渣油加氢反应器床层压降升高原因及应对措施

邱开辉（中化泉州石化有限公司，福建 泉州362103）

渣油加氢装置的反应器床层压降，不仅是重要的操作设计参数，而且是制约装置长周期运转的重要因素。加氢装置往往并非是因为催化剂失活导致停工，而是因为催化剂床层压降超过设计允许值而被迫停工。如某炼油厂3.3Mt/a渣油加氢装置I系列第二反应器曾高达1.6MPa，导致I系列运转仅半年多就不得不停工换剂。床层压降过大不仅增大了系统压降，增加了不必要的能耗，而且会增加反应器内构件的承载负荷，严重时会损坏反应器内构件，导致坍塌，不仅造成经济损失，更重要的是装置被迫停工。因此密切监视反应器床层压降，并根据其上升趋势及时准确地对工艺参数作出调整以延缓其上升速度，既可以保证装置长周期稳定安全运行，同时对降低能耗，提高经济效益有重要意义。

1 影响反应器床层压降的因素

1.1 原料性质对床层压降的影响

原料油的性质是影响加氢反应器床层压降上升最主要的原因。原料中含有重金属、沥青等杂质，会聚集在反应器床层上部及床层空隙中，堵塞反应器流体通道，造成床层压降上升。如反应器已装填完催化剂，那么器内床层空隙率已定，则原料油中杂质的含量就成为很关键的因素。

原料杂质中铁含量是造成床层堵塞、压降增高很重要的一个原因。渣油加氢装置原料中油溶性的铁主要是环烷酸铁，是在原油加工、贮存及输送过程中形成的。环烷酸铁很容易在反应器内发生氢解反应，生成的FeS会聚集或覆盖在催化剂床层的上部。装置运行过程中，随着温度的提高，这种FeS还会促进生焦反应，加快反应器床层的堵塞。

由此可见，原料油性质是渣油加氢装置首要考虑和控制的影响反应器床层压降升高的指标。

1.2 催化剂对床层压降的影响

催化剂在装填过程中，床层内会形成一定的空隙率，这也是影响床层压降增加快慢的一个相当关键的因素。相同大小的反应器，由于催化剂装填方式的不同，床层压降也会不同。采用密相装填时，较于普通装填，床层压降会相应增加。催化剂本身特性，如粒径的不同、装填的保护剂不同，在床层中形成的空隙率也会不同。另外催化剂本身也具备自己独特容垢能力和脱金属能力，也会在某种程度上影响反应器床层压降。

如果催化剂装填不善或催化剂强度差，粉尘过多无法被冲洗干净，那么在装置运行后催化剂就极易破碎，导致反应器床层在中部和底部堵塞，床层压降快速上升；另外由于支撑瓷球或保护剂强度不够，在装置运行时破碎，同样也会堵塞床层空隙，造成床层压降上升。

1.3 操作参数变化的影响

装置在生产运行中操作参数的改变也会对反应器床层压降有一定程度的影响。反应进料量增大、尾油循环量增加、循环氢纯度降低都会使反应器床层压降出现上升的趋势，此时如果优化操作，床层压降又会有一定程度的恢复进而趋于平稳。所以生产运行中，要时刻关注操作参数的变化，即时正确地分析床层压降变化的原因，才能有效地控制反应器床层压降升高。由于事故处理需要，工艺上有时会改部分循环或全循环，不可避免地出现尾油中重组分的聚集，造成床层压降的增大，这是一个短期内无法表现的过程。如果进料带水，则易使催化剂粉碎，造成压降上升。

2 防止催化剂床层压降增加过快的应对措施

图1是该厂渣油加氢装置I系列第一运行周期催化剂床层差压分布，在2015年3月份更换了二反催化剂之后目前仍在正常运行中。

图1 渣油加氢装置I系列第一运行周期催化剂床层差压分布

第二反应器床层差压快速升高一直是固定床渣油加氢装置比较突出的问题。该厂渣油加氢装置同样也存在此类状况，主要原因有两个：一是上流式反应器粉尘及磨损的催化剂会带入到二反。一反的上流式反应器内催化剂处于微膨胀状态，其膨胀程度取决于入口的混氢量，混氢量的波动将导致膨胀状态的不稳定，从而使得一反内催化剂磨损加剧，带入二反。二是反应进料组分频繁变化。根据全厂物料平衡，装置运行过程中反应进料各组分调整也过于频繁，导致反应器床层差压及催化剂寿命也受一定影响。为防止反应器差压过快增大，结合该厂渣油加氢装置实际运行情况，应注意以下几点：

2.1 严格控制装置原料性质

原料油性质是导致反应器床层压降上升的主要原因，所以加强油品在生产、储存及运输过程的管理和控制至关重要。

(1)严密监控反应进料的性质，严密监控干点和残炭，控制混合原料组成比例，避免过度频繁地改变，尽量减小其对催化剂活性的影响。

(2)原料油罐采用N2 气封，避免罐内的原料与空气直接接触。油品在60℃到90℃下与氧及罐的铁壁发生反应，生成胶质及其它大分子聚合物，进入反应器后发生缩合反应生成焦炭。在一定时间内，原料油在空气环境下储存，同样温度下其残炭比在N2气封环境下储存的残炭大数倍。

(3)精细操作原料过滤器，保证原料在进入反应器前，按精度严格过滤，尽量防止机械杂质进入到反应器，保证直径＞25um杂质的脱除率在设计值以上。该厂渣油加氢装置的原料多样化，影响因素多，因此用好原料过滤器对装置来说尤其重要。

2.2 严格控制操作参数

在装置运行中，诸如紧急泄压、循环氢纯度、进料量、循环量、原料带水等会都对床层压降有不同程度的影响。一定要尽可能减少紧急泄压的发生次数，避免紧急泄压对反应器内构件及催化剂床层的应力破坏。日常生产中要加强对各参数的监控，尤其是进料带水，如果进料带水，易使催化剂粉碎，造成压降上升，而这种上升是不可逆的。

该厂制氢装置及重整装置的运行不稳定经常引起氢气管网大幅波动，而渣油加氢是高耗氢装置，必然要紧急降温降量，产品渣油在事故处理时还需打循环，如果短时间系统不能恢复，产品渣油较长时间在系统里循环，则不可避免地会出现重组分聚集，当循环油进入到反应器后，发生缩合反应，形成的焦碳颗粒覆盖在催化剂表面，堵塞床层流通空隙，使反应器床层压降增大。所以，为保证渣油加氢装置能够长周期运行，产品渣油不能长时间在系统里循环。这就要求一定要加强产氢单元的操作，保证氢气管网的稳定。

2.3 撇头

撇头就是将反应器床层上部已经结垢、堵塞反应器内流体通道的催化剂卸出，更换新鲜催化剂；或经过筛，再把去除粉尘的催化剂回装进反应器内。理论上，当反应器床层某一深度下粉尘含量在l.0以下%时，可终止撇头。实际情况下，床层压降会导致整个催化剂床层有效空隙率下降，使更深层的污染物留在反应器床层内，床层压降快速上升，运行周期快速缩短。所以，用撇头来处理反应器床层压降只是解决床层压降过高不得不采取的办法。

3 结语

结合加氢处理装置的实际运行情况，该厂在首次换剂检修期间对反应器的内构件做了详细检查，催化剂的选型及装填也经过了CLG公司专家的指导和认可，这两方面对催化剂床层差压的影响因素已经无法改变，所以关注的重点就集中到了对原料油性质的严格把关及正常生产中对各关键参数的调节和控制，特别是尽量减少紧急泄压的次数，尽量避免长时间的产品渣油循环。只有认真细致的做到以上几点，才能确保加氢处理装置的安全高效运行，实现经济效益的最大化。