影響加氫裂化反應器床層壓降的主要因素及相應的對策

【摘 要】本文通過對裝置的運行分析，找出影響加氫裂化反應器壓降的主要因素，并實施相應對策，以防止反應器壓降的快速增加。

【關(guān)鍵詞】加氫裂化；反應器床層壓降；影響因素；對策

一.背景

大港石化公司100萬噸/年加氫裂化裝置2006年5月開始建設(shè)，2008年7月，裝置一次開車成功，由反應、分餾、熱工和公用工程等部分組成，采用單反應器雙劑串聯(lián)全循環(huán)的加氫裂化工藝。該裝置技術(shù)先進、工藝復雜，主要原料為焦化蠟油。本文主要對我們在生產(chǎn)過程中，遇到的床層壓降問題進行了幾點原因分析，并針對各個因素提出一些建設(shè)性意見，立足于煉化企業(yè)的現(xiàn)實情況，使我們裝置在保證安全生產(chǎn)的情況下，盡可能延長使用壽命、節(jié)能減耗，以供探討學習。

二.影響加氫裂化反應器床層壓降的主要因素

（一）原料油性質(zhì)的影響

1.原料中所含環(huán)烷酸較多，油溶性的鐵主要是環(huán)烷酸鐵，鐵離子含量過高，進入反應器后與循環(huán)氫中的硫化氫接觸，發(fā)生反應：Fe+H2S=FeS+H2

形成硫化鐵沉積于催化劑孔隙中，嚴重時造成催化劑的微孔阻塞而失去活性，并且很難用再生的方法將其脫落，形成不可逆的永久性中毒。硫化鐵之間的吸引力很強，聚集起來覆蓋在上部床層，造成催化劑床層頂部板結(jié)，使床層壓降增加。同時，在高溫下這種硫化鐵能促進結(jié)焦母體的生焦反應，從而加速床層的堵塞。從這點看，原料油中的鐵含量及因設(shè)備腐蝕生成的FeS是造成床層堵塞、壓降增大的重要動力。此外，鎳可進入到催化劑孔道中，而釩進入到催化劑的孔口，從而減少催化劑的表面積。

2.對于原料要求控制的各項指標中，氮化物含量也尤為重要。由于氮含量的增加，特別是堿性氮化物，能夠強烈吸附在裂化催化劑的酸性中心而降低其活性，對于酸性裂解催化劑的活性有抑制作用，并且氮化物本身也不穩(wěn)定，易縮合生焦造成催化劑失活，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

3.原料油自上游裝置夾雜焦粉或者反應器前原料中烯烴發(fā)生聚合反應生成大分子物質(zhì)，這些大分子顆粒在催化劑表面沉積，當累積達到一定程度就表現(xiàn)出反應器床層壓降上升。裝置第三周期運行中，2010年7月2日反沖洗過濾器故障被切除，觀察參數(shù)發(fā)現(xiàn)反應器第一床層壓降所受影響比較大，由0.06Kpa，至7月7日，壓降逐漸變?yōu)?.07Kpa，有所增加。

（二）反應溫度的影響

反應溫度是加氫工藝中最主要、最靈活的操作參數(shù)，也是調(diào)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量的主要手段。從動力學考慮，無論是加氫精制反應還是加氫裂化反應都為放熱反應，提高反應溫度，不利于反應的正向進行；但溫度過低會導致反應速度減慢，脫硫、脫氮率下降，達不到所要求的轉(zhuǎn)化率。脫氮比脫硫需要更高的溫度，過高的反應溫度會使裂化反應加劇，除了降低液收外，更重要的是導致催化劑積炭，反應器床層壓差上升速度加快。壓降增大。在高溫下同時還伴隨著一些疊合和縮聚反應，特別在原料中稠環(huán)芳烴、瀝青質(zhì)、非烴化合物的含量較高時更加嚴重，這些縮聚反應所生成的高聚物是生成積碳的前驅(qū)物質(zhì)，而積碳的生成和增加則將導致催化劑活性中心的損失，造成失活，從而使床層壓降升高。

加氫精制過程提高反應溫度時，能增加加氫飽和、脫硫、脫氮深度，但溫度過高，催化劑裂化活性，產(chǎn)品溴價反而升高。由于過程積碳及原料油氮化物使催化劑酸性和活性下降，為了保持所需反應深度，運轉(zhuǎn)后期，反應溫度要逐步提高一些。反應溫度過高主要有三個方面的不利影響：一是進料換熱器中結(jié)焦加劇，反應溫度提高，使原料進換熱器后溫度高，在前述生焦母體存在和Fe、微量氧存在下，相對較高的溫度會使生焦速度大大加快；二是進料換熱器出口至加熱爐爐管中結(jié)焦加劇，這部分結(jié)焦物部分進入反應器，部分黏附在管壁上，當裝置操作發(fā)生波動或停工后再次開工，因系統(tǒng)條件的變化，黏附于管壁上的焦炭就會脫落被帶進反應器；三是反應溫度的提高很容易造成大分子烴類在催化劑床層上發(fā)生積炭反應而結(jié)焦，引起床層壓降的增大。

（三）氫氣純度與氫油比的影響

新氫中的CO、CO2含量過高，會在催化劑活性中心上競爭吸附，發(fā)生甲烷化反應：CO+CO2+H2=CH4+H2O 強放熱放出大量熱量，使反應溫度迅速升高，另外氫分壓也會降低，這兩點都是導致催化劑積炭、結(jié)焦的兩個主要因素。

氫油比一般要控制在設(shè)計范圍內(nèi)，較高的氫油比能抑制催化劑積炭，因為較高的氫濃度能阻止炭的生成。在加氫系統(tǒng)中需要維持較高的氫分壓，而提高氫油比可提高氫分壓。這有利于提高原料油的汽化率和降低催化劑表面油膜厚度，使轉(zhuǎn)化率提高，同時也可降低催化劑積碳速度，但是過高的氫油比除了能耗提高外，同時還會對加氫裂化和加氫精制反應有抑制作用。如果催化劑床層的氫油比達不到設(shè)計要求，甚至過低，將會造成床層結(jié)焦加劇。因此我們在操作中一定要按照設(shè)計要求的氫油比進行生產(chǎn)操作。

（四）操作條件的大幅波動

當裝置操作發(fā)生波動時，如壓力的急劇變化，粘附于管壁上的焦炭就會脫落，被帶進反應器，使催化劑床層壓降突增。其中對壓降影響最大的是氫氣量大幅波動，當氫氣量突然減少或中斷時，氫油比迅速降低，循環(huán)氣量減少，加氫反應熱無法帶出床層，導致床層超溫，積炭加劇。

在正常生產(chǎn)過程中，發(fā)生超溫、飛溫現(xiàn)象，循環(huán)氫純度偏低、氫油比偏低、氫分壓低、空速低等異常操作，導致催化劑結(jié)焦。床層壓降升高。

三.防止加氫裂化反應器床層壓降快速上升的對策

（一）嚴格按照設(shè)計進料要求進行原料油指標控制

1.加強對從儲罐來的原料油進行脫水處理，防止原料油中的水被帶入反應器中。

2.做好原料油反沖洗過濾器的操作，一定要盡可能除去有害的機械雜質(zhì)，加強過濾器的切換，嚴格控制過濾器的壓差，延長吹掃時間，避免濾芯損壞影響過濾效果，定期對過濾器進行清洗及更換濾芯。

3.原料油的環(huán)烷酸對碳鋼管道腐蝕比較嚴重。因此，有必要為裝置提供優(yōu)質(zhì)原料油和對輸送原料油的管道材質(zhì)進行升級。同時加強原料油的管理，對原料油儲罐加防腐涂料進行防腐，杜絕原料油污染的現(xiàn)象，從而提高進反應器的原料油質(zhì)量。

（二）嚴格控制反應器入口溫度

隨時監(jiān)測新氫的組成，保證設(shè)計要求的新氫純度， CO 和CO2含量要小于20ppm。如果因CO 和CO2含量超標而引起的轉(zhuǎn)化率降低，嚴禁用提高反應溫度的措施來彌補。控制適當?shù)臍溆捅?，保證氣液相充分混合，減少因氫油比過低而引發(fā)的縮聚結(jié)焦反應。在保證達到所要求的轉(zhuǎn)化率的前提下盡量降低反應器入口溫度。

（三）優(yōu)化工藝控制，平穩(wěn)操作

加強對操作人員的技能培訓及操作平穩(wěn)率的考核力度，嚴格按照操作規(guī)程的要求進行生產(chǎn)操作，保證反應溫度、反應壓力等關(guān)鍵參數(shù)的平穩(wěn)控制。

裝置停工檢修期間對加熱爐和爐前換熱器進行爆破吹掃，平時操作時防止反應溫度、壓力等大幅度波動。