孔公差要求严，直线度、扭曲度和形状公差要求严格，用得普遍。约翰逊网制造难，使用较少，但刚性好、开孔率大，催化剂磨损小，流动阻力小。连续重整反应器用扇形筒，顶部有D字形升气管和密封板，配合间隙和公差要求严格，制造难度大。,6.2 重整反应器,39,图19 扇形筒,3 重整反应器,40,图 19扇形筒密封,3 重整反应器,41,图20 扇形筒,3 重整反应器,42,3.7.4 大直径外筛网 见图21，基本构件是约翰逊网，缝隙均匀、接
11、触面光洁平整，缝隙方向与催化剂流动方向一致，有利于催化剂流动，可减少催化剂磨损。直径大，刚度小，成形组装困难，尺寸公差不好控制，制造难度大。现也采用扇形筒+填料密封。,3 重整反应器,43,图21 大外网,3 重整反应器,44,图21 大外网,3 重整反应器,45,图22 扇形筒顶部密封,3 重整反应器,46,3.7.5 重叠式反应器制造关键点：1 油气进出大开口 2 高温设备大法兰 3 扇形筒及密封件 4 中心管、膨胀节和支座 5 催化剂输送管组装 6 四反下部导向叶片 7 内件同心度、支持圈水平度 8 运输：超长、超宽、超重3.7.6 并列式反应器制造关键点：1 中心管、大直径外筛网；2
12、外筛网支座；3 扇形筒及密封件；4 催化剂输送管组装。,3 重整反应器,47,4.1 再生器固定床半再生式重整催化剂采用在反应器内就地再生，反应器也就是再生过程的再生器。循环再生比半再生多一台轮换再生的备用反应器，从中切换出来轮流再生。连续再生也使用过催化剂分批方式进行再生，如图23。再生器分成两段。待生催化剂分批定量的装入再生器中依次进行烧焦、氧氯化和焙烧干燥。再生完一批后，一次卸出，再重新装入待生催化剂进行再生。,4 再生器,48,图23 分批烧焦再生器,4 再生器,49,4.2 移动床再生器4.2.1 一段烧焦再生器一段烧焦再生器的结构形式如图24、25，在内外筛网环形空间烧焦，在氯化区
13、补氯，后到干燥区、冷却区、从下部流出。催化剂在再生器内的烧焦、氯化、干燥和冷却是从外部通入的各种介质在器内完成的。烧焦气为含有一定空气的循环气，烧去催化剂积炭。烧焦区内件主要由内外两层筒形约翰逊网构成，氯化、干燥和冷却区内件主要以锥形圆筒构成。,4 再生器,50,图24一段烧焦再生器,4 再生器,51,图25 再生器-外网,4 再生器,52,4.2.2 两段烧焦再生器见图26，催化剂在再生器内完成烧焦、氧氯化和干燥。在主烧焦区的一段烧焦气通入含有一定空气的高温气，径向入催化剂床层，烧去催化剂积炭。第二段烧焦区完成最终烧焦。在氯化段气体与催化剂逆流接触，完成氯化。干燥气体以同样方式完成干燥。干燥
14、气与氧氯化气混合一道排出。烧焦区内件两段均由外筛网、中心管、盖板和底版构成径向流动床层。,4 再生器,53,图26 两段烧焦再生器,4 再生器,54,4.3 约翰逊网 广泛作反应器、再生器等设备内件，如去垢篮、分配器、床层支承、中心管、出口收集器、过滤器等。约翰逊网是由支撑杆和V形筛条在专用焊机上焊制而成。,3 重整反应器,55,约翰逊网,4 约翰逊网,56,约翰逊网特点：1 机械强度高、刚度好 2 焊接接头牢固、缝隙均匀稳定 3 表面平整、光滑 4 开孔率大 5 不易堵塞、不易变形6 元件精度要求高 7 专用加工设备8 金属丝网优良代用品,4 约翰逊网,57,比较特殊有预加氢进料/反应产物换
15、热器，重整进料/反应产物换热器，置换气换热器和还原气换热器，再生空冷器等（见表1、2）。5.1 预加氢进料/反应产物换热器 采用数台U型管式换热器或两台双壳程U型管式换热器（见图27）串联使用，管程走反应产物，壳程走进料。高温部位管箱采用不锈钢复合钢板，换热管采用不锈钢；壳程采用抗氢Cr-Mo钢。低温部位均采用碳钢制造。,5 换热器,58,图27 双壳程换热器,5 换热器,59,图28 双壳程换热器板束,5 换热器,60,5.2 重整进料/反应产物换热器 1 要求压降小、回收热量大（传热面积大），传热效率高。多采用单台（或双台并联）、单管程、纯逆流大型列管式立式换热器（见图29）或板式换热器（
16、见图34、38）。2 板式换热器较列管式立式换热器具有传热系数高、回收热量大、重量轻、占地少、无振动，制造难度大，一次性投资高，维修难等。3 我国已进行了板式换热器的研究和开发，取得了一定的成效，并进行了较大规模和广泛的试制与工业应用，单台传热面积已达9200 m2。,5 换热器,61,5.2.1 列管式立式换热器（见图29）单台传热面积已达3952m2，可满足0.10.6Mt/a重整的需要；由上部管箱，上端固定管板，高温大法兰、壳体、管束、外头盖和带有膨胀节、分配器的外浮头组成。国内制造，价格便宜，结构牢固，操作可靠，可以维修。设计：两相流的传热计算、整体结构布置、预防振动考虑、油气入口气液
17、分配（见图30）、下部油气入口结构和密封（见图31、32）、热补偿和高温大法兰（见图33）等。当传热面积小时，油和循环氢在管道上混合，冷端只有一个开口，没有油分配头，只有盘式分配器。制造：Cr-Mo钢，换热管数量多、长，管孔公差严，油气入口和高温大法兰密封，组装难。,5 换热器,62,图29 立式换热器总体,5 换热器,63,图 30 油气入口分配器,5 换热器,64,图 31 油气入口与封头连接结构,5 换热器,65,图 32 连接结构详图,5 换热器,66,图 33 大法兰密封结构,5 换热器,67,5.2.2 板式换热器兰石所板式换热器见图34、35、36，板片用不锈钢板冲压成形，板束受
18、内压。Packinox 板式换热器见图3745。板式换热器由外壳和板束两大部件组成。板束由若干板片焊制而成，板片用0.8mm1.0mm不锈钢板冲压（或爆炸）成形，板片设有合适的流道。外壳用耐热抗氢钢制成，在圆筒与板束间充满低温（或高温）循环气体，板束受外（内）压。两者区别：a 总体布局 b 板束结构 c 进出口位置及布局 d 冷端油气入口结构 e 板片流道 f 传热效果,5 换热器,68,图 34 板式换热器,5 换热器,69,图 35 板束,5 换热器,70,图 36 板片,5 换热器,71,图 37 Packinox板换总体示意图,5 换热器,72,图 38 板换总体结构,5 换热器,73
19、,图 39 板片,5 换热器,74,图 40 板束两股流体流道,5 换热器,75,图 41 板束上开口,5 换热器,76,图 42 热端上封头,5 换热器,77,图 43 冷端下部,5 换热器,78,图 44 冷端油气入口,5 换热器,79,图 45 入口分配器,5 换热器,80,板换设计制造关键点：1 板片流道及形式 2 板束组焊及结构 3 热应力和热膨胀 4 油气入口分配,5 换热器,81,5.2.3 绕管式换热器缠绕管式换热器的总体结构见图46，是近几年使用的又一种国产大型换热器。它由外壳和管束两大部件组成。管束是由多根多层缠绕换热管组成，一根换热管长度达几十米，可制成单台传热面积近万平米的换热器。由于绕管的特殊形态，可吸收膨胀差，因此，热端和冷端均不设置膨胀节。流体流经这样形状的换热管不易引起振动。外壳选材和制造要求与列管式换热器一样，它没有壳体大法兰。热端温差和传热系数与列管式换热器相当。,5 换热器,82,图 46绕管式换热器,5 换热器,图 46绕管式换热器,83,
