氢气压缩机过滤器压差高的原因分析及对策

张士元，李 亮，吴斌超

（中国石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依834003）

某石化公司连续重整装置采用美国UOP 公司第3 代超低压连续重整工艺技术，以蒸馏装置、焦化汽油加氢和柴油加氢改质后石脑油等混合石脑油为原料，生产高辛烷值汽油，于2011 年12 月建成投产，原设计加工能力为60×104t/a，2018 年大检修期间进行扩能改造，处理能力为80×104t/a，装置于2015年6月、2018年8月2次停工检修。

自2019 年下半年以来，装置氢增压机入口过滤器多次发现结盐堵塞，造成压差高，此类问题多次发生会引起重整循环氢过滤器压差高，严重时造成压缩机停工维修。文中对形成过滤器压差高的现象进行分析并提出了合理的建议与措施。

1 工艺流程

重整产物分离罐（D2201）顶含氢气体一部分经重整循环氢压缩机（K2201）升压后作为循环氢参与重整反应，另一部分经重整氢增压机（K2202）增压，1 级出口送往1 号再接触罐（D2202），2 级出口送往2号再接触罐（D2203）。重整产物分离罐底液体经重整产物分离罐底泵（P2201）升压后与2号再接触空冷器（A2204）冷却后的含氢气体混合后，依次经再接触预冷器（E2205）和再接触冷冻器（E2206）冷却至低温后进入2 号再接触罐（D2203）进行油气分离。

2号再接触罐（D2203）罐底液体在再接触预冷器（E2205）换热后，与1 号再接触空冷器（A2203）冷却后的含氢气体混合，经1号再接触水冷器冷却后，进入1 号再接触罐（D2202）进行油气分离。由2号再接触罐（D2203）顶分出的含氢气体少量送往催化剂再生部分，大部分经氢气脱氯罐（D2204A/B）脱氯后，1 部分作为预处理装置的补充氢，其余部分则送往变压吸附氢气提纯装置提纯后去氢气系统管网，其工艺流程见图1。

2 运行问题及现象分析

2.1 运行问题

连续重整装置氢气增压机K2202 采用的是往复式压缩机，共有3 台（A/B/C），正常工况下为2 开1 备，可以切换使用，自2019 年下半年以来增压机入口过滤器清理比较频繁，清理统计数据见表1。

图1 重整装置氢增压机流程

表1 氢气增压机过滤器清理次数统计表

从表1 可见，增压机过滤器出现多次压差高，造成过滤器清理频繁，清理过滤器势必需要切换压缩机，影响压缩机等设备的稳定运行，同时对装置的平稳运行也有一定的风险。

2.2 现象分析

清理氢气增压机K2202过滤器，分别在过滤器入口管壁和滤网取得垢样，过滤器堵塞和垢样显示过滤器入口垢样主要为入口管道处的薄片状固体以及过滤器滤网上的垢样，其中滤网上垢样主要为土黄色粉末状物质，用水冲洗后，垢样会快速溶解于水，表明垢样是1 种极易溶于水的盐类，加热该物质时会产生比较刺鼻的氨味，结合固态的氯化铵呈白色、绿色或者褐色等特点，从现场分析现象可以初步判断堵塞过滤器的物质为氯化铵。

2.3 垢样元素分析

为查找堵塞过滤器的原因，进一步对过滤器入口垢样和滤网垢样进行元素分析，金属分析和非金属分析结果见表2、3。

表2 垢样金属元素分析

从表1 可以看出，2 种垢样中金属主要是铁元素且含量很高，分别为21.4%和22.9%，其它金属元素含量较低，推测垢样中铁元素来源主要是过滤器或管线的腐蚀，引起金属剥落带入。

表3 垢样非金属元素分析

从表3 可以看出，2 种垢样中氮含量分别为21.50%和25.00%，同时氯离子含量分别为16.38%和34.30%，因此推测垢样中主要物质应该为氯化铵；碳氢元素来源于氢气中少量的轻烃；氧元素推测为拆开过滤器后部分物质氧化带入，循环氢介质环境本身不含有带有氧元素的物质。

3 原因分析

从现场所得的垢样比较容易溶于水，以及垢样的元素分析综合上述分析结果，结合生产过程中重整循环氢中含有氯化氢和氨气，2 者混合后会形成氯化铵晶体堵塞压缩机过滤器，同时氯化铵晶体还会引起管线和滤网的腐蚀剥落，这是垢样形成的主要原因，故要解决过滤器压差高问题首先要分析判断铵盐的来源。

铵盐的形成：氮和氯时石油中常见的杂质，其在加氢反应时会形成氯化氢、氨，氢气增压机的入口温度大约30～40 ℃左右，在该温度下循环氢携带的此2 种物质在低温条件下时会进一步反应产生铵盐，铵盐形成后，容易变成固体随着循环氢介质进入到压缩机的滤网处，累积后导致压缩机过滤器堵塞造成压差高［1-2］。根据连续重整工艺特点分析，形成铵盐的主要物质是氯、氮以及水的环境。

3.1 氮的来源

铵盐的出现，是由于重整原料中的含氮化合物尤其是碱性氮化物，在重整反应条件下容易生成氨，然后会强烈的吸附在催化剂表面，由于催化剂表面含有大量氯离子，在重整反应条件下生成铵盐。随着重整生成油带入到循环氢系统中，经过空冷后在低温条件下与氯化氢、硫化氢等接触进行化学反应生成铵盐，大量铵盐在低温处结晶析出，引起结垢堵塞设备还可能导致管线腐蚀［3-4］。

连续重整装置的原料主要来自蒸馏装置的石脑油、45×104t/a 汽油加氢装置和150×104t/a 柴油加氢改质装置的重石脑油，氮化物的质量分数与油品种类有关，一般来说直馏馏分油中氮化物质量分数低，而2次加工的焦化、催化、加氢产生的油品中氮化物质量分数偏高，其中重整进料中的氮化物主要来自于加氢精制油（2 次加工石脑油），并且2套装置在重整原料占比较高达50%以上，其中45×104t/a 汽油加氢装置、150×104t/a 柴油加氢改质装置的重石脑油以及该装置预加氢部分原料的氮含量趋势见图2。来自150×104t/a 加氢改质装置的重石脑油不经重整预加氢反应器直接进入到分馏塔会部分，会直接携带其进入重整反应部分。

图2 预加氢原料中氮含量趋势

从图2可以看出45×104t/a汽油加氢装置氮含量较高，2019 年5 月至11 月氮含量最大到11 μg/g（平均在7 μg/g），这部分的氮无法在预加氢部分进行完全脱除，自2019 年6 月份以来，预加氢原料中的氮含量平均值在1.4 μg/g，预加氢原料的氮含量超标会进一步引起重整进料的氮含量超标。

3.2 氯的来源

氯的来源有2 部分：1 是原油中的无机氯化物和有机氯化物，其中无机氯化物一般在原油加工过程中可通过电脱盐脱水，脱除率一般可达90%以上，而对于有机氯化物脱除几乎没有脱除效果；2 是为了保持重整催化剂的酸性功能和金属功能的均衡，在催化剂再生过程中需要补充有机氯的化合物，一方面可以利于提高产品质量，但是另一方面补氯不当容易造成氯流失在特定条件下形成铵盐结晶导致管线和设备的腐蚀及堵塞。

目前装置除了氢气增压机K2202 入口过滤器堵塞差压高的情况，循环氢压缩机K2201入口过滤器的压差也有了一定的升高，由于K2201 只有1 台无法进行切换，所以当循环氢压缩机过滤器压差高时只有通过提高压缩机转速来维持正常的氢油比，若不能维持运转时只有通过停工进行处理。

3.3 系统水含量

水在各类化学反应中起着非常重要的作用，在催化剂再生过程中，再生后的催化剂在进入反应器之前，需要在还原段进行还原，在还原过程中将催化剂上氧化态的铂转化为单质铂，在还原过程中会产生水，结合连续重整装置的反应特点，可以发现系统中的水主要来自于再生催化剂还原时生成的水，还原气中的水含量会随着催化剂的循环速率的变化有一定的波动，较高的水含量说明催化剂还原效果比较好，但较多的水进入后续部位，形成比较潮湿的环境，通过检测还原气水的体积分数在200×10-6～1 000×10-6，这部分水在氢气与重整生成油再接触的过程中被带入系统中，其中水对装置本身基本操作影响较小，但与氯化氢、氨等物质在低温条件下共同作用形成铵盐可以引发设备、管线堵塞和腐蚀。

3.4 介质流速

在装置实际生产运行过程中，流速是铵盐能够形成的另外1 个因素，由于在流速较高时，氯化铵即便形成之后也会被气体所带走，不容易在设备和管线上进行附着，因此在管线里面普遍由于流速较快，氯化铵结晶后不易沉积，而在限流孔板、阀门、过滤器等带有节流效应的地方，会影响气体的流速使其有所降低，氯化铵结晶后较容易在其附近产生沉积造成比较明显的堵塞现象。

4 防范措施及建议

4.1 提高原料品质，控制氮含量

通过查找原因分析发现重整进料中的氮化物主要来自于加氢精制的石脑油，尽可能减少其中的氮含量可以有效减少系统中的铵盐量，使其进入重整原料中的氮含量越低越好，强化原料管理，及时跟踪检测原料中的氮含量和氯含量，加强与职能部门的沟通协调，尽量避免含氯和氮含量高的原料进入预加氢系统。

与此同时适当提高预加氢注水量，虽然通过预加氢注水不会直接脱除原料中的氮、氯含量，但是可以有效脱除在预加氢系统过程中形成的铵盐，装置的预加氢注水点有2处为预加氢进料换热器和预加氢产物空冷器，目前2者合计注水量3 t/h（对于预加氢进料注水比例5%），可以适当提高注水量，提高注水量还要考虑预加氢产物分离罐的分离效果能力，否则过多的水会也影响重整进料中的水含量。

4.2 调整注氯量，还原气出口增设脱氯罐

重整注氯量根据反应温降及催化剂氯含量进行调整，同时要把重整循环氢中氯含量作为参考因素，需严格控制重整催化剂的水氯平衡，为了减小注氯量对压缩机入口过滤器结盐堵塞影响，逐步调整重整装置注氯量由470 g/h 降低至350 g/h，调整后重整反应温降正常，催化剂氯含量正常，对装置操作和产品质量影响不大，同时考虑定期更换空气干燥剂，减少催化剂再生过程中的氯流失。

催化剂在再生过程中金属铂是以氧化态形式存在的，在氧氯化步骤后还需要进行还原，将金属铂转化为还原态，还原反应需要有氢气才能进行，还原段出口的氢气换热完后进入压缩机入口，对还原段出口的氢气进行氯化氢检测，携带氯化氢的氢气在低温条件下也会加速铵盐的结晶，可以采用在还原段氢气出口增加气相脱氯罐流程，从而把氯阻挡在脱氯罐设备部分。

4.3 更换入口分液罐泡沫网，投用蒸汽伴热线

在装置停工期间，更换循环氢压缩机入口分液罐的泡沫网，更换后对新的泡沫网进行加厚处理，延长氢气在罐内的停留时间，确保杂质尽可能少的进入到压缩机系统，减少循环氢气带液后进入压缩机1、2级入口造成过滤器堵塞。

装置K2202入口管线设置有蒸汽伴热线，在运行期间及时投用增压机蒸汽伴热线，提高氢气进入压缩机的温度，减少带液现象的发生，同时定期清理还原气出口过滤器，若还原后的氢气过滤效果不好，则氢气可能会携带催化剂的粉尘进入到氢气增压机，也会造成入口过滤器堵塞，所以需要增加过滤器清理的次数，减少氢气粉尘携带量，可以有效缓解过滤器堵塞造成压差高的问题

4.4 预加氢催化剂更换高效脱氮催化剂

由于原料中氮含量较高，且脱氮剂的脱氮效果一般，可通过提高反应压力、降低反应空速来解决此问题。在预加氢反应中相对于温度、空速来讲，压力是脱氯的关键参数，但是设备承受压力设计时已固定，提高反应压力的办法是行不通的，可以通过更换高效脱氮催化剂提高脱氮能力，通过查阅文献，中海油气（泰州）石化有限公司通过更换高效脱氮预加氢催化剂DN-3630，可以将预加氢原料中含有的氮（含量2.5～3.8 μg/g）通过预加氢反应器后脱除到0.2 μg/g，脱除效果明显［5］。

4.5 控制还原气中水含量

催化剂再生工艺，在反应器顶部设有催化剂还原段。在催化剂还原过程中，氧化态的催化剂被氢气还原，有一定量的水生成。为保证催化剂性能，要求尽可能的保证催化剂完全还原，而生成的水随还原氢气带入氢气循环系统、氢气外送系统中，微量的水在各容器内均无法脱除，这部分水可以考虑在还原气排放线上增加聚结器或干燥器，以除去还原气中携带的水分。

5 结束语

连续重整装置氢气增压机过滤器堵塞造成压差高是由于在特定条件下生成氯化铵，进而形成铵盐沉积所导致。铵盐的出现是由于原料中含氮化合物在重整反应条件下和氢生成氨，氨强烈吸附在催化剂表面，催化剂表面的氯离子，在重整条件下与氨生成氯化铵，在低温下铵盐造成设备管线堵塞。可以通过控制原料、还原气出口增加脱氯罐、调整再生注氯量、控制循环氢系统水含量等措施，缓解氢增压机管线设备堵塞压差高的问题。