加氫裂化轉化率和調節手段

王立博

摘要：加氫裂化反應系統最重要的參數就是轉化率，保持合理穩定的轉化率是日常穩定生產的關鍵。本文闡述了加氫裂化反應轉化率的判斷方法、影響因素和調節手段。

關鍵詞：加氫裂化；轉化率

1加氫裂化主要反應和產品分布

1.1加氫裂化過程的主要反應

加氫裂化是在一定溫度壓力下，在臨氫及催化劑作用下使重質油發生反應，生成輕質油或潤滑油料的二次加工方法。在整個反應過程中，烷烴在加氫裂化條件下生成相對分子質量更小的烷烴；烴類分解成相對分子質量較小的烷烴和烯烴；烯烴可加氫飽和或環化；烷烴和烯烴的異構化反應；多環芳烴的加氫開環異構化。即加氫裂化過程通過加氫反應、裂化反應和異構化等反應完成了重質油轉化為輕質油的過程。由于加氫反應是強放熱反應，裂解反應是吸熱反應，裂解反應的吸熱效應被加氫反應的放熱效應抵消，所以整個過程在熱力學上表現為強放熱反應。

1.2加氫裂化轉化率與產品分布

轉化率是指某一個反應物的轉化的百分率或分率。

通過圖表可以看出，加氫裂化主要產品為石腦油，在高轉化率時產品分布向輕組分方向移動，液化氣量增多。同樣的，低轉化率時產品分布向粗白油等重組分方向移動。所以控制好適當轉化率是得到目標產品的關鍵。

2加氫裂化轉化率的判定和影響因素

2.1轉化率高低的判斷因素

加氫裂化轉化率的高低可以從反應器床層溫升、反應器床層單點溫度、反應噸油耗氫量、低壓分離器干氣量、分餾塔液位、液化氣量、尾油量等多個方面判定。判斷加氫裂化轉化率大小時應從多個方面綜合判斷，單一因素判斷常常造成片面的結果。

2.1.1反應器床層溫升

床層溫升即床層出口與入口的溫度差。溫升高代表放熱量大，轉化率高。床層溫升在進料量和反應入口溫度波動時不適用[1]。因為此時床層入口溫度發生變化而床層出口處還未變化，導致溫升值虛高或虛低失去指示作用。

2.1.2反應器床層單點溫度

單點溫度是轉化率最直觀的體現。溫度上升則轉化率提高。在儀表數據指示準確下的情況下，不存在假象。若同一層的各個溫度點偏差較大，則可能出現偏流，應注意控制溫度，防止超溫。

2.1.3噸油耗氫量

噸油耗氫量增加，轉化率提高。在換原料油供應罐時，因每一罐蠟油的性質存在差異，且上一罐的罐底和下一罐原料也往往存在輕重差別，所以噸油耗氫量在換罐時不能準確體現轉化率。

2.1.4低分干氣量

反應流出物從高分進入低分之后，因為壓力的變化，干氣等輕質氣體析出形成低分干氣。在轉化率高時，因為干氣等輕組分生成較多，低分干氣量顯著提升。利用低分干氣量判斷轉化率時要注意新氫純度的變化，在新氫純度下降時，會影響判斷結果。

2.1.5 分餾系統各塔液位和加氫尾油（粗白油）量

轉化率高時，干氣、液化氣、石腦油生成較多，這些產品的抽出位置在塔頂或塔中段，容易從塔底蒸出，導致塔液位下降。同時，因為這些請輕組分生成較多，也降低了尾油等重組分的收率，導致尾油外送量減少。所以，在分餾液位下降，尾油量減少時，可以判斷出轉化率升高。

2.2加氫裂化轉化率的影響因素

2.2.1原料性質

加氫裂化原料不同，則轉化率也不同。原料蠟油的密度、干點、族組成和特性因數K等可以通過分析測定或計算得到，能夠直觀地反應原料的性質。原料油在密度高時，加氫裂化難度提高，需要提高反應溫度。原料蠟油干點高時，氮含量隨之升高，原料不易轉化。在族組成中，原料烷烴含量越高，越容易發生裂化反應。特性因數K和族組成有關，是通過對密度和平均沸點的計算得到的。烷烴、環烷烴、芳烴的K值依次降低。K值大于12.1的石蠟基原油易于進行加氫裂化，而之后的中間基和環烷基原油因K值偏低，易于生焦，對反應系統有害。

除了以上直觀指標外，加氫裂化原料往往摻煉催化重柴油，焦化蠟油，加氫尾油等的一種或多種，摻煉比例不同，對于轉化率的影響不同。當原料中不飽和鍵偏多時，容易生焦。換熱后期溫度升高，生成的膠質容易堵塞換熱器管束，對穩定生產造成威脅。不飽和鍵的飽和過程要放出大量的熱，在加工不飽和鍵含量較大的原料時要密切注意精制后床層的溫度，防止發生超溫。

2.2.2燃料氣

燃料氣的影響主要是燃料氣的壓力和熱值兩個方面。壓力和熱值都會對加熱爐的加熱效果造成擾動，使加氫裂化的入口溫度發生變化。在技術相近的加氫裂化裝置中，采用爐后混氫的加氫裂化裝置受到的影響較爐前混氫的要小一些。因為爐后混氫的爐管中是氫氣，原料蠟油只經過高壓換熱器同反應流出物換熱。又因為氣體比熱相對液體要小很多，盡管加熱爐出口氫氣溫度波動大，反應器入口的溫度變化也不會太大。燃料氣波動使反應器入口溫度反生變化，進而使當前床層的實時轉化率出現波動，波動的轉化率帶到下游反應床層繼續影響。雖然有冷氫閥的自動調節緩沖，但是在波動較大時，因為自動調節的滯后性，使得反應器溫度產生波動。整個影響傳遞到反應器出口，溫度發生變化的反應流出物又與高壓換熱器新進的原料蠟油換熱，因為熱流體的溫度的改變，加氫反應器進料的溫度再次發生變化，形成循環。

2.2.3循環氫純度

循環氫純度的高低，直接影響裝置反應氫分壓的高低，而加氫裝置反應壓力的選擇一般是根據該工藝過程所需的最低氫分壓和該工藝理論氫純度來確定的，因此如果氫純度低于設計值較多時，將直接影響裝置的加工能力、所能處理的原料油干點、催化劑的運轉周期和產品質量等。

3加氫裂化轉化率的調節手段

3.1冷氫閥手動控制

在加氫裂化反應器入口和床層之間一般設有冷氫調節閥。冷氫是來自于循環氫壓縮機出口，未經過高壓換熱器和加熱爐換熱，直接進入反應器的那部分氫氣，可以有效控制加氫裂化過程的反應器溫度。以DCS系統為例，冷氫調節閥在生產穩定時是處于自動調節狀態，當實際溫度與設定值出現偏差后，通過調節冷氫閥開度，改變冷氫點溫度，調節之后等待一定時間與設定值再比較，再做出調節直到與設定值相同。而這個觀察等待的時間和調節的幅度是預先設定的計算公式計算，一般大小適中，不會過頻影響穩定性，也不會過慢影響準確度。在溫度波動較小時，可以起到很好的調節效果。但當溫度波動大時，其滯后效果也逐漸明顯，等待時間和幅度使冷氫閥不能及時做出大幅調整，影響整個系統的穩定。此時，應該將控制閥改成手動控制狀態，利用操作人員的快速判斷，及時中和溫度變化，使后續反應轉化率穩定。

3.2 加工量的調整

加氫裂化反應器在提降量過程中一直遵循著先提量后提溫，先降溫后降量的守則。提高加工量時因為空速的提高，反應深度下降，轉化率降低，反應器溫度下降。這同樣可以用于反應器的調整。在轉化率偏高時，若氫氣，罐存等條件滿足時可以適當提高加工量來降低轉化率，使轉化率回到正常值。

4. 結論

加氫裂化的轉化率直接影響著產品的分布，是加氫裂化裝置反應系統最常關注的參數之一。在判斷過程中，應從多個角度綜合判斷，最大限度避免判斷錯誤影響正常生產。同時，因為轉化率的影響因素較多，保持轉化率穩定就是日常生產的重中之重，必要時應及時脫離自動控制，通過人工手動干預，保持轉化率穩定。

參考文獻

[1] 孫建懷 王敬東 周能冬. 加氫裂化裝置技術問答（第二版）. 北京：中國石化出版社，2014.

（作者單位：遼陽石化分公司煉油廠）