影响加氢裂化反应器床层压降的主要因素及相应的对策

【摘 要】本文通过对装置的运行分析，找出影响加氢裂化反应器压降的主要因素，并实施相应对策，以防止反应器压降的快速增加。

【关键词】加氢裂化；反应器床层压降；影响因素；对策

一.背景

大港石化公司100万吨/年加氢裂化装置2006年5月开始建设，2008年7月，装置一次开车成功，由反应、分馏、热工和公用工程等部分组成，采用单反应器双剂串联全循环的加氢裂化工艺。该装置技术先进、工艺复杂，主要原料为焦化蜡油。本文主要对我们在生产过程中，遇到的床层压降问题进行了几点原因分析，并针对各个因素提出一些建设性意见，立足于炼化企业的现实情况，使我们装置在保证安全生产的情况下，尽可能延长使用寿命、节能减耗，以供探讨学习。

二.影响加氢裂化反应器床层压降的主要因素

（一）原料油性质的影响

1.原料中所含环烷酸较多，油溶性的铁主要是环烷酸铁，铁离子含量过高，进入反应器后与循环氢中的硫化氢接触，发生反应：Fe+H2S=FeS+H2

形成硫化铁沉积于催化剂孔隙中，严重时造成催化剂的微孔阻塞而失去活性，并且很难用再生的方法将其脱落，形成不可逆的永久性中毒。硫化铁之间的吸引力很强，聚集起来覆盖在上部床层，造成催化剂床层顶部板结，使床层压降增加。同时，在高温下这种硫化铁能促进结焦母体的生焦反应，从而加速床层的堵塞。从这点看，原料油中的铁含量及因设备腐蚀生成的FeS是造成床层堵塞、压降增大的重要动力。此外，镍可进入到催化剂孔道中，而钒进入到催化剂的孔口，从而减少催化剂的表面积。

2.对于原料要求控制的各项指标中，氮化物含量也尤为重要。由于氮含量的增加，特别是碱性氮化物，能够强烈吸附在裂化催化剂的酸性中心而降低其活性，对于酸性裂解催化剂的活性有抑制作用，并且氮化物本身也不稳定，易缩合生焦造成催化剂失活，影响产品质量。

3.原料油自上游装置夹杂焦粉或者反应器前原料中烯烃发生聚合反应生成大分子物质，这些大分子颗粒在催化剂表面沉积，当累积达到一定程度就表现出反应器床层压降上升。装置第三周期运行中，2010年7月2日反冲洗过滤器故障被切除，观察参数发现反应器第一床层压降所受影响比较大，由0.06Kpa，至7月7日，压降逐渐变为0.07Kpa，有所增加。

（二）反应温度的影响

反应温度是加氢工艺中最主要、最灵活的操作参数，也是调节产品质量的主要手段。从动力学考虑，无论是加氢精制反应还是加氢裂化反应都为放热反应，提高反应温度，不利于反应的正向进行；但温度过低会导致反应速度减慢，脱硫、脱氮率下降，达不到所要求的转化率。脱氮比脱硫需要更高的温度，过高的反应温度会使裂化反应加剧，除了降低液收外，更重要的是导致催化剂积炭，反应器床层压差上升速度加快。压降增大。在高温下同时还伴随着一些叠合和缩聚反应，特别在原料中稠环芳烃、沥青质、非烃化合物的含量较高时更加严重，这些缩聚反应所生成的高聚物是生成积碳的前驱物质，而积碳的生成和增加则将导致催化剂活性中心的损失，造成失活，从而使床层压降升高。

加氢精制过程提高反应温度时，能增加加氢饱和、脱硫、脱氮深度，但温度过高，催化剂裂化活性，产品溴价反而升高。由于过程积碳及原料油氮化物使催化剂酸性和活性下降，为了保持所需反应深度，运转后期，反应温度要逐步提高一些。反应温度过高主要有三个方面的不利影响：一是进料换热器中结焦加剧，反应温度提高，使原料进换热器后温度高，在前述生焦母体存在和Fe、微量氧存在下，相对较高的温度会使生焦速度大大加快；二是进料换热器出口至加热炉炉管中结焦加剧，这部分结焦物部分进入反应器，部分黏附在管壁上，当装置操作发生波动或停工后再次开工，因系统条件的变化，黏附于管壁上的焦炭就会脱落被带进反应器；三是反应温度的提高很容易造成大分子烃类在催化剂床层上发生积炭反应而结焦，引起床层压降的增大。

（三）氢气纯度与氢油比的影响

新氢中的CO、CO2含量过高，会在催化剂活性中心上竞争吸附，发生甲烷化反应：CO+CO2+H2=CH4+H2O 强放热放出大量热量，使反应温度迅速升高，另外氢分压也会降低，这两点都是导致催化剂积炭、结焦的两个主要因素。

氢油比一般要控制在设计范围内，较高的氢油比能抑制催化剂积炭，因为较高的氢浓度能阻止炭的生成。在加氢系统中需要维持较高的氢分压，而提高氢油比可提高氢分压。这有利于提高原料油的汽化率和降低催化剂表面油膜厚度，使转化率提高，同时也可降低催化剂积碳速度，但是过高的氢油比除了能耗提高外，同时还会对加氢裂化和加氢精制反应有抑制作用。如果催化剂床层的氢油比达不到设计要求，甚至过低，将会造成床层结焦加剧。因此我们在操作中一定要按照设计要求的氢油比进行生产操作。

（四）操作条件的大幅波动

当装置操作发生波动时，如压力的急剧变化，粘附于管壁上的焦炭就会脱落，被带进反应器，使催化剂床层压降突增。其中对压降影响最大的是氢气量大幅波动，当氢气量突然减少或中断时，氢油比迅速降低，循环气量减少，加氢反应热无法带出床层，导致床层超温，积炭加剧。

在正常生产过程中，发生超温、飞温现象，循环氢纯度偏低、氢油比偏低、氢分压低、空速低等异常操作，导致催化剂结焦。床层压降升高。

三.防止加氢裂化反应器床层压降快速上升的对策

（一）严格按照设计进料要求进行原料油指标控制

1.加强对从储罐来的原料油进行脱水处理，防止原料油中的水被带入反应器中。

2.做好原料油反冲洗过滤器的操作，一定要尽可能除去有害的机械杂质，加强过滤器的切换，严格控制过滤器的压差，延长吹扫时间，避免滤芯损坏影响过滤效果，定期对过滤器进行清洗及更换滤芯。

3.原料油的环烷酸对碳钢管道腐蚀比较严重。因此，有必要为装置提供优质原料油和对输送原料油的管道材质进行升级。同时加强原料油的管理，对原料油储罐加防腐涂料进行防腐，杜绝原料油污染的现象，从而提高进反应器的原料油质量。

（二）严格控制反应器入口温度

随时监测新氢的组成，保证设计要求的新氢纯度， CO 和CO2含量要小于20ppm。如果因CO 和CO2含量超标而引起的转化率降低，严禁用提高反应温度的措施来弥补。控制适当的氢油比，保证气液相充分混合，减少因氢油比过低而引发的缩聚结焦反应。在保证达到所要求的转化率的前提下尽量降低反应器入口温度。

（三）优化工艺控制，平稳操作

加强对操作人员的技能培训及操作平稳率的考核力度，严格按照操作规程的要求进行生产操作，保证反应温度、反应压力等关键参数的平稳控制。

装置停工检修期间对加热炉和炉前换热器进行爆破吹扫，平时操作时防止反应温度、压力等大幅度波动。