反应器压差升高原因分析及处理措施.doc

反应器压差升高原因分析及处理措施曹智勇摘要 ：本文结合蜡油加氢装置第一运行周期2012年度的生产运行现状和操作特点，分析了装置反应器压差升高的原因，并针对原因分析，提出了解决问题的办法和措施，为装置的长周期运行提供帮助。关键词 ：蜡油加氢 催化剂 床层压降 一、前言 260万t/a蜡油加氢处理装置以、常减压装置轻、重蜡油以及焦化蜡油为原料，生产加氢蜡油、石脑油、精制柴油等产品，为公司催化裂化装置提供优质原料增产高品值汽油，提高公司经济效益。从第一生产周期运行情况来看，精制蜡油的脱硫、脱氮率较高、残炭含量低，但是反应器压差上升过快的问题一直是困扰装置长周期运行的主要问题。2010年10月和2012年10月因反应器压差达到工艺卡片规定最大值而进行催化剂撇头；2013年9月床层压差达到1.2MPa，装置被迫降量生产，处理量只能维持240t/h，远低于设计值310t/h。反应器压差上升不仅降低了装置的处理能力，增加了装置的能耗，而且还缩短了生产周期，造成人力、物力的浪费。二、 反应器压差上升快的原因分析 图1 2012年蜡加床层压降变化曲线图从蜡油加氢装置2012年度的生产运行情况看，整个反应器床层最高点温度未超410（设计末期温度426），各床层径向温差稳定6，未出现突然升高的现象，生产过程较平稳，但反应器压差上升的趋势很快的（如图1），究其原因分析，导致的影响因素较多，结合生产实际状况我认为主要影响因素包括原料性质的变化，催化剂结焦，催化剂床层局部塌陷和操作异常波动等方面，具体原因分析如下。2.1 原料性质对床层压降的影响原料性质是影响床层压降上升的主要原因。由于原料中的杂质如重金属，沥青质，污染物等汇集在催化剂床层上部及床层空隙，当达到一定数量后，就会在催化剂上部形成一层高密度的滤饼或床层催化剂的孔隙率下降，堵塞流体流道，造成床层压降上升，所以对已装填完催化剂的床层来讲，空隙率已定，原料油中的杂质含量就很关键。混合原料中的氮含量、残炭含量、重金属含量随焦化蜡油量的增加而上升，原料性质随之变差。焦化蜡油掺炼量较大时，原料过滤器压差上升快，切换频繁，不得不开副线。焦化蜡油中的焦粉等杂质直接进入反应器。短时间内对反应器床层压差产生了不良的影响。反应器一床层压差随焦化蜡油掺炼比例的增加而快速上升。图2 2012年原料量及焦蜡掺炼比 从图2的数据可以看出2012年1-4月焦化蜡油掺炼比较低，平均在0.3以下。从表1的数据可以看出1-4月混合原料的性质在2012年全年中处于较好的水平，从图3中可以看出，1-4月反应器一床层压差较为稳定，一直处于0.05MPa左右。自5月开始逐步提高焦化蜡油的掺炼比率，原料的性质随之变差，反应床层压差开始上升。反应器一床层压差由0.05MPa（250t/h进料）开始上升，至9月份备料结束以后，一床层压差上升至0.37 MPa（260t/h进料）。10月份焦化蜡油掺炼比例有所下降，但混合进料性质未明显改善，10月9日处理量降至最低180t/h，但是一床层压差仍然达到了0.47MPa，装置停工，进行催化剂撇头工作。图3 2012年反应器一床层压差变化其中FIC1014A为反应总进料量，PDI1204A为反应器一床层压差单位限定值1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月氮含量mg/kg2000171814501487159017322010238120581976182816091651残炭%(m/m)10.560.590.560.620.650.600.550.590.770.760.870.73铁mg/kg1.51.21.10.90.930.760.90.870.810.790.880.780.8镍mg/kg221.51.351.21.321.181.291.281.221.21.141.46钒mg/kg钙mg/kg1.63.21.21.31.31.11.251.861.21.21.11.1表1 2012年各月混合原料平均氮含量、残炭、重金属含量分析2.2 原料过滤器的运行对床层压降的影响原料中的污染物需要在原料进入反应器前脱掉，在蜡油加氢装置实际生产过程中，原料过滤器是一台关键的设备，从当前实际而言，应用于加氢装置的过滤器，要求将原料携带的25m的杂质除去，脱除率一般要求达到98，以保证进入反应器的原料尽可能的洁净。 本装置设计选用了国产的自动反冲洗过滤器，投用后，进行了颗粒分析，25m颗粒的脱除率为52.17，但由于原料性质差过滤器差压大，长期开副线运行，使得部分原料没有经过原料过滤器而进入原料缓冲罐，使得带入反应器的杂质量大大增加，影响很大。2.3 催化剂装填对床层压降的影响 催化剂装填过程中形成的床层空隙率也是决定决定床层压力降大小的一个关键因素，包括装填方式和催化剂本身特性。从装填方式的角度分析，对于相同容积的反应器，催化剂采用密相装填时，相对于布袋装填方式，床层空隙率要下降5-7个单位，在实际生产中，床层压力降相应增加。催化剂本身物性，如粒径的不同在床层形成的空隙率也就不同，如果催化剂装填不良和催化剂强度差，粉尘多，装置投产后催化剂粉碎而引起床层压降急剧上升，往往表现在床层中部和底部堵塞，由于现在催化剂生产厂提供的催化剂具有足够的强度，所以因催化剂强度差而引起的床层压降上升实际生产中是很少见的；但由于支撑瓷球强度不够，在实际生产中破碎，细粉很可能会堵塞床层空隙，造成床层压降上升。2.4 内构件的影响 反应器中的内构件对床层压降产生不良影响主要有以下几种情况：一，对物料均匀分配作用的内构件，如入口扩散器，冷氢箱等，如果该部分内构件分配效果不佳，引起床层偏流或者沟流，极易在床层产生热点，使物料在死角处积聚生焦，堵塞床层，造成床层压降升高。二，对催化剂床层支撑作用的内构件，如果该部分内构件存在强度不够，安装质量问题造成各隔栅之间填充物脱落使隔栅间隙增大，隔栅和其他内构件的膨胀量相差较大，造成床层塌陷，出现上层催化剂落入下层入口冷氢箱或者床层的现象，影响物流均匀分配和流动，造成床层压降升高。三，出口收集器，如果催化剂或者瓷球强度不够，在生产中出现粉碎，会使得大量粉末集中在出口收集器的丝网上，从而缩小出口收集器的流通面积，造成床层压降升高。2.5 操作参数变化的影响在实际生产中，反应操作参数的变化对床层压力降也有一定的影响，如进料量，循环氢纯度，循环量，循环比，原料带水等。比如，2013年5月10月的时间里，装置处理量达246t/h，总体积空速达1.36/h，主剂体积空速值达到1.63/h，远高于国内同类蜡加装置的主剂体积空速值（0.9/h）。过高的空速将积累在第一床层的粉尘向下带入第二床层，因第二床层装填的催化剂堆积密度远高于第一床层，导致二床层压降远高于第一床层。所以进料量增大，循环氢纯度降低，循环量增大都会使床层压降即刻表现出增大的趋势，但随着操作参数的优化，又会降低而趋于平稳，所以，生产中要关注操作参数的变化，正确分析床层压降的变化原因。 目前国内外固定床加氢装置都十分重视对催化剂床层压力降的控制，并在实际生产中摸索出了一些值得借鉴的经验和方法，结合蜡油加氢装置的实际情况，针对以上原因我认为可采取以下措施。三 针对催化剂床层压降增长过快制定的相应措施3.1 严格控制原料性质 原料性质是引起床层压降增加的主要原因，故此要加强原料在生产，贮存，运输过程中的管理和控制。具体方法有：（1） 精心操作常减压装置，重视减压侧线腐蚀工作，严格控制干点和残炭，有效的降低减压馏分fe离子含量和沥青质含量。（2） 原料罐应采用氮气或者其他惰性气体来气封，防止原料油和空气接触，馏分油在6090下与空气中的氧及罐铁壁反应，生成胶质等大分子低聚物，进入反应器后缩合生焦。有实验证明，VGO在同样温度，时间，在空气环境下储存，其残炭比在氮封环境下储存的残炭大47倍。（3） 对装置供原料油线应考虑防腐或材质升级，有效降低原料fe离子含量，2012年10月13日原料罐VGO分析fe离子含量1.96g/g，进装置前分析含量为3.92g/g，增加了一倍，主要原因是原料酸值高，达到1.42mgKOH/g，在输送过程中产生了腐蚀。随着我厂加工原油的变化，腐蚀情况不容忽视。3.2 做好过滤器运行的操作 对于原料过滤器，要保证25m杂质脱除率在95以上，原料进入反应器前，要严格过滤，严禁开过滤器的副线，加强对过滤器的操作运行情况的检查，定期抽芯检查等，降低过滤器的切换频率，保证过滤器的正常工作，尽可能防止机械杂质带入床层。3.3 提高装置催化剂床层的容垢能力 在催化剂装填时，就要考虑床层的容垢能力，增加床层的空隙率。国内外普遍采用的分级装填技术就是为了解决这一课题。分级装填就是用一种或者数种不同形状，不同大小，不同孔径，不同活性的惰性填料或者保护剂列装在精制反应器上部，使得床层从上到下形成尺寸和床层空隙率由小到大，脱金属活性由低到强，脱硫脱氮活性由低到高的适宜匹配，从而达到提高床层空隙率，使污垢分散在整个床层，提高床层的容垢能力的目的。据国外加氢装置经验，当床层有效空隙率减少到2025时，床层压降就达到临界点，此时压降呈指数曲线上升。对不同形状的催化剂，可利用的空隙率也不同，有效空隙率高的，不仅床层起始压降低，而且相应可以容纳较多污垢，延长达到极限压力降的时间。3.4 内构件安装的改进通过本次床层压差的出现和停工处理，充分说明反应器内构件的安装的重要性，安装时应注意以下几点：（1） 冷氢管与隔栅圆孔应当有极好的同心度，防止因膨胀量不同出现间隙偏差。（2） 冷氢管与隔栅圆孔之间间隙中在填装充物前，可考虑增加底部托盘或者焊接固定物，进一步降低间隙。（3） 各隔栅之间增铺与内构件相同材质的不锈钢丝网，防止隔栅间填充物脱漏。（4） 各层次间卸料连通管应尽量整管安装，如果分节安装，必须考虑下部一节插入下一床层的深度应具备足够的下落余量。3.5 优化工艺控制，平稳操作加强对操作人员的技能培训及平稳率的考核力度，严格按照工艺操作规程的要求进行生产操作，保证反应温度，反应压力，进料量，循环氢纯度，循环量等关键参数的平稳控制。尽可能减少装置紧急停车等事故造成的催化剂冲击，破碎。四 总结与改进在日常生产中我们应严格按照上述5方面来指导工作，目前反应器床层压降升高后，装置一般在操作上多采取降量、降低掺炼，加强原料性质控制减少直供料等手段来调整生产，床层压降过高时一般对反应器是进行撇头处理。撇头操作中，要根据床层某一深度下粉尘含量1作为终止撇头的条件，由于反应器压降涉及整个催化剂床层总的有效空隙率，撇头后，会将更深层的污染物保留在床层中，床层压力降上升很快，导致开工周期越来越短，所以，撇头处理只是解决床层压降高时不得已而为之的办法。因而我们在工作中要从原料的源头抓起，精心操作，加强动静设备监控和岗位