在加氢反应工艺中，搅拌形式和换热性能是决定反应釜生产能力的主要影响因素。本文将向您介绍采用了自吸式搅拌及传热板技术、内置传热板的新型加氢反应器。

问题分析

气-固-液三相的加氢反应工艺，就反应设备而言，决定反应釜生产能力的两个主要影响因素：一是搅拌形式，另一个则是换热（冷却）性能。两者的有机高效组合，决定了加氢催化工艺的平衡转化率以及反应速率。

通常加氢工艺过程中依靠传统搅拌产生气液界面间的紊流来引发传质，这对于小规模生产（<3m3）尚可被接受，但随之反应容积增大至大规模工业装置（>10m3），其气液传质界面会因容量增大而急剧减少，其传质受限，这也是国内鲜有采用传统搅拌的加氢反应器生产规模为5m3之上，而多为2~3m3的反应器原因所在。

而使用德国EKATO的自吸式搅拌的加氢反应器则不同，其自身能使容器内液相中气体自循环，在高速旋转过程中，氢气由于负压的原因被吸入中空的搅拌轴，并随之以微细的气泡被排入液相，所产生的界面气液接触远高于反应速率的要求，从而提高了加氢反应速率。

通常，加氢工艺为放热反应，而传统的加氢釜采用釜外半管、夹套以及釜内盘管等形式来进行换热作业，但由于釜壁的热阻以及换热盘管内流体介质的层流等不利因素，这些方式所能提供的换热系数较低，并不能真正有效解决换热需求，这也限制了加氢反应器的生产规模。

解决方案

自吸式搅拌

自吸式搅拌器电机通过驱动内部空心的搅拌器旋转时，搅拌器附近流体在叶轮的作用下同样作圆周运动，所产生的离心力对搅拌器内部产生自吸，使自吸式搅拌器内部形成负压区，而自吸式搅拌器内部是通过空心轴与气相相连的，从而使液面上的气体源源不断地被吸入搅拌器而重新被分散于液相。同时，内置的立式放置的传热板为上升过程的氢气气泡提供了爬行的连续路径，微观上延缓了氢气上升的速率，有利于加氢反应过程。

传热板

多数氢化反应是放热的、小规模（<3m3）的生产装置，由于容量小，因而反应器内的反应区域和容器外的冷却介质温差是很小的。但随着反应有效容积的增大，反应器换热接触面积受到限制，它和容量的比率在急剧下降，国内加氢反应器对于高度放热的氢化反应多数内置2~3层的内盘管，但在某些剧烈放热反应情况下（如硝基还原为氨基），大量盘管的内置减少了有效反应容积的同时，也导致搅拌效果受盘管占用路径的影响。由于换热问题得不到有效解决，以至加氢反应速率放慢。

传统的加氢反应器由于采用釜外夹套及釜内放置多组盘管的方式进行冷却换热，但由于催化加氢反应为高放热反应，这种传热面设计结构在有限的时间及空间内传热效果并不理想。这也是为何传统的催化加氢反应器（一般不超过5m3）反应容积受制约的原因所在。

新型的催化加氢反应器采用内置传热板（Temp plate）技术代替盘管进行传热冷却，传热板技术借鉴板式换热器结构，传热板内部流体介质高度湍流，实现高传热系数，同时单位体积的传热面积要远高于盘管的传热面积，在有限容积的反应器内实现了最大可能的强化传热目的，突破了传统反应器单釜容积受限的制约。

典型的催化加氢反应器为15m3反应器可内置换热面积为150m2传热面积，20m3反应器内置换热面积为200m2传热面积。

传热板可以选用普通的304、316L以及钛材、哈氏合金等特殊合金材料加工而成；

承受最高内压60Bar，可走水、热油、蒸汽、制冷剂等；

承受外压最高至300Bar；

耐温最高800℃；

依据反应器的工艺特性，设计、加工为不同的传热外型，如直片挡板型、曲面轴流型以及圆周导流筒等多种形式；

传热系数可高达1500W/m2℃。

案例分析

在此以30立方TDI加氢反应器为例，其采用了自吸式搅拌及传热板技术，内置传热板传热面积300m2，这种新型加氢反应器，通常的优势体现在：

1.提高加氢反应速率。

影响加氢反应速率的重要因素为氢气的压力和气液传质的能力决定。大规模工业装置由于高压而带来的设备造价和其他一系列问题可能会使其得不偿失。所以，改善反应器的气液传质便成了提高反应速率的理想途径。

2.减少催化剂用量。

加氢反应使用的催化剂在很多情况下采用贵金属如钯或铂等，因而催化剂的活性和其反复回用次数对生产成本起到举足轻重的作用。催化剂的性能在不同类型的加氢反应器中表变现的活性和寿命有所不同，在自吸式搅拌加氢反应器中它受到充裕氢气的保护，使催化剂的中毒几率减少，从而改善了催化剂的活性和寿命。

3.副反应（产品）减少。

内置大面积、高传热系数的传热板，排布采用多路进出冷却流体介质，使加氢反应器内相对的等温工况，副反应（产品）减少等。