加氢反应器床层异常原因分析及对策

苗小帅，吕海宁，许 楠，孟庆冬

（中石化洛阳分公司，河南 洛阳 471012）

加氢反应器床层异常原因分析及对策

苗小帅，吕海宁，许 楠，孟庆冬

（中石化洛阳分公司，河南 洛阳 471012）

综述国内加氢反应器床层异常现象，通过分析异常原因，总结相应的对策，进而指导加氢反应器的平稳运行。

床层异常；原因；对策

加氢精制过程是炼化企业在面对目前严峻的环保问题提高油品质量的重要工艺手段，尽管加氢精制装置严格控制了原料油性质以及反应器催化床层温度，但是随着运转周期的延长，催化剂活性降低，催化剂床层仍会发生结焦、积碳、结垢及杂质堵塞等现象。加氢反应器床层在日常操作中出现的异常主要表现在压降增大、飞温、径向温差大，以下就这三方面异常的原因进行分析，对采取的措施进行讨论。

1 异常原因分析

1.1 床层压降增大

1.1.1 原料油性质

1）原料带水。水在反应器中汽化后体积增大，且水溶解无机盐后，使催化剂床层顶部结垢；尤其是在明水情况下，水的汽化、凝结等过程使催化剂颗粒粉化，引起催化剂机械强度降低、破碎，反应器压降增大。

2）原料中金属含量高。原料中Fe、Ni、V的含量对催化剂的影响较大，其中铁在油品中以环烷酸铁的形式存在，属于过程铁，它在反应器中很容易发生氢解并与硫化氢反应生成硫化铁，沉积在催化剂表面后，起自催化作用，助长生焦，加快床层堵塞，引起压力降增大。

国内某炼厂加氢裂化装置因精制反应器床层压降高提前停工检修，通过对精制反应器保护剂及催化剂样品的化验分析[1]，结果如下：

表1 样品粉尘中碳氢硫氮含量Tab.1 Carbon Hydrogen Sulfur and Nitrogen content of Dust samples

表2 样品粉尘中金属杂质含量（单位：mg/kg）Tab.2 Metal impurities content of Dust samples

从表1、表2中可以看出，样品粉尘中碳氢含量很低，可以肯定催化剂结焦并非精制反应器床层压降升高的主要因素。但样品中铁和硫含量很高，可以确定引起催化剂床层压降升高的主要原因是金属离子超标。

原料油中铁离子的来源主要有： 一是原料油中本身的原有铁； 二是原料油输油管道、储罐及其他加工设备腐蚀而导入的过程铁。

再者原料油含Si、Na、Ca等杂质及无机盐，沉积在催化剂表面，堵塞催化剂孔道，并使得催化剂颗粒黏结，形成结盖。

3）原料中机械杂质含量多。原料油自上游装置带入较多的机械杂质( 如焦粉、催化剂粉末) ，进加氢处理装置过滤不完全或者走跨线等，进入反应器后沉积在催化剂颗粒之间，造成催化剂床层压降升高。

4）原料中S、N、Cl含量高。S和N在加氢反应器中与H结合分别生成H2S和NH3，而H2S与NH3反应生成（NH3）2S或NH3HS的晶体。Cl与H结合生成HCl，NH3与Cl 生成NH3Cl晶体。这些晶体很容易沉积在催化剂的表面，累积时间过长晶体就会堵塞催化剂的床层的孔隙，使床层板结，导致加氢反应器床层压降升高。

1.1.2 床层局部塌陷

催化剂装填不规范及反应器内部构件损坏造成床层局部塌陷。

1.1.3 异常操作

1）炉管温度偏差较大。烯烃在炉管内高温区快速缩合结焦形成炭粉颗粒、硫化氢在高温情况下对设备的腐蚀生成 FeSx，经冲刷沉积到催化剂床层表面，堵塞催化剂孔道。

2）开停工次数。催化剂压碎强度低，在经历多次升降压或者事故处理紧急泄压中破碎，造成催化剂部分粉化，床层孔隙率下降，导致加氢反应器压降上升。

3）压缩机切换次数。压缩机在切换过程中出口氢气的流量和压力在短时间内就会波动一次，这相当于短时间的吹扫，容易造成杂物在高压氢气的冲击下排往下游管线和设备，氢气管网中的杂质就会被带到反应器内部，当杂质沉积到一定数量时，遇到装置生产波动时压降就会迅速升高。

4）氢气流量大幅度变化。氢气在加氢反应系统中的主要作用，一是作为反应物与原料中的不饱和烃、含S化合物、含N化合物、含O化合物等杂质进行反应；二是作为保护气带走反应器中的热量，保护催化剂。如果氢气流量大幅度波动，会导致在加氢精制过程中杂质反应不彻底，严重的会加快催化剂结焦。

1.2 床层飞温

反应器飞温是加氢装置最严重的生产事故之一，可导致催化剂结焦或失活，致使催化剂报废更换，造成巨大经济损失。下图为国内某炼厂由于循环氢压缩机跳停装置紧急停工后恢复生产过程中发生的一次反应器飞温事故[2]。

图1 反应器床层温度曲线Fig.1 Reactor bed temperature curve

由图1可以看出，11：11至11：18床层温度由450℃升到800℃。这次事故的原因是由于循环氢压缩机跳停，一方面对装置催化剂性能认识不足，未预想到系统压力为1.8MPa时，反应器内部反应激烈，大量的热量带不出去，造成反应器飞温；另一方面是反应系统压力未卸至最低，充分降低催化剂的温度，忽略了启动循环氢压缩机的时间，就将压缩机并入循环系统，造成飞温。

1.3 床层径向温差大

重油加氢装置的原料中的金属杂质在脱除过程中，不断沉积在催化剂内部及表面，未过滤掉的小颗粒环烷酸铁、硫化亚铁等机械杂质和系统中的其他杂质进入反应器分配器及床层，导致床层物料由于分配器不同部位积垢而产生偏流，同时反应热不能及时撤出而使多环芳烃缩合结焦，内部热量积聚导致温度上升，床层径向温差扩大[3]。

2 相应对策

2.1 严格控制原料油的质量

1）加强对原料油中金属离子含量的监控，防止金属含量超标。

2）加强对原料油中水份、S、N、Cl含量的监控，防止超标。

3）关注原料油颜色变化，监测油品中胶质、沥青质含量、溴价是否超标。

（4）要求上游原料罐定期清罐、定期脱水，延长换罐频次。

2.2 催化剂的选用和装填

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选用具有高孔隙率和大外表面积的环状催化剂载体或环状催化剂，并装填在催化剂床层顶部。在某些情况下能最大程度的降低床层压降，而且具有高表面积的环形载体或催化剂能脱出相当一部分的可溶性含铁化合物[4]。

提高催化剂的装填效果，采用分级装填方法。在装剂过程中尽量降低粉尘含量，提高反应器容垢能力。

2.3 操作管理

1）加热炉的管理。调节火嘴使每根炉管表面温度相差不大，避免某一根或者几根温度偏高，造成油品中不饱和物质在炉管内部结焦，发现结焦后及时进行烧焦处理，避免焦炭带入反应器。

2）密切关注反应器床层压降变化趋势，发现升高及时查找异常原因。

3）关注反应器床层总温升和径向温差变化，如果床层飞温，及时增大冷氢量或者降低反应器入口温度，降低催化剂温度；

3 结语

通过对国内加氢反应器床层异常现象进行概述，分析了异常现象的原因，提出了从原料油的质量控制、催化剂选择和装填、操作管理上应对措施，从而为加氢反应器长周期运行起到了指导作用。

[1]杜俊杰.精制反应器床层压降高原因分析及对策[J].广州化工,2011

[2]王从梁.油加氢裂化装置反应器飞温原因分析及对策[J].广东化工,2011,3

[3]徐彬.油加氢反应器径向温差大原因分析及改进措施[J].石化技术与应用,2013,5

[4]李大东.加氢处理工艺与工程[M].中国石化出版社,2004

苗小帅，男，硕士，助理工程师，2012年毕业于辽宁科技大学，目前从事蜡油加氢工艺改进工作。

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