柴油加氫裝置長周期運轉(zhuǎn)的影響因素分析

付俊杰 張兵兵 李汶健

摘要：柴油加氫裝置的運行周期受多方面因素的影響，總結(jié)起來說主要有裝置因素、工藝管理因素及催化劑因素等。尤其是當(dāng)前隨著環(huán)保要求的進一步嚴苛，對于清潔柴油的需求逐年增多，因此，有效保障并延長柴油加氫裝置的運轉(zhuǎn)周期對于提高柴油收率和效益都至關(guān)重要。為此，本文結(jié)合柴油加氫裝置運行特點從反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件、床層壓降、銨鹽結(jié)晶、設(shè)備與管線腐蝕及催化劑失活等方面分析了這些因素對裝置運行周期的影響程度，并據(jù)此提出了加強工藝管理規(guī)范化、設(shè)備維護與腐蝕防護常態(tài)化、原料管理科學(xué)化、加氫催化劑高效化等保障措施，以前確保柴油加氫裝置能夠長周期穩(wěn)定高效運行。

關(guān)鍵詞：柴油加氫裝置；影響因素；長周期運轉(zhuǎn)

1.系統(tǒng)裝置影響因素

由于柴油加氫裝置運行環(huán)境相對比較惡劣，高溫高壓、高負荷、介質(zhì)腐蝕性、臨氫等因素都會對裝置運行安全和運行周期產(chǎn)生直接的影響。這其中反應(yīng)系統(tǒng)、循環(huán)氫系統(tǒng)、換熱及分離系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成了柴油加氫裝置的主要部分，這幾個系統(tǒng)狀態(tài)的優(yōu)良直接關(guān)系到裝置的運行安全與周期。

1.1反應(yīng)系統(tǒng)

加氫反應(yīng)器是最主要的裝置反應(yīng)系統(tǒng)，其中反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件和反應(yīng)系統(tǒng)壓降是直接影響裝置運行周期的兩個主要因素。

1.1.1反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件

反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件主要包括：入口擴散器、頂部分配盤、冷氫系統(tǒng)、再分配盤、出口收集器等。其中分配盤上的氣液分配器與冷氫系統(tǒng)是反應(yīng)器的關(guān)鍵內(nèi)構(gòu)件，主要影響氣液分配，其性能的優(yōu)劣直接影響到反應(yīng)器空間利用率的高低，影響到催化劑的使用效率及壽命。目前國際上一些公司開發(fā)的新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件可以將反應(yīng)器空間利用率由67%提高到86%以上，因此高效的加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件可以提高催化劑的有效裝填空間及利用率，并為生產(chǎn)高品質(zhì)柴油加氫裝置高效、長周期平穩(wěn)運行提供保障。

1.1.2床層壓降

反應(yīng)系統(tǒng)壓降主要包括反應(yīng)器床層壓降與管線壓降。其中床層壓降是影響裝置長周期運行的制約因素，一旦床層壓降出現(xiàn)增大，并且采取措施無法緩解時，往往會造成裝置被迫停工。造成反應(yīng)器床層壓降增大的主要因素有3個：① 裝置前沒有原料過濾器或者過濾器損壞及未投用等造成進料中固體顆粒堵塞，或者在反應(yīng)器床層上部結(jié)焦等導(dǎo)致壓降增大；② 由于開工階段原料選取及生產(chǎn)過程中發(fā)生超溫、飛溫現(xiàn)象、氫油比偏低、氫分壓低、空速低等異常操作；③ 意外停工造成床層溫度來不及降低等因素導(dǎo)致的催化劑結(jié)焦，也會引起床層壓降增大。

1.2 循環(huán)氫系統(tǒng)

循環(huán)氫系統(tǒng)是構(gòu)成柴油加氫裝置的核心部分，其核心設(shè)備是循環(huán)氫壓縮機與新氫壓縮機，一旦循環(huán)氫壓縮機因機械故障或工藝連鎖等原因造成循環(huán)氫系統(tǒng)中斷，就會迫使裝置緊急停工處理；同時新氫壓縮機也存在機械故障和工藝連鎖等意外情況導(dǎo)致的停車或跳車現(xiàn)象，國內(nèi)曾有煉化企業(yè)采用的重整新氫中含有銨鹽，由于銨鹽結(jié)晶導(dǎo)致新氫壓縮機停車的案例。

1.3換熱及分離系統(tǒng)系統(tǒng)

為降低能耗，提高換熱效率，一個柴油加氫裝置系統(tǒng)會有多臺臨氫高壓換熱器與高低分離系統(tǒng)及各種水洗添加助劑系統(tǒng)。這些臨氫高壓換熱器、分離罐及各種管線的材質(zhì)、設(shè)計制造缺陷、安裝不合理及運行過程腐蝕等都可能造成堵塞或泄露。尤其是加氫過程中生成的H2S、NH3 和HCl，在一定溫度下會生成NH4Cl 和NH4HS 結(jié)晶，沉積在空冷器管束中，堵塞管線或換熱器造成系統(tǒng)壓降上升，導(dǎo)致加氫產(chǎn)品不合格或加氫裝置被迫停工。

2工藝管理影響因素

同樣的，工藝管理因素也是對柴油加氫裝置長周期運轉(zhuǎn)產(chǎn)生直接影響的一個重要因素，在油品質(zhì)量升級步伐加快的前提下，很多煉油廠的柴油加氫裝置管理上存在著經(jīng)驗不足重視不夠的問題。主要的工藝管理影響因素是平時的工藝操作管理，原料管理及關(guān)鍵設(shè)備的維護及裝置腐蝕管理等。

2.1工藝操作管理

用于柴油生產(chǎn)的加氫催化劑主要為非貴金屬催化劑，一般都存在著催化劑裝填和開工預(yù)處理階段。催化劑的裝填質(zhì)量高低直接關(guān)系到工業(yè)運轉(zhuǎn)過程中是否會發(fā)生反應(yīng)物料在催化劑床層內(nèi)“溝流”、“貼壁”等走“短路”現(xiàn)象，如果催化劑裝填的徑向的均勻性和軸向的緊密性和級配性質(zhì)量不高，甚至?xí)?dǎo)致部分床層的塌陷，進而影響催化劑的利用率和裝置的長周期運轉(zhuǎn)。柴油加氫催化劑開工預(yù)處理階段主要包括干燥、硫化等工序，或者為器外預(yù)硫化型催化劑的活化階段，開工階段對非貴金屬柴油加氫催化劑加氫性能的發(fā)揮起到至關(guān)重要的作用，因此需要加強開工階段的工藝管理。同時為滿足柴油的生產(chǎn)，需要加強平時工藝調(diào)整，防止不當(dāng)工藝調(diào)整造成催化劑活性快速下降。

2.2原料管理

目前很多煉化企業(yè)都面臨原料種類的頻繁切換及組成的大幅度變化，企業(yè)為了挖潛增效會在柴油加氫裝置中摻煉更多種類的原料油或催化輕循環(huán)油等其它原料，這些因素都將影響裝置的長周期運轉(zhuǎn)。相關(guān)專家研究表明，原料油中里硫含量和環(huán)烷基油比例將對精油硫含量有較大影響。如加工高氯原料柴油，將會在高壓換熱器、高壓空冷管程發(fā)生氯化銨鹽結(jié)晶，造成反應(yīng)系統(tǒng)差壓增大，裝置無法運行。

2.3設(shè)備維護及防腐管理

高溫、高壓、臨氫是柴油加氫裝置運行環(huán)境和面臨的問題，因此需要解決氯及硫等對設(shè)備和管線的腐蝕問題，因為設(shè)備或管線的腐蝕往往會導(dǎo)致管線破裂或者泄漏著火等，嚴重情況將造成裝置停工。目前隨著加工劣質(zhì)原油比例的不斷增加，如果原料中氯離子濃度升高將會造成加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)設(shè)備的銨鹽堵塞及腐蝕問題，這就直接影響了柴油加氫裝置的安全連續(xù)運行。

3催化劑影響因素

柴油加氫裝置生產(chǎn)高品質(zhì)柴油的核心就是加氫催化劑，因此柴油加氫催化劑活性和穩(wěn)定性將是影響裝置長周期運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。影響柴油加氫催化劑性能的主要因素是催化劑快速失活和中毒，能夠?qū)е麓呋瘎┦Щ钏俾始涌斓囊蛩刂饕性系男再|(zhì)、工藝異常調(diào)整及產(chǎn)品苛刻度等。

用于柴油生產(chǎn)的柴油加氫催化劑均有正常的失活速率，一般加氫催化劑的失活過程包括初期與末期的快速失活和中期的緩慢失活，失活機理主要是造成催化劑孔堵塞的結(jié)焦失活、造成催化劑晶相的改變的燒結(jié)失活及中毒失活等。影響柴油加氫裝置長周期運轉(zhuǎn)的失活是指失活速率加快導(dǎo)致的催化劑活性異常下降，從而使裝置能耗增加或產(chǎn)品不合格。尤其近年來隨著原油的不斷重質(zhì)化和劣質(zhì)化，以及原料的多樣化，柴油原料中的重金屬雜質(zhì)種類也不斷增加，柴油加氫催化劑中毒失活的風(fēng)險因素也將增加。

4提高裝置運行周期的措施

（1）加強工藝管理力度，通過制定切實可行的工藝操作規(guī)程和設(shè)備維護規(guī)程等，使各種工藝操作有據(jù)可尋，加強操作人員的技能培訓(xùn)，提高裝置操作人員的操作技能和異常工況處理能力，同時把設(shè)備維護常態(tài)化，規(guī)范化。

（2）針對原料和新氫中造成設(shè)備腐蝕的影響因素，首先要加大監(jiān)測力度，主要是通過先進的監(jiān)測手段，及時調(diào)整工藝條件，并通過注水、注緩蝕劑等措施來緩解和控制腐蝕，必要時可以通過增加氣相脫氯裝置及設(shè)置并聯(lián)過濾器等手段進行解決。

（3）針對不斷加快的油品質(zhì)量升級步伐，相對比于提高反應(yīng)溫度、降低空速等措施，采用高活性加氫催化劑是最經(jīng)濟可行技術(shù)手段。

（4）針對反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件在柴油加氫裝置長周期運轉(zhuǎn)過程中的重要作用，需要積極加快高性能反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的開發(fā)，同時積極建立催化劑失活動力學(xué)模型，進而及時準(zhǔn)確預(yù)測解決柴油加氫催化劑運轉(zhuǎn)過程出現(xiàn)的異常失活問題。

參考文獻

[1]李振宇，黃格省. 對“十三五”中國煉油化工結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整及發(fā)展方向的思考[J]. 國際石油經(jīng)濟，2016，24（9）：88-96.

（作者單位：中國石油四川石化分公司生產(chǎn)二部）