浅析煤油加氢反应器压差上升原因及相应对策

宋文康

(中化泉州石化有限公司, 福建 泉州 362000)

1 装置简介

煤油加氢精制装置是根据中化泉州1200 万吨/年炼油项目全厂总流程需要设计, 采用抚顺石油化工研究院(FRIPP)设计基础数据开展设计, 原设计公称规模为140 万吨/年, 后经扩能改造规模为175 万吨/年, 年开工数按8400 小时计算, 本装置以科威特原油直馏航煤馏分为原料, 经过加氢脱硫、 脱氮,生产精制航煤产品, 同时副产少量酸性气, 本装置采用直馏航煤低压临氢脱硫醇技术(RHSS)。

2 反应器压差上升经过

2019 年5 月13 日, 由于冷低分后水冷器内漏, 装置紧急停工抢修, 5 月15 开工, 之后反应器压差较此前有明显上涨趋势; 检修之前, 反应器压差平稳, 维持在0.15 MPa 左右, 之后正常生产期间, 反应器压差逐步缓慢上涨, 上升至0.30 MPa左右。

具体时间节点如下:

(1)2019 年5 月13 日装置抢修之前, 反应进料210 t/h 下,反应器压差维持在0.16 ~0.17 MPa;

(2)2019 年 5 月 13 日-15 日, 装置抢修, 压差 0;

(3)2019 年5 月15 日01: 00, 启动反应进料泵; 反应进料达到210 t/h, 此时反应器压差维持在0.16 ~0.17 MPa;

(4)2019 年 5 月 16 日 16: 00 至 17 日 20: 00, 反应器压差从0.16 MPa 上升至0.2 MPa;

图1 煤油反应器压差上升曲线Fig.1 Pressure rise curve of kerosene reactor

(5)2019 年 5 月 17 日至 5 月 31 日, 进料量 210 t/h 不变,反应器压差从0.2 MPa 上升至0.21 MPa;

(6)2019 年6 月17 日至7 月8 日, 随着反应进料量逐步提高至210 t/h, 反应器压差逐步升高至0.24 MPa。

3 煤油反应器压差上升的危害

(1)反应器压差的上升, 主要是由于反应器入口的压力增加所致, 维持较高的反应器压差, 会使得循环氢的流量减少,处理量降低, 空速降低, 使催化剂积碳加重, 从而影响催化剂的活性与寿命;

(2)反应器入口的压力增加, 催化剂床层的受力也随之增加, 受力过大, 容易导致催化剂床层的坍塌, 影响产品质量和正常生产, 并且, 长期以往, 也会损坏反应器的内构件[1];

(3)反应器压差0.3 MPa 内维持稳定, 可维持正常生产。如果继续上涨, 必须采取撇头等措施, 停工撇头检修, 影响经济效益。

4 原因分析

此次停工检修后的进料量、 反应温度、 压力、 循环氢量均与停工检修前的工况保持一致, 所以可以排除以上因素并不是造成反应器压差上升的主要原因。 煤油加氢反应器共一个床层, 反应器入口分配器是泡罩式, 反应器床层上部装有保护瓷球, 为了减少换热器结构, 防止反应器顶部催化剂床层堵塞,并达到提高换热器传热效率和延长装置运转周期的目的, 装置内部设置脱除精度为25 μm 的原料油过滤器, 装置在正常运行情况下, 煤油加氢原料过滤器为投用状态。

煤油加氢反应器床层压差上升, 可以从两个方面来分析;

(1)系统外部的杂质进入了反应器床层, 具体表现为原料里的杂质, 如金属杂质, 液体胶质, 少量的焦粉等进入到了反应器床层顶部, 附着在反应器顶部的保护瓷球上, 降低了反应器的空隙率, 阻塞的介质的流通通道, 增大了流体通过的阻力[2], 造成了短期了压差的急剧上升, 在正常的工况下, 原料过滤器是必须投用的, 可以避免杂质带入反应器床层里面, 之所以造成反应器压差上升, 初步分析, 很有可能是原料过滤器的滤网有破损, 只起到了部分过滤的效果, 导致部分进入系统的原料没有经过过滤, 杂质也随之进入反应器床层, 造成反应器压差上升;

(2)系统内部的杂质进入到反应器床层顶部, 煤油加氢装置首次开工为2014 年, 至今已运行六年时间, 中间经历过一次大检修, 长时间的运行, 经过介质的冲刷, 管道材质会腐蚀减薄, 加之煤油加氢的加氢反应会产生产生一部分的硫化氢,煤油加氢的反应:

硫醇: 硫醇加氢反应时, 发生C-S 键断裂。

硫醚: 硫醚加氢反应时, 首先生成硫醇, 再进一步脱硫,生成相应的烃类和硫化氢。

二硫化物: 二硫化物加氢反应时, 首先发生 S-S 键断裂,生成硫醇, 再进一步发生C-S 键断裂, 脱去硫化氢。 在氢气不足的条件下, 硫醇也可以转化成硫醚。

噻吩: 噻吩加氢反应时, 首先是杂环加氢饱和, 然后是C—S 键开环断裂生成硫醇, 最后生成丁烷, 而产生的硫醇继续反应, 生成硫化氢。

由此可得知煤油加氢系统处于一个富硫化氢环境, 更容易造成一部分的材质的腐蚀剥离脱落, 从而产生硫化亚铁等杂质, 正常情况下, 系统处于一个稳定的状态, 附着在管道内壁上, 硫化亚铁等杂质不会大量剥离脱落, 但是, 在紧急抢修时, 系统的压力、 温度、 流量都会大量波动, 剧烈变化, 从而使处于稳态的硫化亚铁等杂质脱落, 此种现象在换热器E-101、 反应炉F-101 更为明显, 因为这两种设备都涉及温度的大幅变化。 煤油加氢装置紧急抢修结束, 开工正常后, 剥离的硫化亚铁等杂质也随着介质进入到反应器床层顶部[3], 造成反应器压差的上升。

煤油加氢装置反应器压差上升, 会影响循环机的压力, 循环机压力波动, 直接影响整个系统压力的稳定, 从而影响正常生产; 当反应器压差在0.3 MPa 以下时, 可维持生产, 但当反应器压差超过0.3 MPa, 且持续上升时, 正常生产将无法维持,必须停工, 对反应器进行撇头处理。 为了抑制煤油加氢反应器压差的上升, 在实际的生产中, 从以下多个方面着手, 采取多重措施, 保持反应器压差的稳定。

5 相应对策

(1)对煤油原料过滤器进行清洗; 煤油原料过滤器为两组SR101A 和SR101B, 隔离煤油原料过滤器, 分别拆除滤芯进行清洗, 经拆解后发现, 其中一组滤芯有轻微的破损, 更换新滤芯,使之起到充分的过滤作用, 避免大量的杂质带到反应器床层; 并且制定相关的设备管理制度, 定期对原料过滤器进行清洗更换。

(2)严格控制煤油加氢装置处理量和反应温度的稳定, 并尽可能使氢油比接近设计值, 维持循环氢量和系统压力的稳定, 严格执行操作规程, 并与生产管理部门协商, 保证处理量的稳定, 及时联系上游装置, 保证原料供应的稳定。

(3)联系上游常减压装置, 保持常一线原料组分的稳定,在实际的生产中分析数据得知, 常一线组分的变化, 对煤油反应器压差有明显的影响。

随机选取2020 年7 月1 日至2021 年7 月28 日的煤油原料和反应器压差的数据进行对比分析。

图2 为常一线终馏点和反应器压差的变化曲线, 从图表中可以明显看出, 随着终馏点的增加, 反应器压差呈下降趋势,反之亦然, 其中有几个特别明显的节点, 节点①, 7 月4 日0:00 原料终馏点260 ℃, 反应器压差0.266 MPa, 节点②7 月25日0: 00, 原料终馏点252.8 ℃, 反应器压差0.31 MPa, 从这两个节点可以明显的看出原料终馏点和反应器压差在一定范围之内呈反比关系。

图2 煤油原料常一线终馏点和反应器压差的变化曲线Fig.2 Variation curve of final boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

图3 为常一线初馏点和反应器压差的变化曲线, 从图标中可以明显的看出, 随着煤油原料常一线初馏点的升高, 反应器的压差呈下降趋势, 反之亦然, 其中有两个特别明显的节点,节点①, 7 月1 日0: 00 原料初馏点147.4 ℃, 反应器压差0.267 MPa, 节点②, 7 月 25 日 0: 00 原料初馏点 139.8 ℃,反应器压差0.303 MPa, 从这两个节点及图表可以看出, 反应器的压差随着初馏点的升高而降低。

图3 煤油原料常一线初馏点和反应器压差的变化曲线Fig.3 Variation curve of initial boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

综上述两方面的分析, 可以看出, 煤油原料组分的轻重对反应器压差有很显著的影响, 主要是因为, 当原料的组分偏轻时, 进入到反应器里的反应油气化率增大, 而前期反应器床层顶部附着较多的杂质, 使其空隙率减小[4], 气相组分不容易通过, 从而造成反应器入口的压力增加, 反应器压差也随之上升; 当原料组分变重时, 进入到反应器里的反应油的气化率降低, 更容易通过反应器床层, 从而反应器入口的压力降低, 反应器压差也随之降低。

煤油加氢原料中, 还含有少量的胶质, 这些胶质, 在温度较高时, 基本能全部溶解在油里, 但是当温度降低至常温时,就会以液体胶质的形式析出[5], 所以, 在日常的实际生产中,为了减少原料中的胶质析出, 应当保持热供料, 即常减压的常一线直供煤油加氢, 在条件允许的情况下, 原料中尽量少或者不掺入罐区料; 这样, 在一定程度上, 也减少了原料中的杂质, 从而抑制的反应器压差的上升。

6 结 语

通过对实际生产中各种原因的总结, 分析工况数据, 系统的制定有效的措施, 保证的装置的平稳运行和安全生产, 为以后类似情况提供了依据, 同时, 也促进了石油炼制行业的高速发展。