加氫反應器
關注創建者：匿名 創建時間：2021-07-22
加氫反應器的視頻教程
Comsol在化工行業仿真中的應用 ——基于反應器的多物理場耦合
反應器是實現反應過程的設備，廣泛應用于化工、煉油、冶金、輕工等工業部門，以工業反應器中進行的反應過程為研究對象，運用數學模型方法建立反應器數學模型，研究反應器傳遞過程對化學反應的影響以及反應器動態特性和反應器參數敏感性，以實現工業反應器的可靠設計和操作控制。
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加氫反應器的實例教程
中國重大裝備制造領域日前再度刷新紀錄——總重達2400噸的260萬噸/年沸騰床渣油鍛焊加氫反應器，日前在國機重裝鎮江公司制造成功。4月28日，這臺巨無霸級的“龐然大物”由“萬里長江第一吊”吊裝上船，發運用戶。
這臺由中國機械工業集團有限公司（國機集團）所屬國機重型裝備集團股份有限公司（國機重裝）核心制造企業二重裝備研制的加氫反應器，是國內煉油板塊的首套沸騰床渣油加氫反應器。
創造了當今加氫反應器兩個“世界之最”：
一是產品的重量“世界之最”，這臺加氫反應器總長超過70米、外徑5.4米、重量達2400噸；
二是制造技術工藝復雜性“世界之最”，其制造工藝和復雜性均突破了世界加氫反應器極限制造紀錄。
就在今年3月28日，我國首家集科工貿為一體的高端重型裝備制造旗艦——國機重裝成立。國機重裝首秀實力，即推沸騰床渣油鍛焊加氫反應器，打破同類產品極限制造多項世界紀錄，展現了重大裝備制造在變革中迸發的氣勢磅礴的“中國力量”。
石油煉化結構調整與提質升級事關國家能源安全，是石油煉化工業技術進步的重大舉措。260萬噸/年提質升級項目，正是貫徹國家能源戰略，打造具有自主知識產權渣油加氫技術體系的創新工程。其核心裝備沸騰床渣油鍛焊加氫反應器的制造是整個項目成敗的關鍵。
據悉，260萬噸/年沸騰床渣油鍛焊加氫反應器項目建成投產后，可最大程度提高渣油轉化水平，將渣油轉化率提升至85%，而原裝置僅為40%~50%。同時，降低延遲焦化負荷，提升輕質油產能，使中國石油煉化工藝技術躋身世界先進行列，有力支撐國家能源戰略的實施，出色詮釋了新時代產業工人的風采。
由于產品超大、超重、超限，其運輸、吊裝、發運也創造了國內整體聯合吊裝新紀錄——產品及吊裝輔具總重量達驚人的2500噸。
展開 加氫反應器的基本原理及結構
加氫反應器操作于高溫高壓臨氫環境下，并且進入反應器的物料往往都含有硫和氮等雜質，和氫反應生成具有腐蝕性的硫化氫和氨。另外，加氫反應是放熱反應，會使床層溫度升高，但又不能出現局部過熱現象。
加氫反應器的分類
依據催化加氫過程進料原料油性質的不同，相應地所采用的工藝流程和催化劑是不相同的，其反應的形式也有各異，一般有三種類型：固定床反應器、移動床反應器和流化床反應器。
根據反應器使用狀態下，高溫介質是否與器壁接觸，可以分為冷壁結構及熱壁結構。
冷壁式反應器
冷壁式反應器是在設備內壁設置非金屬隔熱層，有些還在隔熱層內襯不銹鋼套，使反應器的設計壁溫降至300℃以下，因而就可以選用15CrMoR或碳鋼，內壁也不用堆焊不銹鋼，從而大大降低了制造難度。
但由于冷壁式反應器的隔熱層占據內殼空間，減少了反應器容積的利用率，浪費了材料，而且冷壁式反應器內的非金屬隔熱層在介質的沖刷下，或在溫度的變化中易損壞，操作一段時間后可能就需要修理或更換，且施工和修理費用較高。如果操作時襯里脫落，襯里脫落處附近的反應器壁會超過設計溫度，從外觀看，該處油漆會變色。因此反應器的不安全隱患大大增加，嚴重時甚至造成裝置的被迫停車。
熱壁式反應器
熱壁式反應器的器壁直接與介質接觸，器壁溫度與操作溫度基本一致，所以被稱為熱壁式反應器。雖然熱壁反應器的制造難度較大，一次性投資較高，但它可以保證長周期安全運行，目前已在國際上普遍采用。
展開 9月10日，中國一重提前一個月完成中國石化中科煉化首批鍛焊加氫反應器——渣油加氫、加氫裂化兩套裝置共計5臺反應器的制造任務，并在大連前鹽石化生產制造基地順利裝船發運。
中石化中科（廣東）煉化有限公司執行董事、總經理吳惜偉，中石化洛陽工程有限公司副總經理朱華興，股份公司副總經理許崇勇等領導共同見證了發運過程。
中科項目是中石化轉方式調結構、提質增效升級的重要項目，總投資達400多億元，計劃2019年底全面建成投產。2017年，中國一重承擔了中石化“四大基地”率先啟動的茂湛基地的5臺鍛焊加氫反應器、1臺超大換熱器，以及茂名石化漿態床渣油加氫項目中的3臺加氫反應器的制造任務。
制造過程中，中國一重秉承“石化精品、以快制勝、以質決勝”生產管理理念，以質量促進度，提高生產效率，提前一個月完成5臺設備的制造任務，滿足了中科煉化公司的項目建設需求。
許崇勇說，中國一重經過30多年艱苦奮斗和國際化洗禮，為國內外業主交付了1000余臺容器設備，創造了近30多萬噸壓力容器制造業績，生產工藝和制造技術達到世界先進水平，樹立了“中國一重”良好品牌形象，成為世界上最大的重型壓力容器制造商。中國一重將以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，認真貫徹黨的十九大精神，堅持誠信共贏的市場理念，與中科煉化攜手同行，以中國一重的品牌和優質服務，全力助推中科煉化項目的建設發展，為中國石化事業的發展作出更大貢獻。
吳惜偉說，中國石化是我國最大的能源化工一體化公司，也是世界第一大煉油公司和第二大化工公司。雙方在長期的合作中成為堅強的戰略合作伙伴，建立了高度的信任和深厚的友誼，實現了合作共贏、共同發展。
展開 01
反應器
下表列出了加氫裝置在不同年代投用的最重、直徑最大或最厚反應器情況。
反應器大型化的同時，必然通過采用高強鋼種、提高材料許用應力、實施新工藝等途徑實現設備輕量化。大型化反應器配套的內構件是裝置長周期穩定運行、最大限度發揮催化劑性能的重要因素，也是反應器大型化成功的重要因素之一。
現場組焊技術的發展，解決了反應器大型化的運輸問題，使受限地區也可以建設大型加氫裝置。
大型吊裝設備的發展，解決了吊裝占地及吊裝安全風險大的問題。
02
高壓換熱器
下表列出了加氫裝置在不同年代投用的不同型式、不同材料、直徑最大的高壓換熱器情況。
加氫裝置高壓換熱器的大型化，除保證高壓、高溫換熱器在結構、材料、換熱元件和管束支撐結構的有機統一外，實現長周期運行過程的零泄漏也是大型化的目標之一。
用纏繞管代替螺紋鎖緊環是加氫裝置高壓換熱器大型化未來的發展方向。
03
反應加熱爐
對于氫氣加熱爐，通過對稱布置可滿足大型化要求；對于兩相反應進料加熱爐，部分專利商只允許對稱布置2管程、最大外徑219mm爐管，這造成單爐無法滿足要求，需要設置兩臺加熱爐；當油、氫氣每路分別設置調節閥時，部分專利商允許采用4管程、最大外徑219mm爐管對稱布置反應加熱爐，可基本解決反應加熱爐大型化問題。
優化換熱流程，降低加熱爐燃料消耗，使單反應加熱爐滿足加氫裝置大型化要求是未來反應加熱爐的發展目標。對于反應熱較大的加氫裂化裝置，將反應加熱爐設計為開工爐是加氫裂化裝置反應加熱爐大型化的方向。
展開 2.2.4 能耗成本分析
以本文所研究的加氫反應器相同尺寸的筒體為例，進行能耗統計分析。表 2 給出了加氫反應器筒體合攏縫采用卡式爐、模塊化爐及感應加熱的能耗對比。從統計的數據來看，中頻感應加熱節能效果顯著，熱處理成本較低，是卡式爐加熱的 21.4%，是模塊化爐的 20%。
2.3 中頻感應加熱技術的推廣應用
通過上述均溫性試驗研究，驗證了感應加熱技術可行性和經濟性。中國一重將中頻感應加熱技術應用到神華煤制油加氫反應器總裝縫的最終熱處理。除此之外，青島蘭石將中頻感應加熱技術在某化工企業 300 萬 t/年渣油加氫裂化裝置千噸級鍛焊式懸浮床反應器總裝縫局部熱處理上成功應用，如圖 16 所示。中頻感應加熱技術在加氫反應器上的成功應用，對我國加氫反應器的制造效率和產品質量具有重大意義。
3 結論
(1) 超厚板感應加熱均溫性試驗結果表明，從單側進行感應加熱，在整個工件厚度截面加熱過程中溫差控制 17 ℃以內，尤其是淺表面感應渦電流集中區域無明顯溫度突變區域。
(2) 超厚加氫反應器筒體環縫在感應加熱保溫過程中均溫區最大溫差為 12 ℃，能夠滿足 GB/T150 及 GB/T 30583 的均溫區溫差要求。
(3) 電磁感應加熱清潔、環保、高效，加熱參數調整方便，控溫精度高，可在大型厚壁容器局部熱處理中推廣應用。
參 考 文 獻
[1] 申文飛，張立文，張馳，等. 加氫反應器焊后局部熱處理過程數值模擬與工藝優化[J]. 金屬熱處理，2018，43(2)：213-217.
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本案例為鈉基干法脫硫+布袋除塵器工藝，袋除塵器前設置SDS反應器，反應器采用內外套筒式，以增加煙氣及小蘇打在管道中的混合時間；靜態混合器分螺旋葉片式：在煙道內安裝固定螺旋葉片，強制煙氣產生旋轉流動，延長停留時間（可增加0.5~2秒），適用于中小流速（8~15m/s）。優化參數一般為：葉片傾角（30°~60°）、葉片數量（3~6片）、重疊率（20%~40%）。擋板式：交錯布置的垂直擋板形成湍流區
本案例為某鋼鐵有限公司2×600t/d石灰雙膛窯SDS脫硫反應器，脫硫工藝采用鈉基干法脫硫+布袋除塵器方案；本次模擬主要有兩個目的：（1）由于冬季SDS反應器內煙氣溫度較低（約70℃），需通過熱風爐將煙氣加熱至約150℃，因此，需對熱風爐后的溫度場進行模擬，并添加合適導流形式，以保證在短距離內可實現溫度的均勻分布；（2）小蘇打噴槍沿煙道徑向垂直深入，為保證均勻噴射，對噴射點及后續流場進行模擬
該模型為一種檢修平臺與脫硝反應器一體結構，根據圖紙建立如下圖1所示模型進行有限元分析計算。
模型建立與簡化
幾何整合：
需精確建模反應器殼體（通常為鋼板焊接結構）、內部催化劑支撐梁、檢修平臺（含踏步、欄桿、支撐框架）及連接部件（螺栓/焊縫）。
接觸關系：
定義平臺與反應器之間的接觸類型（如綁定接觸、摩擦接觸），模擬焊接或螺栓連接的真實剛度。
網格劃分：
關鍵詞：FLUENT，撞擊流，結構優化，計算流體力學，流場特性
撞擊流是強化流體微觀混合的有效方式之一，其原理是通過兩股或多股流束在同一空間點相互撞擊造成強烈湍流，撞擊流式反應器具有高效的微觀混合特性，能夠產生強烈的壓力波動，提高原料液分子間有效碰撞的概率，其性質優越，具有很大的應用潛力。對撞擊流式反應器的研究目前也相當成熟，利用數值模擬方法對撞擊流式反應器進行流場分析是常用的技術手段。
煉化設備
煉化設備仿真分析
安全性、可靠性校核
? 壓力容器強度，耐久性評估
? 壓力容器抗震分析
? 壓力容器失穩分析
? 離心式空氣壓縮機的振動分析
? 預處理塔應力及疲勞分析
? 換熱器溫度場和應力分析
? 地基基礎分析
? 鋼結構評估
? 加氫反應器的結構評估
滿足工藝性能要求，優化效率
? 加氫反應器的流場
? 離心式空氣壓縮機的流動分析
對于超大直徑超壁厚的此類容器，卡式爐加熱是我國加氫反應器總裝環縫局部熱處理的主要方法[5]。加氫反應器材料為加釩鋼時，熱處理溫度為 705 ℃±14 ℃[4]。材料為鉻鉬鋼時，熱處理溫度為 690 ℃±14 ℃。保溫過程中的溫差不能超過 28 ℃[4]。可見，加氫反應器在局部熱處理中對溫度均勻性的要求較高。溫度過高或過低都不利于獲得最佳的母材、焊縫的抗回火脆化性能和理想的綜合力學性能。
氣固體系
5.1 流化床反應器分析
5.2 固定床反應器反應過程模擬
5.3 加氫裂解反應器冷氫箱優化設計
5.4 徑向移動床反應器反應過程模擬
6.
對于鉻鎳型奧氏體不銹鋼，特別是鉻鎳鉬型不銹鋼，易發生δ→σ相轉變，這主要是由于鉻、鉬元素具有明顯的σ化作用，當焊縫中δ鐵素體含量超過12％時，δ→σ的轉變非常明顯，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什么熱壁加氫反應器內壁堆焊層將δ鐵素體含量控制在3％~10％的原因。
2.
管式反應器是化工行業中經常使用的一種設備，用于幫助進行連續大規模的生產。通過模擬管式反應器的解離過程，可以對這些設備進行準確分析。在這篇文章中，我們通過對反應器等溫和非等溫情況下的模擬研究的比較，展示了 COMSOL 化學反應工程模塊的許多有用功能。您也可以在自己的仿真中使用這些功能。
管式反應器：化學工業中的一種常見設備
如果你觀察過管式反應器的內部，就會發現反應物在高速流動并不斷進行反應
試分析該加氫反應器裙座支撐區的機械應力。
