催化柴油对柴油加氢催化剂床层温度影响的探讨

占亮 姚峰（中国石油四川石化有限责任公司 四川 彭州 611930）

柴油加氢精制主要以脱硫、脱氮、脱氧、脱金属、烯烃饱和为目的，以提高柴油的品质。柴油加氢精制反应均为放热反应，催化柴油为二次加工油，不饱和烃含量大，氢化热最大[1]，如操作不当，可能引起反应器床层超温，导致催化剂结焦与失活[2]。了解催化柴油中不饱和烃对催化剂床层温度的影响，可以有效控制床层温度，指导实际生产。

一、装置切换二次加工油

四川石化350万吨/年柴油加氢装置由CPE抚顺分公司设计，采用柴油深度加氢脱硫技术，催化剂为抚顺石油化工研究院开发的FH-UDS，操作弹性为60%～110%。

2014年5月15日，装置正处110%负荷标定中，原料为常减压直馏柴油220t/h，渣油加氢柴油26t/h,罐区420-003D柴油213t/h，催化柴油因带水切接到420-003C脱水，装置催化柴油直进料切断，总计反应进料459t/h。进料经E2004与精制柴油换热后温度为140℃，反应炉F1001出口温度控制337℃，反应器第一床层温升14℃，第二床层温升6.8℃。

7:28分，柴油罐区进行切罐操作，由420-003D罐切到420-003C。柴油加氢装置维持当前操作。8：00整，420-003C柴油完全进入系统，反应开始剧烈。

第一床层温升由14℃升高至21.0℃，一床层入口温度355升至361.4℃，一床层出口温度由361.1升至最高381.2℃。第二床层入口温度由359℃升至369.8℃。F1001入口由316.4℃升至最高324.3℃，出口由337.5升至342.5℃。系统氢耗明显增加，由27268Nm/h增至34046Nm/h。急冷氢由4798Nm/h增至22500Nm/h。

二、原料油性质分析

此次切罐，从420-003D罐切到420-003C罐，导致了反应器的温度的波动。从公司调度得知420-003C罐为催化柴油与乙烯C9等二次加工油储罐。对420-003D罐与420-003C罐原料进行分析，发现420-003C罐柴油溴价达14.49g/100g（表1），420-003D罐柴油溴价为8.20g/100g（表2），420-003C罐不饱和烃含量更大。由表1与表2可看出，处理罐区420-003C时滤后柴油溴价味8.34g/100g高于处理罐区420-003D柴油时滤后柴油溴价4.59g/100g。可见处理420-003C罐时，大量不饱和烃进入系统。

表2：处理罐区420-003D柴油时各进料溴价

三、切换原料后的现象与分析

为了了解催化柴油等二次加工油中不饱和烃对催化剂床层温度的影响，选取了7:45至8:15时间段的数据作为分析依据。

表4 催化柴油对催化剂床层温度的影响

1.由表4可看出，7:45到7:55分，F1001出入口及各床层温度及温升没有明显变化，反应热表现不明显，第一个温波出现在保护剂与第一床层入口，但温波没有进入系统。

2.7:55到8:05，温波开始在系统里表现出来，F1001入口及各床层入口温度明显增加，反应热开始剧烈释放。

3.在8:05至8:15阶段（图2），反应最为剧烈，第一床层温升明显，第一床层出口温度明显上升，但第二床层在冷氢的控制下，出入口温度及床层温升变化不明显。

4.7:45到7:55分为原料进入反应器初期，反应热不明显，但系统耗氢量 和补充氢压缩机负荷明显上升，由此可见，在大量不饱和烃进入系统初期，温度变化表现比较滞后，反应热表现比较缓慢，而表现最为迅速的是系统耗氢量，系统氢耗在温度还没表现出来时就已经迅速增加（图1）。原料切入中期，7:55到8:05，反应热迅速表现，并通过换器换热表现在F1001出口（表4），呈现不可控状态。原料切入末期，8:05至8:15阶段，反应热全部释放，只有通过冷氢量和炉出口温度的压制才控制住反应热的恶性循环。

5.由表4可看出，7:45-8:05阶段，第一床层和第二床层温升没有明显变化（图2），但各床层温度却在上升，由此可见，反应热不是来自第一床层和第二床层。由表四可看出，F1001出口7:45-8:05阶段保持恒定不变，但是，此阶段第一床层入口温度迅速上升，说明保护剂温升明显，反应热来自保护剂。可见，原料中不饱和烃进入反应器初期，保护剂促发了大部分反应，随原料的不断切入，不饱和烃比例上升，但完全可以在保护剂中全部发生反应而没进入第一床层。

6.随原料全部切入，通过反应器中的不饱和烃急剧上升，保护剂对不饱和烃的反应已经饱和，保护剂温度不在上升，大量不饱和烃进入第一床层，诱发第一床层剧烈反应，床层温升急剧上升（图2）。

7.第二床层入口温度在冷氢控制下维持365℃左右，但第二床层温升并没有太大的变化（图2），由此可见，大部分不饱和烃的饱和反应发生在第一床层。

图1 第一床层温升与耗氢量关系

图2 第一床层与第二床层温升

四、结论与操作调整方案

综合上文的论述，可以得出以下结论：

1.催化柴油中不饱和烃导致柴油加氢装置反应器一床层温升急剧升高。

2.催化柴油进入系统中，首先表现在系统氢耗上，然后再是表现在床层温升上。

3.催化柴油中不饱和烃极易发生反应，在含量不大的时候，主要在保护剂中发生饱和反应。

4.催化剂处在前期，活性高，在不饱和烃含量大的时候，饱和反应主要发生在第一床层。

在实际操作过程中，笔者给出如下解决方案：

1.保持信息畅通，切罐前做组成分析。

2.关注系统氢耗情况，如果系统氢耗迅速增加，则要密切关注反应器床层温升情况，并作相应调节。

3.如果已知大量二次加工油进入系统，则要提前做调整，适当降低F1001出口温度，防止剧烈反应，用急冷氢适当降低二床层入口温度。

4.一旦床层温升已经开始，要迅速果断调整，降低原料油入系统温度，并应迅速减少燃料气量以降低F1001出口温度，保证一床层入口温度，用急冷氢控制二床层入口温度，防止反应热进入系统。

[1]史开洪.艾中秋.加氢精制装置技术问答[M].中国石化出版社.2007.

[2]汽（煤、柴）油加氢装置操作工[M].中国石化出版社.2010.