加氢反应器的发展现状及发展方向分析

（青岛兰石重型机械设备有限公司 山东 266555）

1.加氢反应器

(1)加氢反应器作用

在加工石油原油的时候，出于高质量加工产品获取及化工原料产量显著增加的考虑，加氢工艺及其装置应运而生，同时这项工艺技术也能在劣质原油及硫元素含量较高的原油加工环境中良好的运行。作为加氢裂化装置核心组成部分的加氢反应器，以当前的技术视野看来，可以划分为加氢精制、裂化反应器两类。这一装置的核心作用就是为石油原油和氢气提供承载反应所需催化剂及温度条件的场所。在当前炼油技术持续更迭发展的影响下，热壁结构的加氢反应器因其在加工效率、故障发生率、组成结构等方面具备的优势得以在加氢装置中规模化应用。

(2)加氢反应器分类

①冷壁结构

冷壁电抗器在设备内壁设有非金属绝缘层，或内衬不锈钢护套。整个反应器的设计壁温降到300℃以下，H2和H2S的腐蚀速率大大降低，对钢材的要求不如热壁反应器高。由于冷壁反应器的保温层占据了内壳空间，降低了反应器容积的利用率。在介质的冲刷作用下，热流体渗入墙体，导致墙体过热。因此，反应堆的安全隐患大大增加，严重时甚至造成装置被迫停运。

②热壁结构

热壁反应器使用更安全，不易发生局部过热。它能充分利用反应器容积，有效容积利用率可达80%-90%。热壁反应器施工周期短，生产维护方便。但热壁反应器没有内保温层，且筒壁温度与内反应温度相差不大，因此对整体钢材要求较高。目前，随着材料的进步和发展，加氢串联反应器的设计多为热壁式。

2.加氢反应器的发展阶段

关于加氢反应器发展主要可以分成四个阶段：

第一阶段，20世纪60年代末，日本生产了第一台加氢反应器。反应堆顶盖由拼焊结构制成。反应器外壳材料逐渐发展为铬钼钢板和锻件，内壳材料为带状堆焊不锈钢。

第二阶段，20世纪70年代，经过几年的使用，逐渐暴露出材料脆化的问题。反应堆封头从拼接结构发展到整体结构。随着焊接技术的快速发展，反应堆封头的质量比第一阶段有了很大的提高。在这个阶段，中国的石化工业开始逐步发展，加氢裂化反应器也逐渐引进。

第三阶段，20世纪80年代，加氢反应器的设计制造趋于成熟，我国开始研究制造锻造焊接结构的加氢反应器。1989年，我国首台1000吨锻焊结构热壁加氢反应器在辽宁省投产。

第四阶段，20世纪90年代，为保证加氢装置长期连续运行的良好可靠性，开发了在450℃以上高温下仍能满足高强度要求的铬钼钢和添加钒的改进型铬钼钢。

3.加氢反应器发展

(1)发展现状

高温高压加氢技术因其独有的一些优势在石油炼油工业中已经应用持续近半个世纪的时间。在进入现代科技社会之后，加氢裂化及脱硫两项工艺也处于一种持续完善发展的状态下。出于轻质油品需求持续提升、裂解重质石油原油之后的精制等诸多方面的考虑，与加氢反应器、加氢精制装置和加氢裂化装置的相关的设施制造核心技术得到了持续的研究及升级，并且这些装置制造所用的材料也随着材料学的发展逐渐更新。但不可忽视的是加氢反应器在使用中也逐渐暴露出一些使用问题，其维护和寿命延长技术越来越受到人们的重视。事实上，从20世纪60年代至今，一直存在着加氢反应器失灵的问题。以2009年华北某石油厂发生的一起事故为例，炉管上弯头突然破裂爆燃，引发炉膛火灾，这是由于局部应力集中导致热炉管破裂所致。从本质上也说明了加氢反应器本身存在的问题，加氢反应是放热反应，会使床层温度升高，但不会发生局部过热，一旦发生，就有可能发生此类生产事故。

(2)技术进展

①设计技术不断优化

加氢反应器设计最重要的准则是安全性原则。从设计观点和方法上看，之前惯用的常规设计已经不再适用于当今技术背景下的加氢反应器设计中，将塑性及弹性破坏准则二者作为基础的分析设计逐渐取代了单一化将弹性破坏准则作为基础的常规设计。通过计算其中高应力及温度区流场和应力使用流体分析模型及应力分析技术，极大的提高整体计算结果的精准程度。

②应用材料逐渐改良

我国在制造加氢反应器的发展历程中，2.25Cr-1Mo钢作为常见且使用最广的材料，在全面总结其使用经验的前提下，研发出了改进版的2.25Cr-1Mo钢以及2.25Ct-I0钢两种满足当前制造需求的加氢反应器材料，前者其抗拉强度较之之前传统的钢提升了70MPa左右，达到了585～760MPa。这种改进版的型钢材料只是在传统型钢中添加了0.2%～0.3%钒金属元素，使得传统的型钢材料在强度水平、抗高温回火脆性、对焊层抗氢剥离性能得到了极大的提升。

4.加氢反应器的发展方向和发展趋势分析

(1)加氢技术不断优化，清洁化发展成趋势

近年来，随着我国原油资源消耗量的不断上升，原油进口总量也在不断增加。由于进口原油劣质、重质化程度远未严重，炼油化工领域也面临着巨大的发展压力。加氢技术的出现使重油变得更轻、更清洁，实现清洁生产和能源的高效转化成为石化企业可持续发展的关键。目前，固定床加氢技术广泛应用于劣质稠油的处理。氢气和原料油经加热后，从顶部进入反应器，通过催化剂床层，大部分硫、氮、金属和其他高碳化合物可以被脱除。工作压力一般可达20MPa，转化率可达50%以上。

今后需要指出的是，原油的劣质程度进一步加剧，这就迫切需要不断提高劣质重油资源的利用率，实现轻量化、清洁化处理。要进一步加大对多功能复合催化剂的研究，不断提高催化剂的脱硫率、脱碳率和脱金属率，充分保证催化剂在整个处理过程中的进料率控制在0.5%～5%之间，实现催化剂的循环利用整个加氢处理工艺，有效降低催化剂的使用成本。在加氢技术的实际应用中，通常会有一定量的渣油外排。如果能进一步优化对接处理工艺，合理利用渣油，就可以避免环境污染，促进我国能源供应的稳定发展，这也是今后重点研究方向。

(2)提升优质馏分油品质，提升技术含量

近年来，市场对各类油品，特别是优质中馏分油产品的需求不断增加，因此，改变生产方案、提升生产工艺十分必要。非晶态加氢裂化催化剂在加氢裂化过程中曾是最大限度地生产中间馏分油的主要工艺，但其缺点是反应起始温度较高。

重、劣质原料加工难度大。为了避免原料中有机氮化物对加氢裂化催化剂活性的不利影响，应优化整体工艺流程，提高馏分油质量。以提高中间馏分油收率的加氢裂化方法为例，将新鲜原料油同时平行流引入加氢反应器Ⅰ和加氢反应器Ⅱ。在“顺序流”加氢裂化工段，加氢处理与加氢裂化串联，加氢反应器Ⅱ内填充分子筛加氢裂化催化剂。在“平行流”加氢裂化工段，仅使用非晶态加氢裂化催化剂对尾油进行循环裂化，可获得约50%的氢产品，提高整体反应空速，减少整个装置的反应器体积。该方法可以最大限度地生产中间馏分油，根据情况灵活调整生产方案，最大限度地生产柴油或喷气燃料。技术进步给我们的工作带来了更多的可能性。经过多年的发展，我国自主研发的成套技术和自主集成创新的大型技术已得到成功应用，但事实上，关键技术仍需从国外引进，国内技术应用还比较狭窄。因此，必须加强技术研究，提升技术含量，不断系统地创新、改造、优化、提高，从而增强其核心竞争力。

(3)加快产品出口，提升市场竞争力

我国企业要想提升市场竞争力，就要做好产品研究，积极扩宽海外市场，尤其是在当下，随着我国化工行业的饱和，产能过剩的问题不可避免，而本质上更需要在满足国内市场的需求基础上，提升出口量，并解决国内的产能过剩的问题，由于下游的需求量适中是有限的，当下产业发展面临着更大的竞争，因此需要综合考虑项目的发展，结合项目的实际发展情况分析，避免不必要的经济损失。在产能调整和整体的劳动力成本提升的前提之下，更应当建立平衡机制，优化产业布局，运用各种方式协调产业链的不平衡等一系列的问题。同时，目前我国加氢生产装置的用途比较固定，长此以往也会产生市场风险，因此需要积极拓宽新兴市场，规避化工需求空间，以降低化工生产的市场风险问题。

5.结语

总而言之，在当今的市场背景之下，逐渐优化加氢反应器的运用模式，优化运行效能已经成为必然趋势，而总的来说，加氢反应器的发展应朝着高质量和协调的方向发展。因此，解决加氢反应器反应中存在的一些问题至关重要。例如，最常见的问题是高温氢腐蚀、氢脆、H2S腐蚀和聚磺酸的应力腐蚀开裂。因此，在实际应用中应提高整体设计效率。创建高质量的项目。加氢反应器的优化和发展与整个行业的发展息息相关，更应当做好技术的研究，提升加氢反应器本身的稳定性。同时还应当提升反应的效率，降低反应污染物的排放，进而不断提升企业的核心竞争力，降低生产风险。