加氢裂化装置反应器飞温原因及预防办法

加氢裂化装置反应器飞温原因及预防办法

李源

中国石化齐鲁分公司 山东淄博255400

摘要：加氢裂化装置为高温高压加氢装置，其中反应器温度是影响装置安全平稳运行的重要参数。反应系统内温度的变化，会影响反应器的反应条件，对反应转化率、产品分布和产品质量造成很大影响。本文主要是结合加氢裂化装置反应器飞温事故，分析问题产生的原因，并提出有效措施进行预防，避免发生严重的高温应力腐蚀，催化剂损坏及泄漏着火等事故，提高催化剂运行寿命。

关键词：加氢裂化装置；反应器；飞温原因；应急处置

引言：加氢裂化装置反应器是加氢裂化装置的核心，主要作用是在反应器内进行原料油加氢反应，生产高质量绿色清洁的石油产品，以满足市场需求。反应器飞温是加氢裂化装置中常见的事故，不仅会影响装置的正常运行，甚至会造成严重安全事故。因此从业人员需要做好总结，分析飞温事故出现的具体原因，以此为依据，制定相应的处理措施，进而提高加氢裂化装置的运行质量，为我国石油行业发展奠定基础。

一、加氢裂化装置反应器概况

1、加氢裂化装置反应器概述

加氢裂化装置工艺的核心在于通过特定的温度、压力、氢油比和空速条件，结合催化剂的作用，对原料油进行深度处理。在这个过程中，可以将原料油中的硫、氮、氧等元素转化为H2S、NH3、H2O，这样其中存在的杂质就可以脱离。反应器在加氢裂化装置中的作用不容小觑，是最为关键的设备。由于加氢裂化反应为放热反应，这就要求反应器必须具备高效的热量导出能力，以适应其中的反应，从而保证床层温度的灵活调节和稳定控制。不同的原料油性质也会有所差异，会直接影响加氢裂化装置的反应器内反应状态。固定床反应器内，催化剂床层在反应过程中保持静止不动，根据反应物料流动状态的不同，又可分为鼓泡床、滴流床和径向床反应器。沸腾床反应器一般在处理杂质含量高、性质劣质的原料上面应用率高，它的设计是从底部排出旧的催化剂，在顶部补充新鲜的催化剂，这样操作就能提高催化剂的活性。浆液床反应器中，催化剂颗粒在油、氢混合物中悬浮，这样会形成三相浆液态反应体系，一般应用于渣油加氢或煤液化装置。移动床反应器相较于固定床反应器来说要更加高级复杂，通过在线更新催化剂，保证了反应器内催化剂的活性。

2、加氢裂化装置反应器组成及作用

加氢裂化装置反应器一般由入口扩散器、上分配盘、防垢吊蓝、催化剂支承栅、急冷箱和分配盘、出口收集器、冷氢管、热电偶组成，各部位作用如下：

①入口扩散器——入口扩散器，顾名思义，就是在反应器的入口，在物料进入反应器时可以起到减缓速度的作用，让物料扩散，这样就会避免物料直接进入分配盘，从而造成局部压力过高或物料分布不均的情况。

②上分配盘——包括塔盘板、下降管和帽罩等结构，上分配盘的作用是充分混合进料，通过自身的结构设计，将混合后的物料均匀地分布到催化床层的顶部。

③防垢吊蓝——防垢吊蓝一般安装在第一床层顶部，是利用不锈钢丝网制做而成的圆筒状篮筐，呈现为三角形排列，并用链条进行连接。防垢吊蓝根据自身的功能，可以捕捉到进料中携带的机械杂物，因为一旦这些杂物进入就会大面积污染催化剂，从而影响后期运行。

④催化剂支承栅——主要作用是支撑上催化床层，并确保催化剂的均匀分布，这样可以最大限度地减少因支梁而减少的催化床层流率面积。

⑤急冷箱和分配盘——急冷箱主要利用三块受液板组成，位于急冷管的正下方。其中第一受液板的作用是汇集上一床层下来的反应物料，并在此与冷氢混合，再通过两个圆孔流入第二受液板，反应物料与冷氢在第二受液板的急冷箱中进一步混合，然后通过第二受液板上的筛孔喷洒到第三受液板上，第三受液板又称再分配盘，它上面有许多下降管和帽罩。

⑥出口收集器——支承下催化剂床层和导出反应物料，并阻止瓷球及催化剂的跑损。

⑦冷氢管——不锈钢管内部设有隔板，冷氢分两路排出。通过导入冷氢，冷氢管可以从中取走反应热，控制反应温度，确保反应在最佳温度范围内进行。

⑧热电偶——热电偶用于测量反应器床层各点的温度，因为温度不同，需要用热电偶进行精准的测量，这样可以给相关人员提供关键数据，然后利用这些数据来确保反应过程的安全和高效。

在催化剂床层中，催化剂被分散成条状并均匀地分布在床层的表面上。这些催化剂被分布在反应器中的各个角落，从而使反应器具有均匀的操作范围。

3、加氢裂化装置反应器未来发展趋势

随着世界经济体系的不断变革，石油资源作为不可再生资源，在社会长期发展中日益短缺，因此炼油技术的发展也越来越受到重视。加氢裂化技术是石油炼制领域重要的工艺技术之一，是一种将石油资源转化为石化产品的技术。加氢裂化反应器作为加氢裂化过程中最重要的设备，是整个过程必不可少的存在，因此对它的研究和应用引起各国的广泛关注。加氢裂化装置反应器的未来发展趋势主要包括以下几个方面：首先，根据反应需求，向高径比发展。提高高径比将有助于提高反应器内的流体流动能力和反应能力，从而提高催化剂的活性和转化率。其次，向高效、低能耗方向发展。采用新技术和新工艺降低反应器内的能耗，是未来加氢裂化反应器的重要发展方向之一。最后，向结构紧凑、操作灵活方向发展。新型反应器将具有更好的加工能力、更好的加工性能、更高的操作灵活性。

二、加氢裂化装置反应器飞温原因

1、循环氢因素

加氢裂化装置反应器内循环氢的作用是使物料均匀的分布在催化剂上，提供急冷氢气流，在反应中保持较高的氢分压，携带出反应产物，带走大量的反应热，以防过度裂化。但是当循环氢的纯度降低时，系统中氢的分压会随之下降，从而引发的这一变化使得加氢反应变得困难，而脱氢反应则变得更为容易。这种变化不仅会对反应的平衡造成很大影响，还会导致催化剂上的结炭速度显著加快。如果循环氢中一氧化碳和二氧化碳的含量较高，二氧化碳在加氢过程中会倾向于转化为一氧化碳，从而使得循环氢中一氧化碳的浓度相对高于二氧化碳。当使用含镍或钴的催化剂时，情况又有所不同。在200℃至350℃的温度范围内，一氧化碳和二氧化碳可以与氢气反应，生成甲烷，并且这个过程会释放大量的热量，可能导致温度分布不均匀，从而恶化了整个装置的操作条件。另外，一氧化碳和二氧化碳在催化剂的活性中心上会发生竞争吸附，可能造成加氢活性中心的利用受到抑制。因此当循环气中含有大量一氧化碳、二氧化碳或者循环气中断时（如循环机停机，新氢机停机，系统泄漏等因素），如果不及时处理或处理不当，极易导致反应器发生飞温。

2、原料性质、新氢组分发生变化

原料性质和新氢组分的变化也是引起反应器飞温的主要原因。加氢裂化原料性质包括原料的硫、氮含量、碳数分布、密度等。由于加氢裂化反应都是在高温高压条件下进行的，这就给飞温创造了条件，原料中的硫、质增多进入裂化系统后，就会引起裂化产品分布的变化和反应器床层温升变化，最终导致反应器飞温。

3、人为操作失误

首先，催化剂装填不到位。在催化剂装填时，操作人员没有严格按照装剂要求进行，或者只根据自身经验来进行，从而就会造成催化剂在装填时没有完全密实，导致床层“热点”产生，这种人为操作失误也是引起飞温的一个重要原因。由于催化剂装填时不均匀，造成床层密度分布也不均匀，致使床层压降和温度分布不均，反应器温度随反应速度的增加而升高，进而引起飞温现象。其次，进料泵发生故障。如果进料泵发生故障，且在操作中没有被发现，新鲜原料就会中断进入，操作人员发现够处置不及时或者应急错误，就会导致反应器温度迅速升高，进而引起反应器飞温。最后操作不当。操作不当引起的飞温现象主要有冷氢阀故障，反应温度调整时未执行“手指口述”或者双确认操作，导致反应温度调整错误。同时由于操作人员在处理事故时，很可能发生手忙脚乱的现象，未能及时执行应急预案，或者执行中出现错误，没有控制好反应器温度，也会导致飞温情况。或者不能及时采取有效措施处理飞温事故，导致飞温事故进一步扩大等，这些都是人为操作错误出现的问题，应避免这种失误行为。

4、床层径向温差过大

床层径向温差如果过大，一方面会引起催化剂的热损失，另一方面会引起床层膨胀，进而产生径向应力。反应器的入口温度应该保持稳定，一旦温度过高，就会使反应器床层径向膨胀受到抑制，从而使反应器入口温度降低。加氢裂化装置运行中，反应器温升一般控制在25℃~45℃，如果温度过高或者径向温差过大，将会使催化剂出现结焦现象，长时间温度过高不降温的话，就会导致催化剂结焦堵塞，或局部变形，出现裂纹等，从而导致反应器飞温的发生，这些操作人员都应该认真对待，秉持科学的操作来完成整个流程。

三、加氢裂化装置反应器飞温处理办法

1、做好安全操作

安全问题在各行各业都是第一要素，安全操作贯穿于整个流程的始终，因此必须重视安全问题。首先，相关领导或者负责人应该重视安全，加强安全操作培训，让操作人员始终按照安全规范进行各种操作。比如在开工前先检查加氢裂化装置是否处于正常状态，不间断做好巡回检查，确保全部正常才能进行下一步。如果在检查期间发现问题，就要针对遇到的问题及时处理，严格按照操作规程进行操作，严禁出现超温、超负荷操作，避免因操作不当产生的严重后果。同时，还要确保催化剂装填质量，反应器干燥，催化剂干燥，催化剂预硫化及钝化，要严格按照开工方案进行，一切标准都要有所依据，避免开工过程出现飞温现象。在开工过程中，操作人员要时刻注意原料的供应情况和装置负荷情况，必要时进行记录，保持严谨的态度。其次，还要加强停工安全操作培训。在停工前，操作人员要做好停工方案培训，在停工过程中将出现的危险源辨识、风险评估工作做好，以往停工总结出现问题较多的地方要重点关注，并进行相应的防范措施。此外，要严格控制停工温度，执行先降温后降量操作。操作人员还要重点控制工艺参数的变化情况，在操作期间有时会出现突发情况，当工艺参数发生变化时，应及时调整反应器操作条件，重点控制原料中的硫、氮含量。当硫、氮含量超过规定值时，就要及时联系相关人员调整原料中硫、氮含量，确保所有操作都在安全范围内进行，降低危险事故的发生。

2、装填、硫化和钝化催化剂

加氢裂化装置是一个多工艺、多单元、多设备的大型联合装置，催化剂装填、硫化和钝化是生产运行过程中的重要环节，每个步骤都比较复杂，这就需要操作人员必须严格按照工艺操作规程进行，确保整个流程的严谨性。催化剂的装填方式不同，一般为普通装填与密相装填。密相装填提高了催化剂在反应器内的堆积密度，密度提高就会在相同空间内装填更多的催化剂，这样就会带来很多优势。由于催化剂量的增加，会让脱硫的起始温度降低，脱氮反应的相对体积活性就会提高7-22%。密相装填的显著优势体现在以下几个方面：首先，反应器内可装填更多的催化剂，这样可以大大提高加工能力。其次，在相同的处理量下，密相装填催化剂的堆积密度更高，重量空速较小，这样催化剂的运转温度就能降低。最后，密相装填采用专门的机械设备进行连续化作业，大大提高了装填速度。

3、优化进料性质

原料性质的优劣会直接影响反应器飞温，在加氢裂化装置中，采购人员应该严格按照相关要求选择良好的原料。如果原料中含有大量的酸性物质，一旦没有检验出来，进入了催化剂后，就会降低催化剂表面活性点数量，从而影响催化剂的反应活性和加氢裂化性能。为了避免原料性质波动导致飞温现象的发生，相关人员应根据原料性质对反应器飞温进行预警，通过进料性质控制飞温。加氢裂化装置生产过程中，主要是通过改变原料的酸值来控制飞温的，酸值对飞温的影响是直接的。因此，对于进料酸含量过高的原料，应提前进行优化才能使用。操作人员可以在工艺操作中控制反应器温度和压力以及进料量，这样就能减少酸性物质进入反应器。同时还要根据产品要求选择合适的进料酸值，达到要求后方可操作。为了达到使用需求，很多催化剂厂家在催化剂配方中都会加入一定量的碱性物质作为催化剂的分散剂和稳定剂，这样就能提高催化剂活性、稳定性和加氢裂化性能。在实际生产过程中，加氢裂化装置也需要根据产品要求，选择合适的碱性物质作为催化剂的分散剂和稳定剂，不能盲目跟风使用，要会进行科学鉴别。目前，我国化工企业所使用的加氢裂化催化剂基本都是碱性物质和活性炭复合使用，这样可以提高催化剂活性、稳定性以及加氢裂化性能。

4、积极推进催化剂的研发工作

由于运行中的催化剂会出现结焦、结垢、堵塞等一系列问题，长时间这样就会导致反应器内压升高，使反应系统内的温度变化幅度逐渐增大，从而导致产品分布变差。因此，相关人员对催化剂的研发不容忽视，因为这是保证加氢裂化装置长期安全运行的关键因素，必须加以重视。近年来，随着我国石油化工行业的快速发展，以及原油性质的越来越差，再加上很多操作都有紧随市场需要来灵活调整加工方案，确保企业的市场竞争力，那么适应炼油向化工高质量转型的低成本加氢裂化技术就要投入更多的资金，在人力方面也要扩大规模，寻找相关背景和专业能力的人才开展加氢裂化催化剂的研发工作，这是一个长久钻研的过程。双碳目标的提出对炼油行业发展来说，既是新约束，也是新动能。“结构转型+碳减排”是未来炼化企业发展的重点及难点，针对双碳目标和转型发展的需要，加氢领域要围绕油品质量升级及结构调整、油转化、油转特、油转材、重油高效高值利用、节能环保及替代燃料和低碳燃料等布局加氢技术研发。展望未来，原料多元化炼制可能是炼油行业的重要发展方向，同时需进一步加强炼油过程降碳及CO2资源利用的研究，这些都是该专业人才需要挖掘的动力。

结束语：总而言之，加氢裂化技术是石油加工领域最重要的技术之一，被广泛应用于汽油、柴油、煤油和化工料等燃料的生产。随着国家对环保要求的日益严格，对装置内的催化剂、反应器和管线等设备的要求也越来越高。因此，从业人员需要对其进行深入分析，从不同角度了解该装置的特性，认真研究其中的原理和操作流程，从而为后续持续优化和升级奠定基础。在具体作业时，由于该装置的特性很容易出现飞温现象，因此从业人员需要结合自身经验，以及专业的理论知识和技能，分析该现象出现的具体原因，并根据各阶段的问题制定有针对性的解决措施，最终提高装置运行质量，促进我国石油行业的高效发展。

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