渣油加氫反應器床層壓降升高原因及應對措施

邱開輝（中化泉州石化有限公司，福建 泉州362103）

渣油加氫裝置的反應器床層壓降，不僅是重要的操作設(shè)計參數(shù)，而且是制約裝置長周期運轉(zhuǎn)的重要因素。加氫裝置往往并非是因為催化劑失活導致停工，而是因為催化劑床層壓降超過設(shè)計允許值而被迫停工。如某煉油廠3.3Mt/a渣油加氫裝置I系列第二反應器曾高達1.6MPa，導致I系列運轉(zhuǎn)僅半年多就不得不停工換劑。床層壓降過大不僅增大了系統(tǒng)壓降，增加了不必要的能耗，而且會增加反應器內(nèi)構(gòu)件的承載負荷，嚴重時會損壞反應器內(nèi)構(gòu)件，導致坍塌，不僅造成經(jīng)濟損失，更重要的是裝置被迫停工。因此密切監(jiān)視反應器床層壓降，并根據(jù)其上升趨勢及時準確地對工藝參數(shù)作出調(diào)整以延緩其上升速度，既可以保證裝置長周期穩(wěn)定安全運行，同時對降低能耗，提高經(jīng)濟效益有重要意義。

1 影響反應器床層壓降的因素

1.1 原料性質(zhì)對床層壓降的影響

原料油的性質(zhì)是影響加氫反應器床層壓降上升最主要的原因。原料中含有重金屬、瀝青等雜質(zhì)，會聚集在反應器床層上部及床層空隙中，堵塞反應器流體通道，造成床層壓降上升。如反應器已裝填完催化劑，那么器內(nèi)床層空隙率已定，則原料油中雜質(zhì)的含量就成為很關(guān)鍵的因素。

原料雜質(zhì)中鐵含量是造成床層堵塞、壓降增高很重要的一個原因。渣油加氫裝置原料中油溶性的鐵主要是環(huán)烷酸鐵，是在原油加工、貯存及輸送過程中形成的。環(huán)烷酸鐵很容易在反應器內(nèi)發(fā)生氫解反應，生成的FeS會聚集或覆蓋在催化劑床層的上部。裝置運行過程中，隨著溫度的提高，這種FeS還會促進生焦反應，加快反應器床層的堵塞。

由此可見，原料油性質(zhì)是渣油加氫裝置首要考慮和控制的影響反應器床層壓降升高的指標。

1.2 催化劑對床層壓降的影響

催化劑在裝填過程中，床層內(nèi)會形成一定的空隙率，這也是影響床層壓降增加快慢的一個相當關(guān)鍵的因素。相同大小的反應器，由于催化劑裝填方式的不同，床層壓降也會不同。采用密相裝填時，較于普通裝填，床層壓降會相應增加。催化劑本身特性，如粒徑的不同、裝填的保護劑不同，在床層中形成的空隙率也會不同。另外催化劑本身也具備自己獨特容垢能力和脫金屬能力，也會在某種程度上影響反應器床層壓降。

如果催化劑裝填不善或催化劑強度差，粉塵過多無法被沖洗干凈，那么在裝置運行后催化劑就極易破碎，導致反應器床層在中部和底部堵塞，床層壓降快速上升；另外由于支撐瓷球或保護劑強度不夠，在裝置運行時破碎，同樣也會堵塞床層空隙，造成床層壓降上升。

1.3 操作參數(shù)變化的影響

裝置在生產(chǎn)運行中操作參數(shù)的改變也會對反應器床層壓降有一定程度的影響。反應進料量增大、尾油循環(huán)量增加、循環(huán)氫純度降低都會使反應器床層壓降出現(xiàn)上升的趨勢，此時如果優(yōu)化操作，床層壓降又會有一定程度的恢復進而趨于平穩(wěn)。所以生產(chǎn)運行中，要時刻關(guān)注操作參數(shù)的變化，即時正確地分析床層壓降變化的原因，才能有效地控制反應器床層壓降升高。由于事故處理需要，工藝上有時會改部分循環(huán)或全循環(huán)，不可避免地出現(xiàn)尾油中重組分的聚集，造成床層壓降的增大，這是一個短期內(nèi)無法表現(xiàn)的過程。如果進料帶水，則易使催化劑粉碎，造成壓降上升。

2 防止催化劑床層壓降增加過快的應對措施

圖1是該廠渣油加氫裝置I系列第一運行周期催化劑床層差壓分布，在2015年3月份更換了二反催化劑之后目前仍在正常運行中。

圖1 渣油加氫裝置I系列第一運行周期催化劑床層差壓分布

第二反應器床層差壓快速升高一直是固定床渣油加氫裝置比較突出的問題。該廠渣油加氫裝置同樣也存在此類狀況，主要原因有兩個：一是上流式反應器粉塵及磨損的催化劑會帶入到二反。一反的上流式反應器內(nèi)催化劑處于微膨脹狀態(tài)，其膨脹程度取決于入口的混氫量，混氫量的波動將導致膨脹狀態(tài)的不穩(wěn)定，從而使得一反內(nèi)催化劑磨損加劇，帶入二反。二是反應進料組分頻繁變化。根據(jù)全廠物料平衡，裝置運行過程中反應進料各組分調(diào)整也過于頻繁，導致反應器床層差壓及催化劑壽命也受一定影響。為防止反應器差壓過快增大，結(jié)合該廠渣油加氫裝置實際運行情況，應注意以下幾點：

2.1 嚴格控制裝置原料性質(zhì)

原料油性質(zhì)是導致反應器床層壓降上升的主要原因，所以加強油品在生產(chǎn)、儲存及運輸過程的管理和控制至關(guān)重要。

(1)嚴密監(jiān)控反應進料的性質(zhì)，嚴密監(jiān)控干點和殘?zhí)浚刂苹旌显辖M成比例，避免過度頻繁地改變，盡量減小其對催化劑活性的影響。

(2)原料油罐采用N2 氣封，避免罐內(nèi)的原料與空氣直接接觸。油品在60℃到90℃下與氧及罐的鐵壁發(fā)生反應，生成膠質(zhì)及其它大分子聚合物，進入反應器后發(fā)生縮合反應生成焦炭。在一定時間內(nèi)，原料油在空氣環(huán)境下儲存，同樣溫度下其殘?zhí)勘仍贜2氣封環(huán)境下儲存的殘?zhí)看髷?shù)倍。

(3)精細操作原料過濾器，保證原料在進入反應器前，按精度嚴格過濾，盡量防止機械雜質(zhì)進入到反應器，保證直徑＞25um雜質(zhì)的脫除率在設(shè)計值以上。該廠渣油加氫裝置的原料多樣化，影響因素多，因此用好原料過濾器對裝置來說尤其重要。

2.2 嚴格控制操作參數(shù)

在裝置運行中，諸如緊急泄壓、循環(huán)氫純度、進料量、循環(huán)量、原料帶水等會都對床層壓降有不同程度的影響。一定要盡可能減少緊急泄壓的發(fā)生次數(shù)，避免緊急泄壓對反應器內(nèi)構(gòu)件及催化劑床層的應力破壞。日常生產(chǎn)中要加強對各參數(shù)的監(jiān)控，尤其是進料帶水，如果進料帶水，易使催化劑粉碎，造成壓降上升，而這種上升是不可逆的。

該廠制氫裝置及重整裝置的運行不穩(wěn)定經(jīng)常引起氫氣管網(wǎng)大幅波動，而渣油加氫是高耗氫裝置，必然要緊急降溫降量，產(chǎn)品渣油在事故處理時還需打循環(huán)，如果短時間系統(tǒng)不能恢復，產(chǎn)品渣油較長時間在系統(tǒng)里循環(huán)，則不可避免地會出現(xiàn)重組分聚集，當循環(huán)油進入到反應器后，發(fā)生縮合反應，形成的焦碳顆粒覆蓋在催化劑表面，堵塞床層流通空隙，使反應器床層壓降增大。所以，為保證渣油加氫裝置能夠長周期運行，產(chǎn)品渣油不能長時間在系統(tǒng)里循環(huán)。這就要求一定要加強產(chǎn)氫單元的操作，保證氫氣管網(wǎng)的穩(wěn)定。

2.3 撇頭

撇頭就是將反應器床層上部已經(jīng)結(jié)垢、堵塞反應器內(nèi)流體通道的催化劑卸出，更換新鮮催化劑；或經(jīng)過篩，再把去除粉塵的催化劑回裝進反應器內(nèi)。理論上，當反應器床層某一深度下粉塵含量在l.0以下%時，可終止撇頭。實際情況下，床層壓降會導致整個催化劑床層有效空隙率下降，使更深層的污染物留在反應器床層內(nèi)，床層壓降快速上升，運行周期快速縮短。所以，用撇頭來處理反應器床層壓降只是解決床層壓降過高不得不采取的辦法。

3 結(jié)語

結(jié)合加氫處理裝置的實際運行情況，該廠在首次換劑檢修期間對反應器的內(nèi)構(gòu)件做了詳細檢查，催化劑的選型及裝填也經(jīng)過了CLG公司專家的指導和認可，這兩方面對催化劑床層差壓的影響因素已經(jīng)無法改變，所以關(guān)注的重點就集中到了對原料油性質(zhì)的嚴格把關(guān)及正常生產(chǎn)中對各關(guān)鍵參數(shù)的調(diào)節(jié)和控制，特別是盡量減少緊急泄壓的次數(shù)，盡量避免長時間的產(chǎn)品渣油循環(huán)。只有認真細致的做到以上幾點，才能確保加氫處理裝置的安全高效運行，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。