加氫反應(yīng)器床層異常原因分析及對(duì)策

苗小帥，呂海寧，許 楠，孟慶冬

（中石化洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471012）

加氫反應(yīng)器床層異常原因分析及對(duì)策

苗小帥，呂海寧，許 楠，孟慶冬

（中石化洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471012）

綜述國(guó)內(nèi)加氫反應(yīng)器床層異?，F(xiàn)象，通過分析異常原因，總結(jié)相應(yīng)的對(duì)策，進(jìn)而指導(dǎo)加氫反應(yīng)器的平穩(wěn)運(yùn)行。

床層異常；原因；對(duì)策

加氫精制過程是煉化企業(yè)在面對(duì)目前嚴(yán)峻的環(huán)保問題提高油品質(zhì)量的重要工藝手段，盡管加氫精制裝置嚴(yán)格控制了原料油性質(zhì)以及反應(yīng)器催化床層溫度，但是隨著運(yùn)轉(zhuǎn)周期的延長(zhǎng)，催化劑活性降低，催化劑床層仍會(huì)發(fā)生結(jié)焦、積碳、結(jié)垢及雜質(zhì)堵塞等現(xiàn)象。加氫反應(yīng)器床層在日常操作中出現(xiàn)的異常主要表現(xiàn)在壓降增大、飛溫、徑向溫差大，以下就這三方面異常的原因進(jìn)行分析，對(duì)采取的措施進(jìn)行討論。

1 異常原因分析

1.1 床層壓降增大

1.1.1 原料油性質(zhì)

1）原料帶水。水在反應(yīng)器中汽化后體積增大，且水溶解無(wú)機(jī)鹽后，使催化劑床層頂部結(jié)垢；尤其是在明水情況下，水的汽化、凝結(jié)等過程使催化劑顆粒粉化，引起催化劑機(jī)械強(qiáng)度降低、破碎，反應(yīng)器壓降增大。

2）原料中金屬含量高。原料中Fe、Ni、V的含量對(duì)催化劑的影響較大，其中鐵在油品中以環(huán)烷酸鐵的形式存在，屬于過程鐵，它在反應(yīng)器中很容易發(fā)生氫解并與硫化氫反應(yīng)生成硫化鐵，沉積在催化劑表面后，起自催化作用，助長(zhǎng)生焦，加快床層堵塞，引起壓力降增大。

國(guó)內(nèi)某煉廠加氫裂化裝置因精制反應(yīng)器床層壓降高提前停工檢修，通過對(duì)精制反應(yīng)器保護(hù)劑及催化劑樣品的化驗(yàn)分析[1]，結(jié)果如下：

表1 樣品粉塵中碳?xì)淞虻縏ab.1 Carbon Hydrogen Sulfur and Nitrogen content of Dust samples

表2 樣品粉塵中金屬雜質(zhì)含量（單位：mg/kg）Tab.2 Metal impurities content of Dust samples

從表1、表2中可以看出，樣品粉塵中碳?xì)浜亢艿停梢钥隙ù呋瘎┙Y(jié)焦并非精制反應(yīng)器床層壓降升高的主要因素。但樣品中鐵和硫含量很高，可以確定引起催化劑床層壓降升高的主要原因是金屬離子超標(biāo)。

原料油中鐵離子的來(lái)源主要有： 一是原料油中本身的原有鐵； 二是原料油輸油管道、儲(chǔ)罐及其他加工設(shè)備腐蝕而導(dǎo)入的過程鐵。

再者原料油含Si、Na、Ca等雜質(zhì)及無(wú)機(jī)鹽，沉積在催化劑表面，堵塞催化劑孔道，并使得催化劑顆粒黏結(jié)，形成結(jié)蓋。

3）原料中機(jī)械雜質(zhì)含量多。原料油自上游裝置帶入較多的機(jī)械雜質(zhì)( 如焦粉、催化劑粉末) ，進(jìn)加氫處理裝置過濾不完全或者走跨線等，進(jìn)入反應(yīng)器后沉積在催化劑顆粒之間，造成催化劑床層壓降升高。

4）原料中S、N、Cl含量高。S和N在加氫反應(yīng)器中與H結(jié)合分別生成H2S和NH3，而H2S與NH3反應(yīng)生成（NH3）2S或NH3HS的晶體。Cl與H結(jié)合生成HCl，NH3與Cl 生成NH3Cl晶體。這些晶體很容易沉積在催化劑的表面，累積時(shí)間過長(zhǎng)晶體就會(huì)堵塞催化劑的床層的孔隙，使床層板結(jié)，導(dǎo)致加氫反應(yīng)器床層壓降升高。

1.1.2 床層局部塌陷

催化劑裝填不規(guī)范及反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)件損壞造成床層局部塌陷。

1.1.3 異常操作

1）爐管溫度偏差較大。烯烴在爐管內(nèi)高溫區(qū)快速縮合結(jié)焦形成炭粉顆粒、硫化氫在高溫情況下對(duì)設(shè)備的腐蝕生成 FeSx，經(jīng)沖刷沉積到催化劑床層表面，堵塞催化劑孔道。

2）開停工次數(shù)。催化劑壓碎強(qiáng)度低，在經(jīng)歷多次升降壓或者事故處理緊急泄壓中破碎，造成催化劑部分粉化，床層孔隙率下降，導(dǎo)致加氫反應(yīng)器壓降上升。

3）壓縮機(jī)切換次數(shù)。壓縮機(jī)在切換過程中出口氫氣的流量和壓力在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)波動(dòng)一次，這相當(dāng)于短時(shí)間的吹掃，容易造成雜物在高壓氫氣的沖擊下排往下游管線和設(shè)備，氫氣管網(wǎng)中的雜質(zhì)就會(huì)被帶到反應(yīng)器內(nèi)部，當(dāng)雜質(zhì)沉積到一定數(shù)量時(shí)，遇到裝置生產(chǎn)波動(dòng)時(shí)壓降就會(huì)迅速升高。

4）氫氣流量大幅度變化。氫氣在加氫反應(yīng)系統(tǒng)中的主要作用，一是作為反應(yīng)物與原料中的不飽和烴、含S化合物、含N化合物、含O化合物等雜質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)；二是作為保護(hù)氣帶走反應(yīng)器中的熱量，保護(hù)催化劑。如果氫氣流量大幅度波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致在加氫精制過程中雜質(zhì)反應(yīng)不徹底，嚴(yán)重的會(huì)加快催化劑結(jié)焦。

1.2 床層飛溫

反應(yīng)器飛溫是加氫裝置最嚴(yán)重的生產(chǎn)事故之一，可導(dǎo)致催化劑結(jié)焦或失活，致使催化劑報(bào)廢更換，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。下圖為國(guó)內(nèi)某煉廠由于循環(huán)氫壓縮機(jī)跳停裝置緊急停工后恢復(fù)生產(chǎn)過程中發(fā)生的一次反應(yīng)器飛溫事故[2]。

圖1 反應(yīng)器床層溫度曲線Fig.1 Reactor bed temperature curve

由圖1可以看出，11：11至11：18床層溫度由450℃升到800℃。這次事故的原因是由于循環(huán)氫壓縮機(jī)跳停，一方面對(duì)裝置催化劑性能認(rèn)識(shí)不足，未預(yù)想到系統(tǒng)壓力為1.8MPa時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)部反應(yīng)激烈，大量的熱量帶不出去，造成反應(yīng)器飛溫；另一方面是反應(yīng)系統(tǒng)壓力未卸至最低，充分降低催化劑的溫度，忽略了啟動(dòng)循環(huán)氫壓縮機(jī)的時(shí)間，就將壓縮機(jī)并入循環(huán)系統(tǒng)，造成飛溫。

1.3 床層徑向溫差大

重油加氫裝置的原料中的金屬雜質(zhì)在脫除過程中，不斷沉積在催化劑內(nèi)部及表面，未過濾掉的小顆粒環(huán)烷酸鐵、硫化亞鐵等機(jī)械雜質(zhì)和系統(tǒng)中的其他雜質(zhì)進(jìn)入反應(yīng)器分配器及床層，導(dǎo)致床層物料由于分配器不同部位積垢而產(chǎn)生偏流，同時(shí)反應(yīng)熱不能及時(shí)撤出而使多環(huán)芳烴縮合結(jié)焦，內(nèi)部熱量積聚導(dǎo)致溫度上升，床層徑向溫差擴(kuò)大[3]。

2 相應(yīng)對(duì)策

2.1 嚴(yán)格控制原料油的質(zhì)量

1）加強(qiáng)對(duì)原料油中金屬離子含量的監(jiān)控，防止金屬含量超標(biāo)。

2）加強(qiáng)對(duì)原料油中水份、S、N、Cl含量的監(jiān)控，防止超標(biāo)。

3）關(guān)注原料油顏色變化，監(jiān)測(cè)油品中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量、溴價(jià)是否超標(biāo)。

（4）要求上游原料罐定期清罐、定期脫水，延長(zhǎng)換罐頻次。

2.2 催化劑的選用和裝填

一次是在北京街頭。紅燈，一群滑板少年正在黃線后規(guī)規(guī)矩矩等燈。不一會(huì)兒紅燈轉(zhuǎn)綠，這一個(gè)路口的人與車還沒有起步，領(lǐng)頭的滑板少年打了個(gè)手勢(shì)“Lets go”，瀟灑動(dòng)身——“砰”一聲巨響，人飛了出去，摔了個(gè)人仰馬翻。

選用具有高孔隙率和大外表面積的環(huán)狀催化劑載體或環(huán)狀催化劑，并裝填在催化劑床層頂部。在某些情況下能最大程度的降低床層壓降，而且具有高表面積的環(huán)形載體或催化劑能脫出相當(dāng)一部分的可溶性含鐵化合物[4]。

提高催化劑的裝填效果，采用分級(jí)裝填方法。在裝劑過程中盡量降低粉塵含量，提高反應(yīng)器容垢能力。

2.3 操作管理

1）加熱爐的管理。調(diào)節(jié)火嘴使每根爐管表面溫度相差不大，避免某一根或者幾根溫度偏高，造成油品中不飽和物質(zhì)在爐管內(nèi)部結(jié)焦，發(fā)現(xiàn)結(jié)焦后及時(shí)進(jìn)行燒焦處理，避免焦炭帶入反應(yīng)器。

2）密切關(guān)注反應(yīng)器床層壓降變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)升高及時(shí)查找異常原因。

3）關(guān)注反應(yīng)器床層總溫升和徑向溫差變化，如果床層飛溫，及時(shí)增大冷氫量或者降低反應(yīng)器入口溫度，降低催化劑溫度；

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)國(guó)內(nèi)加氫反應(yīng)器床層異?，F(xiàn)象進(jìn)行概述，分析了異?，F(xiàn)象的原因，提出了從原料油的質(zhì)量控制、催化劑選擇和裝填、操作管理上應(yīng)對(duì)措施，從而為加氫反應(yīng)器長(zhǎng)周期運(yùn)行起到了指導(dǎo)作用。

[1]杜俊杰.精制反應(yīng)器床層壓降高原因分析及對(duì)策[J].廣州化工,2011

[2]王從梁.油加氫裂化裝置反應(yīng)器飛溫原因分析及對(duì)策[J].廣東化工,2011,3

[3]徐彬.油加氫反應(yīng)器徑向溫差大原因分析及改進(jìn)措施[J].石化技術(shù)與應(yīng)用,2013,5

[4]李大東.加氫處理工藝與工程[M].中國(guó)石化出版社,2004

苗小帥，男，碩士，助理工程師，2012年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)，目前從事蠟油加氫工藝改進(jìn)工作。

Cause analysis of Hydrogenation Reactor bed abnorm al and counterm easures

Miao Xiaoshuai，Lv Hain ing，Xu Nan，M eng Q ingdong Luoyang Petrochem ical，Luoyang 471012，P.R.China

A Summary of the hydrogenation reactor bed anomalies，by analyzing the abnormal reasons and summarized countermeasures ,then guide hydrogenation reactor running smoothly.

bed abnormal，cause，countermeasures