石腦油加氫裝置反應(yīng)器床層差壓快速上升原因分析及對策*

王 巍，吳 軍

（中國石化齊魯分公司勝利煉油廠，山東淄博255400）

石腦油加氫裝置反應(yīng)器床層差壓快速上升原因分析及對策*

王 巍，吳 軍

（中國石化齊魯分公司勝利煉油廠，山東淄博255400）

石腦油加氫裝置床層差壓迅速上升嚴重影響裝置長周期安全運行。通過對各部位垢樣分析，發(fā)現(xiàn)原料攜帶鈉鹽造成反應(yīng)器頂部結(jié)蓋及保護劑級配缺陷，是造成前述現(xiàn)象的兩個主要原因。目前已采取級配完善措施，裝置運行6個月尚無壓降問題。

石腦油加氫；差壓；反抽提；級配

齊魯煉廠50萬t/a石腦油加氫裝置第3周期于2009年5月17日開工，7月21日發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器R101床層總壓降由原0.05MPa急升至0.16MPa，一床壓降0.124MPa；7月22日床層總壓降繼續(xù)增至0.22MPa。為防止床層壓降上升過快，采取了原料分流、適時提大循環(huán)油及降低反應(yīng)器入口溫度等一系列措施維持裝置運轉(zhuǎn)。至2010年1月31日停工前，床層差壓持續(xù)上升，最高至0.26 MPa。2010年1月31日～2月5日對該反應(yīng)器進行了撇頂處理。

本文對該裝置第3周期反應(yīng)器差壓上升過快的原因進行了分析，并提出了對策和建議。

1 裝置簡介

50萬t/a石腦油加氫裝置系由80萬t/a柴油加氫裝置改造而來，系統(tǒng)設(shè)計壓力3.8 MPa。裝置采用焦化汽油直供料方式，上游裝置設(shè)汽油出裝置過濾器；反應(yīng)器包括2個床層，反應(yīng)器入口設(shè)置分布器、泡罩盤及積垢籃。系統(tǒng)流程簡圖見圖1。目前該裝置已運行至第3周期，各周期運行情況及差壓情況見表1、2。

圖1 石腦油加氫裝置反應(yīng)系統(tǒng)流程簡圖Fig.1 Flowdiagramofnaphthahydrotreatingunit

表1 石腦油加氫裝置各運行周期劃分Table 1 Runningperiodofnaphthahydrotreatingunit

表2 石腦油加氫裝置反應(yīng)器各周期差壓情況Table 2 Pressure dropofeveryperiodinnaphthahydrotreatingunit

第3周期差壓迅速上升出現(xiàn)在運行64 d時，相當于第2周期出現(xiàn)差壓問題運行時間的1/10，相當于第2周期開始加工3#焦化汽油后出現(xiàn)差壓問題運行時間的1/5。

2 第3周期差壓快速上升原因分析

2.1 分布器結(jié)垢情況分析[1]

第3周期開工不足9個月，第2周期開工22個月，對照2個周期分布器結(jié)焦情況可以發(fā)現(xiàn)第2周期分布器內(nèi)外壁均有3 mm左右的結(jié)焦物掛壁，而第3周期內(nèi)外壁非常干凈，所以第3周期壓降快速上升不是分布器原因。

2.2 分配盤結(jié)焦情況分析[1]

第2周期結(jié)束取出反應(yīng)器分布器后發(fā)現(xiàn)分配盤已全部結(jié)焦覆蓋至近泡帽頂部，高度近20 cm；第3周期取出分布器發(fā)現(xiàn)分配盤焦高20 mm，泡帽齒縫的70%被堵住。第3周期反應(yīng)器床層最高壓降為上周期的93%，泡罩盤焦高為第2周期1/10；由此推斷第3周期壓降形成分配盤不是主要原因。2.3 積垢籃結(jié)焦情況分析[1]

第2周期積垢籃外側(cè)壁已全部結(jié)焦覆蓋，第3周期開工時間雖為第2周期的41%，但積垢籃頂部1/3處以下（約70%高度）均被結(jié)焦覆蓋。由此推斷反應(yīng)器床層壓降主要集中在積垢籃部位。

2.4 垢樣數(shù)據(jù)分析

因第1周期無垢物樣品，故只對第2、3周期進行比較。2周期反應(yīng)系統(tǒng)垢樣采用元素半定量X射線-熒光光譜分析法進行分析，分析數(shù)據(jù)見表3。

表3 石腦油加氫裝置第2、3周期垢樣分析數(shù)據(jù)Table 3 Analysis dataof scales of secondandthirdperiods innaphthahydrotreating unit

加氫反應(yīng)器積垢籃第Ⅱ周期下部插入主催化劑201 mm，第Ⅲ周期（1）插入主催化劑110 mm，所以這兩次積垢籃底部垢樣主要成份鈷、鉬、鎢、鎳與催化劑組成吻合不屬異常；鋁、氧（部分）、磷、硅4元素主要異常偏高數(shù)據(jù)也出現(xiàn)在催化劑床層部位，催化劑擔體主要為Al2O3，磷為催化劑助劑，所以此兩類數(shù)據(jù)在此部位出現(xiàn)也不屬異常；明顯異常的兩類元素為鈉和硅。

2.4.1 垢樣中鈉含量異常情況分析

垢樣分析數(shù)據(jù)鈉元素的質(zhì)量分數(shù)高達20%之多，集中在分配盤及保護劑垢樣中，2010年積垢籃垢樣中鈉含量顯著高于2009年。

如此多的鈉元素來源只可能由上游原料攜帶，分析發(fā)現(xiàn)焦化液化氣脫硫醇裝置存在汽油反抽提過程，并且兩套脫硫醇裝置反抽提汽油溶解二硫化物后，經(jīng)界控方式抽出均并入兩套焦化裝置穩(wěn)定汽油出裝置流程，見圖2。

圖2 液化氣脫硫醇汽油反抽提流程示意圖Fig.2 Flow diagramof converse extractionof naphthain gasoline sweetening unit

反抽提過程攜帶堿液應(yīng)該是鈉最可能的引入過程。從兩套焦化液化氣脫硫醇反抽提汽油投用時間觀察，3#焦化反抽提汽油投用于2008年底，此后2個月石腦油加氫裝置差壓即出現(xiàn)拐點并迅速上升至0.108 MPa，直至2個月后停工換劑差壓未再下降；2#焦化反抽提汽油投用于2009年5月25日（石腦油加氫裝置第3周期開工初期），64 d即出現(xiàn)前面述及的差壓快速上升問題。石腦油加氫裝置壓降上升時間與兩套脫硫醇反抽提汽油并入時間基本一致。即反抽提汽油攜帶堿液形成鈉鹽結(jié)蓋[2]是石腦油加氫裝置壓降快速上升的主要原因。

2.4.2 垢樣中硅含量異常情況分析

第2、3周期石腦油加氫反應(yīng)器主催化劑頂部均裝填了捕硅劑且裝填量基本一致，但積垢籃處垢樣2009年5月硅的質(zhì)量分數(shù)達到4.24%，2010年2月達到1.21%，并且下部催化劑中硅的質(zhì)量分數(shù)達2%。說明捕硅劑并未發(fā)揮應(yīng)有的作用。

焦化裝置消泡劑的使用引起焦化汽油、焦化柴油和焦化蠟油中含硅，以焦化汽油含硅最多。少量硅沉積即可使催化劑孔口堵塞、活性下降、床層壓降上升。2個周期捕硅劑未發(fā)揮應(yīng)有作用的原因分析有二：其一，捕硅劑裝填量不足；其二，因捕硅劑在積垢籃外側(cè)全部結(jié)焦，造成捕硅活性未如期發(fā)揮。從第二周期高負荷運行696 d并未出現(xiàn)催化劑硅中毒失活問題，判定捕硅劑量不足原因可以排除，而捕硅劑結(jié)焦才是造成捕硅劑活性發(fā)揮不足的主要原因。

加氫保護劑的設(shè)計原則是需要兼顧粒度級配和活性級配[3-4]，粒度級配不足會造成保護劑和主劑的交界處因空隙率降低過快導致原料油在此積累造成局部結(jié)焦嚴重引起床層壓降；活性級配不足會造成尚失溫度梯度，局部溫升高結(jié)焦速度加快。石腦油加氫裝置第Ⅱ周期及第Ⅲ（1）周期均僅裝填一種脫鐵劑，缺少必需的孔徑及空隙過渡，說明保護劑級配存在不足；其次，兩次積垢籃均插入催化劑床層，使得積垢籃外側(cè)二烯烴聚合生焦、烯烴飽和及脫硅活性增強，積垢籃快速堵塞壓降上升。即級配缺陷是石腦油加氫裝置壓降上升的原因之一。

3 結(jié)論

（1）兩套焦化液化氣脫硫醇裝置反抽提汽油攜帶堿液進入石腦油加氫裝置，形成鈉鹽結(jié)蓋是石腦油加氫裝置壓降快速上升的主要原因。

（2）反應(yīng)器頂部催化劑級配缺陷造成積垢籃外側(cè)壁結(jié)焦速度快形成壓降上升。

4 對策與建議

4.1 解決反抽提汽油去向

兩套焦化液化氣脫硫醇反抽提汽油如果硫含量不影響汽油質(zhì)量可直接調(diào)和汽油（加氫裂化裝置石腦油辛烷值不低，加氫裂化反應(yīng)機理與催化裂化相仿）；如果硫含量影響汽油質(zhì)量，增加水洗措施，水洗后可再進入焦化穩(wěn)定汽油出裝置去加氫；也可以將反抽提汽油并入焦化急冷油使鈉轉(zhuǎn)移至水相中實現(xiàn)分離。

4.2 完善催化劑級配方案[5]

級配方案應(yīng)在粒度級配上優(yōu)化過度，活性級配上滿足脫金屬、脫硅及雙烯烴飽和需要的同時有效減緩壓降上升，同時積垢籃外側(cè)壁避免過多與活性強的保護劑接觸。第Ⅲ（2）級配方案基本滿足了上述要求，現(xiàn)運行6個月未出現(xiàn)壓降問題。

4.3 增設(shè)二烯烴飽和反應(yīng)器[4]

增設(shè)二烯烴飽和反應(yīng)器，流程見圖3。

圖3 增設(shè)二烯體飽和反應(yīng)器流程示意圖Fig.3 Flow diagramof diolefinsaturationreactor

焦化石腦油比直餾石腦油硫量多10～20倍，且含有更多的烯烴、氮和氧化硅。其中含有的共軛二烯經(jīng)在通常的加氫處理條件下會發(fā)生疊合，疊合產(chǎn)物會引起反應(yīng)器壓力降增大。焦化石腦油生成疊合產(chǎn)物的潛在能力大約是直餾石腦油的300倍，在烯烴飽和控制不當時，因為催化劑床層頂部生成過量焦炭，會導致裝置過早停工。增上二烯烴飽和反應(yīng)器對主催化劑實現(xiàn)保護并可在線切除更換，減少裝置停工造成的損失，操作靈活、經(jīng)濟效益好。

[1]韓崇仁.加氫裂化工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2001.

[2]李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004.

[3]高金龍.焦化汽油加氫精制系統(tǒng)差壓上升原因分析及對策[J].煉油與化工，2008，19（3）：20-22.

[4]翟琦.焦化汽油加氫精制過程中存在的問題與對策[J].煉油技術(shù)與工程，2009，30（10）：29-32.

[5]張孔遠.焦化汽油加氫精制催化劑的級配及其評價[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2008，26（4）：297-300.

Cause Analysis and Countermeasures of Fast Rise of Bed Pressure Drop in Naphtha Hydrotreating Unit

WANGWei，WU Jun
（SINOPECQiluBranch,Shandong Zibo 255400，China）

Fast rise of bed pressure drop in naphtha hydrotreating unit has serious effect on long-term safe operation of the unit.By analyzing scale samples from different parts，sodium salts in raw material forms coverat the top of reactorandcauses gradationdefectof protective agent，whichare two main reasons to result in fast rise of bed pressure drop.Afterimproving gradationof protective agent，the unithas well runforsix month.

Naphthahydrotreating；Pressure drop；Converse extraction；Gradation

TE624

A

1671-0460（2010）04-0419-04

2010-06-16

王 巍（1975-），女，遼寧錦州人，工程師，1997畢業(yè)于撫順石油學院精細化工專業(yè)，現(xiàn)于齊魯石化勝利煉油廠從事中壓加氫工

藝管理。E-mail：qllcww@sohu.com。