加氫反應器床層異常原因分析及對策

苗小帥，呂海寧，許 楠，孟慶冬

（中石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012）

加氫反應器床層異常原因分析及對策

苗小帥，呂海寧，許 楠，孟慶冬

（中石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012）

綜述國內加氫反應器床層異常現象，通過分析異常原因，總結相應的對策，進而指導加氫反應器的平穩運行。

床層異常；原因；對策

加氫精制過程是煉化企業在面對目前嚴峻的環保問題提高油品質量的重要工藝手段，盡管加氫精制裝置嚴格控制了原料油性質以及反應器催化床層溫度，但是隨著運轉周期的延長，催化劑活性降低，催化劑床層仍會發生結焦、積碳、結垢及雜質堵塞等現象。加氫反應器床層在日常操作中出現的異常主要表現在壓降增大、飛溫、徑向溫差大，以下就這三方面異常的原因進行分析，對采取的措施進行討論。

1 異常原因分析

1.1 床層壓降增大

1.1.1 原料油性質

1）原料帶水。水在反應器中汽化后體積增大，且水溶解無機鹽后，使催化劑床層頂部結垢；尤其是在明水情況下，水的汽化、凝結等過程使催化劑顆粒粉化，引起催化劑機械強度降低、破碎，反應器壓降增大。

2）原料中金屬含量高。原料中Fe、Ni、V的含量對催化劑的影響較大，其中鐵在油品中以環烷酸鐵的形式存在，屬于過程鐵，它在反應器中很容易發生氫解并與硫化氫反應生成硫化鐵，沉積在催化劑表面后，起自催化作用，助長生焦，加快床層堵塞，引起壓力降增大。

國內某煉廠加氫裂化裝置因精制反應器床層壓降高提前停工檢修，通過對精制反應器保護劑及催化劑樣品的化驗分析[1]，結果如下：

表1 樣品粉塵中碳氫硫氮含量Tab.1 Carbon Hydrogen Sulfur and Nitrogen content of Dust samples

表2 樣品粉塵中金屬雜質含量（單位：mg/kg）Tab.2 Metal impurities content of Dust samples

從表1、表2中可以看出，樣品粉塵中碳氫含量很低，可以肯定催化劑結焦并非精制反應器床層壓降升高的主要因素。但樣品中鐵和硫含量很高，可以確定引起催化劑床層壓降升高的主要原因是金屬離子超標。

原料油中鐵離子的來源主要有： 一是原料油中本身的原有鐵； 二是原料油輸油管道、儲罐及其他加工設備腐蝕而導入的過程鐵。

再者原料油含Si、Na、Ca等雜質及無機鹽，沉積在催化劑表面，堵塞催化劑孔道，并使得催化劑顆粒黏結，形成結蓋。

3）原料中機械雜質含量多。原料油自上游裝置帶入較多的機械雜質( 如焦粉、催化劑粉末) ，進加氫處理裝置過濾不完全或者走跨線等，進入反應器后沉積在催化劑顆粒之間，造成催化劑床層壓降升高。

4）原料中S、N、Cl含量高。S和N在加氫反應器中與H結合分別生成H2S和NH3，而H2S與NH3反應生成（NH3）2S或NH3HS的晶體。Cl與H結合生成HCl，NH3與Cl 生成NH3Cl晶體。這些晶體很容易沉積在催化劑的表面，累積時間過長晶體就會堵塞催化劑的床層的孔隙，使床層板結，導致加氫反應器床層壓降升高。

1.1.2 床層局部塌陷

催化劑裝填不規范及反應器內部構件損壞造成床層局部塌陷。

1.1.3 異常操作

1）爐管溫度偏差較大。烯烴在爐管內高溫區快速縮合結焦形成炭粉顆粒、硫化氫在高溫情況下對設備的腐蝕生成 FeSx，經沖刷沉積到催化劑床層表面，堵塞催化劑孔道。

2）開停工次數。催化劑壓碎強度低，在經歷多次升降壓或者事故處理緊急泄壓中破碎，造成催化劑部分粉化，床層孔隙率下降，導致加氫反應器壓降上升。

3）壓縮機切換次數。壓縮機在切換過程中出口氫氣的流量和壓力在短時間內就會波動一次，這相當于短時間的吹掃，容易造成雜物在高壓氫氣的沖擊下排往下游管線和設備，氫氣管網中的雜質就會被帶到反應器內部，當雜質沉積到一定數量時，遇到裝置生產波動時壓降就會迅速升高。

4）氫氣流量大幅度變化。氫氣在加氫反應系統中的主要作用，一是作為反應物與原料中的不飽和烴、含S化合物、含N化合物、含O化合物等雜質進行反應；二是作為保護氣帶走反應器中的熱量，保護催化劑。如果氫氣流量大幅度波動，會導致在加氫精制過程中雜質反應不徹底，嚴重的會加快催化劑結焦。

1.2 床層飛溫

反應器飛溫是加氫裝置最嚴重的生產事故之一，可導致催化劑結焦或失活，致使催化劑報廢更換，造成巨大經濟損失。下圖為國內某煉廠由于循環氫壓縮機跳停裝置緊急停工后恢復生產過程中發生的一次反應器飛溫事故[2]。

圖1 反應器床層溫度曲線Fig.1 Reactor bed temperature curve

由圖1可以看出，11：11至11：18床層溫度由450℃升到800℃。這次事故的原因是由于循環氫壓縮機跳停，一方面對裝置催化劑性能認識不足，未預想到系統壓力為1.8MPa時，反應器內部反應激烈，大量的熱量帶不出去，造成反應器飛溫；另一方面是反應系統壓力未卸至最低，充分降低催化劑的溫度，忽略了啟動循環氫壓縮機的時間，就將壓縮機并入循環系統，造成飛溫。

1.3 床層徑向溫差大

重油加氫裝置的原料中的金屬雜質在脫除過程中，不斷沉積在催化劑內部及表面，未過濾掉的小顆粒環烷酸鐵、硫化亞鐵等機械雜質和系統中的其他雜質進入反應器分配器及床層，導致床層物料由于分配器不同部位積垢而產生偏流，同時反應熱不能及時撤出而使多環芳烴縮合結焦，內部熱量積聚導致溫度上升，床層徑向溫差擴大[3]。

2 相應對策

2.1 嚴格控制原料油的質量

1）加強對原料油中金屬離子含量的監控，防止金屬含量超標。

2）加強對原料油中水份、S、N、Cl含量的監控，防止超標。

3）關注原料油顏色變化，監測油品中膠質、瀝青質含量、溴價是否超標。

（4）要求上游原料罐定期清罐、定期脫水，延長換罐頻次。

2.2 催化劑的選用和裝填

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選用具有高孔隙率和大外表面積的環狀催化劑載體或環狀催化劑，并裝填在催化劑床層頂部。在某些情況下能最大程度的降低床層壓降，而且具有高表面積的環形載體或催化劑能脫出相當一部分的可溶性含鐵化合物[4]。

提高催化劑的裝填效果，采用分級裝填方法。在裝劑過程中盡量降低粉塵含量，提高反應器容垢能力。

2.3 操作管理

1）加熱爐的管理。調節火嘴使每根爐管表面溫度相差不大，避免某一根或者幾根溫度偏高，造成油品中不飽和物質在爐管內部結焦，發現結焦后及時進行燒焦處理，避免焦炭帶入反應器。

2）密切關注反應器床層壓降變化趨勢，發現升高及時查找異常原因。

3）關注反應器床層總溫升和徑向溫差變化，如果床層飛溫，及時增大冷氫量或者降低反應器入口溫度，降低催化劑溫度；

3 結語

通過對國內加氫反應器床層異常現象進行概述，分析了異常現象的原因，提出了從原料油的質量控制、催化劑選擇和裝填、操作管理上應對措施，從而為加氫反應器長周期運行起到了指導作用。

[1]杜俊杰.精制反應器床層壓降高原因分析及對策[J].廣州化工,2011

[2]王從梁.油加氫裂化裝置反應器飛溫原因分析及對策[J].廣東化工,2011,3

[3]徐彬.油加氫反應器徑向溫差大原因分析及改進措施[J].石化技術與應用,2013,5

[4]李大東.加氫處理工藝與工程[M].中國石化出版社,2004

苗小帥，男，碩士，助理工程師，2012年畢業于遼寧科技大學，目前從事蠟油加氫工藝改進工作。

Cause analysis of Hydrogenation Reactor bed abnorm al and counterm easures

Miao Xiaoshuai，Lv Hain ing，Xu Nan，M eng Q ingdong Luoyang Petrochem ical，Luoyang 471012，P.R.China

A Summary of the hydrogenation reactor bed anomalies，by analyzing the abnormal reasons and summarized countermeasures ,then guide hydrogenation reactor running smoothly.

bed abnormal，cause，countermeasures