加氫裂化裝置反應器飛溫原因及處理辦法

高景山

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

反應器飛溫又稱飛溫，是反應器在非穩定操作狀態下操作參數有微擾動而造成反應器溫度上升的一種現象。加氫裂化裝置因高活性的催化劑反應，促使反應器有較高的飛溫速度，進而使溫度在短時間內驟然升高，造成催化劑的燒結而失去活性，甚至是構件損壞、反應器壁的損壞、爆炸性事故等。對此，應對加氫裂化裝置飛溫原因進行具體問題具體分析，采取合理化措施控制事故的發生，以保證裝置及生產安全。

1 加氫裂化裝置反應器飛溫致因

1.1 循環氫因素

循環氫的作用是支持反應器氫分壓與攜帶反應熱，用量為化學反應用計量的10倍。循環氫的使用量若突然增加或減少，加氫裂化裝置反應器所攜帶的熱量也增加或減少，進而促使反應器溫度發生變化，若產業線操作不當，床層溫度變化會超出額定限值。生產過程中，中斷或減少循環氫的供應量，反應器內會快速積累大量的熱量，引發反應器飛溫。一般情況下，加氫裂化裝置控制溫度要大于360 ℃，且反應時間較短。若在此期間，循環氫不能及時供應并補救措施不及時，則會引發反應器飛溫現象。另外，氫氣分壓、空速和氫油比也是影響加氫過程。其中，空速會影響加氫裂化裝置反應器中催化劑的用量與體積，在一定程度上降低空速會促使加氫過程更加利于生產。而氫油比對加氫裂化裝置反應器的影響集中在：反應過程、催化劑的使用壽命、操作成本和設備投資成本等[1]。

1.2 原料因素

一方面，原料使用量的偏差會導致加氫裂化裝置反應器飛溫。如因液相進料量的驟減，對床層噴淋的密度產生很大的影響，進而導致床層催化劑效能有所降低。其原因是催化劑浸潤率變高，若沒有及時處理催化問題，會導致大量循環氫，進而引發飛溫現象。另一方面，加氫裂化裝置若處于進料過程中，因原料含有氮或硫成分具有較強化學反應的成分，進而產生大量的芳烴和烯烴，以及伴隨大量的熱。若化工企業監控不力，加氫裂化裝置反應器溫度會超過額定溫度，進而出現反應器飛溫現象。

1.3 機械故障

化工生產作業中，冷氫控制法和冷氫溫度控制點的故障或失靈。若操作人員未能及時發現故障問題，或采取的補救措施不及時或方法不當，容易導致床層溫度控制的失衡，與此同時加氫裂化裝置反應器出現溫度失控。例如：某煉廠加氫裂化裝置循環氫壓縮機連鎖跳機，泄壓出現不徹底問題，操作人員沒有進行徹底檢查就強制恢復，導致循環氫壓縮機再次出現了跳機，進而導致反應器床層出現飛溫，溫度到達近800 ℃。

1.4 人為操作失誤

首先，操作人員沒有嚴格操作規范進行生產調節，也就是違背了“先降溫才能降量”的原則。尤其是高轉化率的條件下，若反應溫度高，則會造成加氫裂化裝置溫度失控。其次，操作人員的人為操作失誤，加氫裂化裝置反應器床層的溫度調節中，手動輸入數值出現了偏差，且操作人員沒有及時發現并糾正，進而導致反應器溫度出現失控問題。最后，操作人員事故處理方式錯誤或反應不及時，導致加氫裂化裝置反應器出現了飛溫，發生速度也往往較快。例如：開工過程中，操作人員向加氫裂化裝置反應器的反應系統補充氫并進行充壓，同時放空泄壓。某一床層溫度升到近400 ℃，然而其他反應器床層并沒有出現明顯的升溫。操作人員想要快速恢復生產，但是循環機開機程序超過規定時間，導致延誤了利用冷氫量控制反應器床層溫度的合理時間，故而造成了反應器飛溫事故[2]。

2 加氫裂化裝置反應器飛溫處理辦法

2.1 加強開停工安全操作

2.1.1 加強開工安全操作

(1)保持加氫裂化裝置反應系統的干燥。在化工生產加工前，加氫裂化裝置反應器的反應系統需要經過干燥和烘爐，將反應器水分蒸發掉，包括結晶水和自然水，進而才能啟動反應器。其目的是燒結反應系統耐火材料，以加強耐火材料使用壽命和強度。在此期間，加熱爐不能殘余易燃易爆的氣體，因而烘爐過程不能升溫過快，不然容易出現爐墻倒塌事故。

(2)置換和氣密反應系統。反應器運行系統分為空氣環境置換氮氣環境與氮氣環境置換氫氣環境。第一個階段的置換能避免爆炸發生，第二階段的置換能保持反應器運行系統內的氣體有較為均衡的分子量，進而使循環氫壓縮機能夠正常運行。相比較而言，氣密目的是查找裝置漏點以及時排除安全隱患，促使裝置能正常運行。加氫裂化裝置反應器的反應系統氣密工作，要根據壓力等級的不同而采取相對應的辦法，例如：低壓氣密介質是氮氣，檢查合格之后才能進行低壓氣密的檢查。在2 MPa壓力等級標準下進行氫氣檢查合格后才能開展系統升壓和高壓氣密檢查。

(3)分餾系統的油運。分餾系統涉及熱油運和冷油運兩個部分。其中，熱油運通過檢查分餾設備系統的熱態情況，以做好接收反應準備。冷油運操作目的是通過檢查分餾系統的儀表和機泵等設備，避免工藝流程出現改動，進而保證設備不竄油或不跑油。

(4)加氫裂化裝置反應系統反應器開工過程中，系統會出現升壓、升溫的現象，因而操作人員需要根據標準速度進行，升壓速度過快或者是過慢都有可能造成系統的泄漏，這一點需要操作人員格外注意。

2.1.2 加強停工安全操作

應依照“先降溫、再降量”的操作原則，降低溫度后才能降低反應系統反應器的進料量，以避免出現反應器飛溫現象的發生。具體操作為：

(1)使用低凝點的原料置換反應系統。由于加氫裂化裝置原料油都比較重，且具有較高的凝點，停工需要使用易凝結的催化劑用于設備管線，如常二線油。

(2)切斷反應器進料，調節反應器的溫度，裂化反應器應無明顯地升溫。

(3)反應系統反應器循環帶油和熱氫處理。進料被切斷，反應器加熱爐出現回溫現象，利用熱循環氫將催化劑存油帶出，溫度控制也需要按照催化劑而定，但是不宜過高以避免熱氫還原。

(4)置換反應系統。置換環境下反應系統氫烴濃度小于1%。

(5)卸催化劑。使用過的催化劑容易與空氣中的氧氣發生反應而出現自燃，專業人員在N2環境下卸反應器中的催化劑。并且，卸催化劑的過程中，應輔助使用干冰進行保護，以降低催化劑自燃的發生率。

(6)清洗和防腐加氫裂化裝置設置。停工后，加氫裂化裝置反應器的高壓系統設備及部件，需要用堿性液體進行清洗，避免接觸空氣而出現腐蝕并損壞機器設備。

(7)退油與吹掃加氫裂化裝置。停工加氫裂化裝置反應系統，操作人員應將反應裝置內存油進行退出和吹掃。

(8)處理輔助反應系統。停工后的加氫裂化裝置火炬系統和地下污水處理系統等輔助系統，同樣需要處理改進，不能有死角，其目的是避免系統因殘留物而出現腐蝕。

2.2 裝填、硫化和鈍化催化劑

一方面，裝填加氫裂化裝置反應系統反應器催化劑。裝填催化劑之前應檢查好系統設備和粉塵含量，添加過程要均勻、認真，避免裝填過程有異物進入反應器裝置內。需要強調的是，國內加氫裂化裝置反應器催化劑預硫化的工業化方式多是反應器內預硫化中的干法硫化方法，硫化劑也多為二甲基二硫或二硫化碳，主要是因為干法硫化法能避免反應器飛溫。干硫化法又稱氣相硫化，硫化過程不需要硫化油，但要求循環氫壓縮機和裝置操作壓力全量循環下才能運行，起始溫度是175 ℃，終止溫度是370 ℃，硫化過程均勻快速，且硫化過程因沒有使用硫化油而伴隨大量熱，需要操作人員及時排除才能避免反應器飛溫，如硫化氫的濃度、升溫速率和床層溫度等指標。

另一方面，硫化與鈍化催化劑。開工前的催化劑缺乏加氫活性，因而經過硫化才能開工使用。因此，在硫化催化劑的過程中，操作人員應避免硫化氫中毒，以及應避免硫化管線、硫化劑存儲罐、反應器可能產生的污染點，因而要注意預硫化開工的時間，通常需要7天左右的時間。而為抑制硫化催化劑的加氫裂化活性，必要情況下還需要鈍化催化劑。

2.3 積極推進催化劑的研發工作

為保障重質料油化工生產需要，而且能夠支持加氫裂化裝置的穩定運轉，催化劑的創新研發非常重要。研究新催化劑，則需要滿足脫硫與脫氮條件下，適當地提升催化劑容雜能力，才能避免大量雜質的沉積而堵塞孔道的結果。對此，根據這一要求，可通過加強催化劑載體孔徑、外形結構、孔體積等方面，以提升催化劑反應效果。除此之外，在催化劑顆粒強度不變的前提下，調整催化劑內部結構以提升催化劑顆粒連通性、分布均勻性和擴散通道含量，進一步提升了催化劑傳質效率。在催化劑的使用上，不同顆粒外形或功能的催化劑應該經過科學配比才能使用，進而發揮不同種類催化劑的作用。

還需要注意的是，加氫裂化裝置反應器在預處理化工催化劑的過程中，還應關注煉油廠兩個方面，具體為：一是原料油被摻入劣質成分，化工廠需要加大雜質分析工作，特別是原料油的無機雜質成分需要查清楚來源，并根據實際情況適當增加除雜設備數量。二是高硫原油的加工過程中，一般要適當地加入消泡劑或者是緩蝕劑等物質，但是正因為這些非金屬成分的摻入，導致催化劑的活性有所降低，這一點應引起操作人員的關注。

2.4 優化進料性質

加氫裂化裝置反應器加工處理化工產品，需要分別進行一次加工和二次加工。現階段，為避免裝置反應器床層超溫，則應該根據設計比例進行催化劑級。摻煉輕蠟油的重石腦油的收率能提升10%左右。在最近接重石腦油收率的條件下運行裝置，裝置上游要保證進料性質的穩定性，并有限滿足加氫裂化裝置反應器的用氫需求，以避免頻繁降提轉化率和改變進料性質而促使反應器出現超溫和催化劑的結焦。開工加氫裂化裝置后，動態平衡催化油庫存，以減少加氫裂化裝置催化原油加工量。

2.5 合理選用裝置部件

首先，測量儀表的選擇。由于反應器的內部高壓、高溫，介質性質屬易燃易爆類，且反應較為迅速，反應器床層入口熱電偶應具備快速響應和安全性，效應時間要不大于15 s。而為了縮短反應器傳熱時間，可增加T型梁于反應器中，將熱電偶測溫元件與T型梁進行連接，并直接接觸介質。經過測溫系統加裝后，一般應用K型熱電偶測溫儀表，管線安裝熱電偶，加氫裂化裝置反應器的運行會更加安全。

其次，安裝數字控制器。數字控制系統包含A/D轉換、采樣輸入信號、設定值給定環節、濾波環節、輸出信號的轉換等環節。加氫裂化裝置反應器加裝計算機控制系統，并預留AI/AO通道和控制器單元等器件平臺，額外接入算法和接口元件就能實現遠程控制，便于快速反應機械運行問題。溫度信號采樣頻率都為固定頻率，大約是15～20 s為一周期，且適用于反應器的入口溫控回路。加氫裂化裝置反應器內部床層出口因反應速度較快，且熱電偶為快速響應型，因而溫度信號的采樣周期會更小，需要實際情況進行調試。另外，數字濾波次用限幅濾波法，其原理是溫度變化的熱慣性需要一段時間才能體現出來，且滯后時間比采樣周期大。對此，相鄰的兩個采樣周期獲取值要明顯大于固定法值，進而可以判斷出測量值由于受到干擾而不準確，因而為保障測量值的準確性，需要用上一次的采樣信號代替本次采樣信號數值。

最后，采取分段溫控系統。反應器床層飛溫可采取提高冷氫量的辦法。起點分段溫控系統主要是分為內部床層入口溫控回路和反應器入口溫控回路。而根據流程的不同，反應器入口溫控回路也不同，如直接控制冷氫注入流量與加熱爐燃料氣入口流量兩類。而直接控制冷氫注入流量的溫控回路多為簡單回路，加熱爐燃料氣入口流量可選擇相同結構，以提升溫控品質。

3 結語

加氫裂化裝置反應系統對溫控要求較高，因此需合理地控制加氫裂化裝置反應器飛溫現象，合理分析工藝路線、控制目標、運行階段等特點，整定參數并優化控制系統，設計出符合實際生產需求的自動化控制系統，避免人為操作帶來的危險性，才能最大程度降低反應器飛溫。