淺析煤油加氫反應器壓差上升原因及相應對策

宋文康

(中化泉州石化有限公司, 福建 泉州 362000)

1 裝置簡介

煤油加氫精制裝置是根據中化泉州1200 萬噸/年煉油項目全廠總流程需要設計, 采用撫順石油化工研究院(FRIPP)設計基礎數據開展設計, 原設計公稱規模為140 萬噸/年, 后經擴能改造規模為175 萬噸/年, 年開工數按8400 小時計算, 本裝置以科威特原油直餾航煤餾分為原料, 經過加氫脫硫、 脫氮,生產精制航煤產品, 同時副產少量酸性氣, 本裝置采用直餾航煤低壓臨氫脫硫醇技術(RHSS)。

2 反應器壓差上升經過

2019 年5 月13 日, 由于冷低分后水冷器內漏, 裝置緊急停工搶修, 5 月15 開工, 之后反應器壓差較此前有明顯上漲趨勢; 檢修之前, 反應器壓差平穩, 維持在0.15 MPa 左右, 之后正常生產期間, 反應器壓差逐步緩慢上漲, 上升至0.30 MPa左右。

具體時間節點如下:

(1)2019 年5 月13 日裝置搶修之前, 反應進料210 t/h 下,反應器壓差維持在0.16 ~0.17 MPa;

(2)2019 年 5 月 13 日-15 日, 裝置搶修, 壓差 0;

(3)2019 年5 月15 日01: 00, 啟動反應進料泵; 反應進料達到210 t/h, 此時反應器壓差維持在0.16 ~0.17 MPa;

(4)2019 年 5 月 16 日 16: 00 至 17 日 20: 00, 反應器壓差從0.16 MPa 上升至0.2 MPa;

圖1 煤油反應器壓差上升曲線Fig.1 Pressure rise curve of kerosene reactor

(5)2019 年 5 月 17 日至 5 月 31 日, 進料量 210 t/h 不變,反應器壓差從0.2 MPa 上升至0.21 MPa;

(6)2019 年6 月17 日至7 月8 日, 隨著反應進料量逐步提高至210 t/h, 反應器壓差逐步升高至0.24 MPa。

3 煤油反應器壓差上升的危害

(1)反應器壓差的上升, 主要是由于反應器入口的壓力增加所致, 維持較高的反應器壓差, 會使得循環氫的流量減少,處理量降低, 空速降低, 使催化劑積碳加重, 從而影響催化劑的活性與壽命;

(2)反應器入口的壓力增加, 催化劑床層的受力也隨之增加, 受力過大, 容易導致催化劑床層的坍塌, 影響產品質量和正常生產, 并且, 長期以往, 也會損壞反應器的內構件[1];

(3)反應器壓差0.3 MPa 內維持穩定, 可維持正常生產。如果繼續上漲, 必須采取撇頭等措施, 停工撇頭檢修, 影響經濟效益。

4 原因分析

此次停工檢修后的進料量、 反應溫度、 壓力、 循環氫量均與停工檢修前的工況保持一致, 所以可以排除以上因素并不是造成反應器壓差上升的主要原因。 煤油加氫反應器共一個床層, 反應器入口分配器是泡罩式, 反應器床層上部裝有保護瓷球, 為了減少換熱器結構, 防止反應器頂部催化劑床層堵塞,并達到提高換熱器傳熱效率和延長裝置運轉周期的目的, 裝置內部設置脫除精度為25 μm 的原料油過濾器, 裝置在正常運行情況下, 煤油加氫原料過濾器為投用狀態。

煤油加氫反應器床層壓差上升, 可以從兩個方面來分析;

(1)系統外部的雜質進入了反應器床層, 具體表現為原料里的雜質, 如金屬雜質, 液體膠質, 少量的焦粉等進入到了反應器床層頂部, 附著在反應器頂部的保護瓷球上, 降低了反應器的空隙率, 阻塞的介質的流通通道, 增大了流體通過的阻力[2], 造成了短期了壓差的急劇上升, 在正常的工況下, 原料過濾器是必須投用的, 可以避免雜質帶入反應器床層里面, 之所以造成反應器壓差上升, 初步分析, 很有可能是原料過濾器的濾網有破損, 只起到了部分過濾的效果, 導致部分進入系統的原料沒有經過過濾, 雜質也隨之進入反應器床層, 造成反應器壓差上升;

(2)系統內部的雜質進入到反應器床層頂部, 煤油加氫裝置首次開工為2014 年, 至今已運行六年時間, 中間經歷過一次大檢修, 長時間的運行, 經過介質的沖刷, 管道材質會腐蝕減薄, 加之煤油加氫的加氫反應會產生產生一部分的硫化氫,煤油加氫的反應:

硫醇: 硫醇加氫反應時, 發生C-S 鍵斷裂。

硫醚: 硫醚加氫反應時, 首先生成硫醇, 再進一步脫硫,生成相應的烴類和硫化氫。

二硫化物: 二硫化物加氫反應時, 首先發生 S-S 鍵斷裂,生成硫醇, 再進一步發生C-S 鍵斷裂, 脫去硫化氫。 在氫氣不足的條件下, 硫醇也可以轉化成硫醚。

噻吩: 噻吩加氫反應時, 首先是雜環加氫飽和, 然后是C—S 鍵開環斷裂生成硫醇, 最后生成丁烷, 而產生的硫醇繼續反應, 生成硫化氫。

由此可得知煤油加氫系統處于一個富硫化氫環境, 更容易造成一部分的材質的腐蝕剝離脫落, 從而產生硫化亞鐵等雜質, 正常情況下, 系統處于一個穩定的狀態, 附著在管道內壁上, 硫化亞鐵等雜質不會大量剝離脫落, 但是, 在緊急搶修時, 系統的壓力、 溫度、 流量都會大量波動, 劇烈變化, 從而使處于穩態的硫化亞鐵等雜質脫落, 此種現象在換熱器E-101、 反應爐F-101 更為明顯, 因為這兩種設備都涉及溫度的大幅變化。 煤油加氫裝置緊急搶修結束, 開工正常后, 剝離的硫化亞鐵等雜質也隨著介質進入到反應器床層頂部[3], 造成反應器壓差的上升。

煤油加氫裝置反應器壓差上升, 會影響循環機的壓力, 循環機壓力波動, 直接影響整個系統壓力的穩定, 從而影響正常生產; 當反應器壓差在0.3 MPa 以下時, 可維持生產, 但當反應器壓差超過0.3 MPa, 且持續上升時, 正常生產將無法維持,必須停工, 對反應器進行撇頭處理。 為了抑制煤油加氫反應器壓差的上升, 在實際的生產中, 從以下多個方面著手, 采取多重措施, 保持反應器壓差的穩定。

5 相應對策

(1)對煤油原料過濾器進行清洗; 煤油原料過濾器為兩組SR101A 和SR101B, 隔離煤油原料過濾器, 分別拆除濾芯進行清洗, 經拆解后發現, 其中一組濾芯有輕微的破損, 更換新濾芯,使之起到充分的過濾作用, 避免大量的雜質帶到反應器床層; 并且制定相關的設備管理制度, 定期對原料過濾器進行清洗更換。

(2)嚴格控制煤油加氫裝置處理量和反應溫度的穩定, 并盡可能使氫油比接近設計值, 維持循環氫量和系統壓力的穩定, 嚴格執行操作規程, 并與生產管理部門協商, 保證處理量的穩定, 及時聯系上游裝置, 保證原料供應的穩定。

(3)聯系上游常減壓裝置, 保持常一線原料組分的穩定,在實際的生產中分析數據得知, 常一線組分的變化, 對煤油反應器壓差有明顯的影響。

隨機選取2020 年7 月1 日至2021 年7 月28 日的煤油原料和反應器壓差的數據進行對比分析。

圖2 為常一線終餾點和反應器壓差的變化曲線, 從圖表中可以明顯看出, 隨著終餾點的增加, 反應器壓差呈下降趨勢,反之亦然, 其中有幾個特別明顯的節點, 節點①, 7 月4 日0:00 原料終餾點260 ℃, 反應器壓差0.266 MPa, 節點②7 月25日0: 00, 原料終餾點252.8 ℃, 反應器壓差0.31 MPa, 從這兩個節點可以明顯的看出原料終餾點和反應器壓差在一定范圍之內呈反比關系。

圖2 煤油原料常一線終餾點和反應器壓差的變化曲線Fig.2 Variation curve of final boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

圖3 為常一線初餾點和反應器壓差的變化曲線, 從圖標中可以明顯的看出, 隨著煤油原料常一線初餾點的升高, 反應器的壓差呈下降趨勢, 反之亦然, 其中有兩個特別明顯的節點,節點①, 7 月1 日0: 00 原料初餾點147.4 ℃, 反應器壓差0.267 MPa, 節點②, 7 月 25 日 0: 00 原料初餾點 139.8 ℃,反應器壓差0.303 MPa, 從這兩個節點及圖表可以看出, 反應器的壓差隨著初餾點的升高而降低。

圖3 煤油原料常一線初餾點和反應器壓差的變化曲線Fig.3 Variation curve of initial boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

綜上述兩方面的分析, 可以看出, 煤油原料組分的輕重對反應器壓差有很顯著的影響, 主要是因為, 當原料的組分偏輕時, 進入到反應器里的反應油氣化率增大, 而前期反應器床層頂部附著較多的雜質, 使其空隙率減小[4], 氣相組分不容易通過, 從而造成反應器入口的壓力增加, 反應器壓差也隨之上升; 當原料組分變重時, 進入到反應器里的反應油的氣化率降低, 更容易通過反應器床層, 從而反應器入口的壓力降低, 反應器壓差也隨之降低。

煤油加氫原料中, 還含有少量的膠質, 這些膠質, 在溫度較高時, 基本能全部溶解在油里, 但是當溫度降低至常溫時,就會以液體膠質的形式析出[5], 所以, 在日常的實際生產中,為了減少原料中的膠質析出, 應當保持熱供料, 即常減壓的常一線直供煤油加氫, 在條件允許的情況下, 原料中盡量少或者不摻入罐區料; 這樣, 在一定程度上, 也減少了原料中的雜質, 從而抑制的反應器壓差的上升。

6 結 語

通過對實際生產中各種原因的總結, 分析工況數據, 系統的制定有效的措施, 保證的裝置的平穩運行和安全生產, 為以后類似情況提供了依據, 同時, 也促進了石油煉制行業的高速發展。