加氫反應器的發展現狀及發展方向分析

（青島蘭石重型機械設備有限公司 山東 266555）

1.加氫反應器

(1)加氫反應器作用

在加工石油原油的時候，出于高質量加工產品獲取及化工原料產量顯著增加的考慮，加氫工藝及其裝置應運而生，同時這項工藝技術也能在劣質原油及硫元素含量較高的原油加工環境中良好的運行。作為加氫裂化裝置核心組成部分的加氫反應器，以當前的技術視野看來，可以劃分為加氫精制、裂化反應器兩類。這一裝置的核心作用就是為石油原油和氫氣提供承載反應所需催化劑及溫度條件的場所。在當前煉油技術持續更迭發展的影響下，熱壁結構的加氫反應器因其在加工效率、故障發生率、組成結構等方面具備的優勢得以在加氫裝置中規模化應用。

(2)加氫反應器分類

①冷壁結構

冷壁電抗器在設備內壁設有非金屬絕緣層，或內襯不銹鋼護套。整個反應器的設計壁溫降到300℃以下，H2和H2S的腐蝕速率大大降低，對鋼材的要求不如熱壁反應器高。由于冷壁反應器的保溫層占據了內殼空間，降低了反應器容積的利用率。在介質的沖刷作用下，熱流體滲入墻體，導致墻體過熱。因此，反應堆的安全隱患大大增加，嚴重時甚至造成裝置被迫停運。

②熱壁結構

熱壁反應器使用更安全，不易發生局部過熱。它能充分利用反應器容積，有效容積利用率可達80%-90%。熱壁反應器施工周期短，生產維護方便。但熱壁反應器沒有內保溫層，且筒壁溫度與內反應溫度相差不大，因此對整體鋼材要求較高。目前，隨著材料的進步和發展，加氫串聯反應器的設計多為熱壁式。

2.加氫反應器的發展階段

關于加氫反應器發展主要可以分成四個階段：

第一階段，20世紀60年代末，日本生產了第一臺加氫反應器。反應堆頂蓋由拼焊結構制成。反應器外殼材料逐漸發展為鉻鉬鋼板和鍛件，內殼材料為帶狀堆焊不銹鋼。

第二階段，20世紀70年代，經過幾年的使用，逐漸暴露出材料脆化的問題。反應堆封頭從拼接結構發展到整體結構。隨著焊接技術的快速發展，反應堆封頭的質量比第一階段有了很大的提高。在這個階段，中國的石化工業開始逐步發展，加氫裂化反應器也逐漸引進。

第三階段，20世紀80年代，加氫反應器的設計制造趨于成熟，我國開始研究制造鍛造焊接結構的加氫反應器。1989年，我國首臺1000噸鍛焊結構熱壁加氫反應器在遼寧省投產。

第四階段，20世紀90年代，為保證加氫裝置長期連續運行的良好可靠性，開發了在450℃以上高溫下仍能滿足高強度要求的鉻鉬鋼和添加釩的改進型鉻鉬鋼。

3.加氫反應器發展

(1)發展現狀

高溫高壓加氫技術因其獨有的一些優勢在石油煉油工業中已經應用持續近半個世紀的時間。在進入現代科技社會之后，加氫裂化及脫硫兩項工藝也處于一種持續完善發展的狀態下。出于輕質油品需求持續提升、裂解重質石油原油之后的精制等諸多方面的考慮，與加氫反應器、加氫精制裝置和加氫裂化裝置的相關的設施制造核心技術得到了持續的研究及升級，并且這些裝置制造所用的材料也隨著材料學的發展逐漸更新。但不可忽視的是加氫反應器在使用中也逐漸暴露出一些使用問題，其維護和壽命延長技術越來越受到人們的重視。事實上，從20世紀60年代至今，一直存在著加氫反應器失靈的問題。以2009年華北某石油廠發生的一起事故為例，爐管上彎頭突然破裂爆燃，引發爐膛火災，這是由于局部應力集中導致熱爐管破裂所致。從本質上也說明了加氫反應器本身存在的問題，加氫反應是放熱反應，會使床層溫度升高，但不會發生局部過熱，一旦發生，就有可能發生此類生產事故。

(2)技術進展

①設計技術不斷優化

加氫反應器設計最重要的準則是安全性原則。從設計觀點和方法上看，之前慣用的常規設計已經不再適用于當今技術背景下的加氫反應器設計中，將塑性及彈性破壞準則二者作為基礎的分析設計逐漸取代了單一化將彈性破壞準則作為基礎的常規設計。通過計算其中高應力及溫度區流場和應力使用流體分析模型及應力分析技術，極大的提高整體計算結果的精準程度。

②應用材料逐漸改良

我國在制造加氫反應器的發展歷程中，2.25Cr-1Mo鋼作為常見且使用最廣的材料，在全面總結其使用經驗的前提下，研發出了改進版的2.25Cr-1Mo鋼以及2.25Ct-I0鋼兩種滿足當前制造需求的加氫反應器材料，前者其抗拉強度較之之前傳統的鋼提升了70MPa左右，達到了585～760MPa。這種改進版的型鋼材料只是在傳統型鋼中添加了0.2%～0.3%釩金屬元素，使得傳統的型鋼材料在強度水平、抗高溫回火脆性、對焊層抗氫剝離性能得到了極大的提升。

4.加氫反應器的發展方向和發展趨勢分析

(1)加氫技術不斷優化，清潔化發展成趨勢

近年來，隨著我國原油資源消耗量的不斷上升，原油進口總量也在不斷增加。由于進口原油劣質、重質化程度遠未嚴重，煉油化工領域也面臨著巨大的發展壓力。加氫技術的出現使重油變得更輕、更清潔，實現清潔生產和能源的高效轉化成為石化企業可持續發展的關鍵。目前，固定床加氫技術廣泛應用于劣質稠油的處理。氫氣和原料油經加熱后，從頂部進入反應器，通過催化劑床層，大部分硫、氮、金屬和其他高碳化合物可以被脫除。工作壓力一般可達20MPa，轉化率可達50%以上。

今后需要指出的是，原油的劣質程度進一步加劇，這就迫切需要不斷提高劣質重油資源的利用率，實現輕量化、清潔化處理。要進一步加大對多功能復合催化劑的研究，不斷提高催化劑的脫硫率、脫碳率和脫金屬率，充分保證催化劑在整個處理過程中的進料率控制在0.5%～5%之間，實現催化劑的循環利用整個加氫處理工藝，有效降低催化劑的使用成本。在加氫技術的實際應用中，通常會有一定量的渣油外排。如果能進一步優化對接處理工藝，合理利用渣油，就可以避免環境污染，促進我國能源供應的穩定發展，這也是今后重點研究方向。

(2)提升優質餾分油品質，提升技術含量

近年來，市場對各類油品，特別是優質中餾分油產品的需求不斷增加，因此，改變生產方案、提升生產工藝十分必要。非晶態加氫裂化催化劑在加氫裂化過程中曾是最大限度地生產中間餾分油的主要工藝，但其缺點是反應起始溫度較高。

重、劣質原料加工難度大。為了避免原料中有機氮化物對加氫裂化催化劑活性的不利影響，應優化整體工藝流程，提高餾分油質量。以提高中間餾分油收率的加氫裂化方法為例，將新鮮原料油同時平行流引入加氫反應器Ⅰ和加氫反應器Ⅱ。在“順序流”加氫裂化工段，加氫處理與加氫裂化串聯，加氫反應器Ⅱ內填充分子篩加氫裂化催化劑。在“平行流”加氫裂化工段，僅使用非晶態加氫裂化催化劑對尾油進行循環裂化，可獲得約50%的氫產品，提高整體反應空速，減少整個裝置的反應器體積。該方法可以最大限度地生產中間餾分油，根據情況靈活調整生產方案，最大限度地生產柴油或噴氣燃料。技術進步給我們的工作帶來了更多的可能性。經過多年的發展，我國自主研發的成套技術和自主集成創新的大型技術已得到成功應用，但事實上，關鍵技術仍需從國外引進，國內技術應用還比較狹窄。因此，必須加強技術研究，提升技術含量，不斷系統地創新、改造、優化、提高，從而增強其核心競爭力。

(3)加快產品出口，提升市場競爭力

我國企業要想提升市場競爭力，就要做好產品研究，積極擴寬海外市場，尤其是在當下，隨著我國化工行業的飽和，產能過剩的問題不可避免，而本質上更需要在滿足國內市場的需求基礎上，提升出口量，并解決國內的產能過剩的問題，由于下游的需求量適中是有限的，當下產業發展面臨著更大的競爭，因此需要綜合考慮項目的發展，結合項目的實際發展情況分析，避免不必要的經濟損失。在產能調整和整體的勞動力成本提升的前提之下，更應當建立平衡機制，優化產業布局，運用各種方式協調產業鏈的不平衡等一系列的問題。同時，目前我國加氫生產裝置的用途比較固定，長此以往也會產生市場風險，因此需要積極拓寬新興市場，規避化工需求空間，以降低化工生產的市場風險問題。

5.結語

總而言之，在當今的市場背景之下，逐漸優化加氫反應器的運用模式，優化運行效能已經成為必然趨勢，而總的來說，加氫反應器的發展應朝著高質量和協調的方向發展。因此，解決加氫反應器反應中存在的一些問題至關重要。例如，最常見的問題是高溫氫腐蝕、氫脆、H2S腐蝕和聚磺酸的應力腐蝕開裂。因此，在實際應用中應提高整體設計效率。創建高質量的項目。加氫反應器的優化和發展與整個行業的發展息息相關，更應當做好技術的研究，提升加氫反應器本身的穩定性。同時還應當提升反應的效率，降低反應污染物的排放，進而不斷提升企業的核心競爭力，降低生產風險。