加氫裂化裝置反應器飛溫原因及處理辦法

高景山

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

0 引言

反應器飛溫又稱飛溫，是反應器在非穩(wěn)定操作狀態(tài)下操作參數(shù)有微擾動而造成反應器溫度上升的一種現(xiàn)象。加氫裂化裝置因高活性的催化劑反應，促使反應器有較高的飛溫速度，進而使溫度在短時間內(nèi)驟然升高，造成催化劑的燒結(jié)而失去活性，甚至是構(gòu)件損壞、反應器壁的損壞、爆炸性事故等。對此，應對加氫裂化裝置飛溫原因進行具體問題具體分析，采取合理化措施控制事故的發(fā)生，以保證裝置及生產(chǎn)安全。

1 加氫裂化裝置反應器飛溫致因

1.1 循環(huán)氫因素

循環(huán)氫的作用是支持反應器氫分壓與攜帶反應熱，用量為化學反應用計量的10倍。循環(huán)氫的使用量若突然增加或減少，加氫裂化裝置反應器所攜帶的熱量也增加或減少，進而促使反應器溫度發(fā)生變化，若產(chǎn)業(yè)線操作不當，床層溫度變化會超出額定限值。生產(chǎn)過程中，中斷或減少循環(huán)氫的供應量，反應器內(nèi)會快速積累大量的熱量，引發(fā)反應器飛溫。一般情況下，加氫裂化裝置控制溫度要大于360 ℃，且反應時間較短。若在此期間，循環(huán)氫不能及時供應并補救措施不及時，則會引發(fā)反應器飛溫現(xiàn)象。另外，氫氣分壓、空速和氫油比也是影響加氫過程。其中，空速會影響加氫裂化裝置反應器中催化劑的用量與體積，在一定程度上降低空速會促使加氫過程更加利于生產(chǎn)。而氫油比對加氫裂化裝置反應器的影響集中在：反應過程、催化劑的使用壽命、操作成本和設(shè)備投資成本等[1]。

1.2 原料因素

一方面，原料使用量的偏差會導致加氫裂化裝置反應器飛溫。如因液相進料量的驟減，對床層噴淋的密度產(chǎn)生很大的影響，進而導致床層催化劑效能有所降低。其原因是催化劑浸潤率變高，若沒有及時處理催化問題，會導致大量循環(huán)氫，進而引發(fā)飛溫現(xiàn)象。另一方面，加氫裂化裝置若處于進料過程中，因原料含有氮或硫成分具有較強化學反應的成分，進而產(chǎn)生大量的芳烴和烯烴，以及伴隨大量的熱。若化工企業(yè)監(jiān)控不力，加氫裂化裝置反應器溫度會超過額定溫度，進而出現(xiàn)反應器飛溫現(xiàn)象。

1.3 機械故障

化工生產(chǎn)作業(yè)中，冷氫控制法和冷氫溫度控制點的故障或失靈。若操作人員未能及時發(fā)現(xiàn)故障問題，或采取的補救措施不及時或方法不當，容易導致床層溫度控制的失衡，與此同時加氫裂化裝置反應器出現(xiàn)溫度失控。例如：某煉廠加氫裂化裝置循環(huán)氫壓縮機連鎖跳機，泄壓出現(xiàn)不徹底問題，操作人員沒有進行徹底檢查就強制恢復，導致循環(huán)氫壓縮機再次出現(xiàn)了跳機，進而導致反應器床層出現(xiàn)飛溫，溫度到達近800 ℃。

1.4 人為操作失誤

首先，操作人員沒有嚴格操作規(guī)范進行生產(chǎn)調(diào)節(jié)，也就是違背了“先降溫才能降量”的原則。尤其是高轉(zhuǎn)化率的條件下，若反應溫度高，則會造成加氫裂化裝置溫度失控。其次，操作人員的人為操作失誤，加氫裂化裝置反應器床層的溫度調(diào)節(jié)中，手動輸入數(shù)值出現(xiàn)了偏差，且操作人員沒有及時發(fā)現(xiàn)并糾正，進而導致反應器溫度出現(xiàn)失控問題。最后，操作人員事故處理方式錯誤或反應不及時，導致加氫裂化裝置反應器出現(xiàn)了飛溫，發(fā)生速度也往往較快。例如：開工過程中，操作人員向加氫裂化裝置反應器的反應系統(tǒng)補充氫并進行充壓，同時放空泄壓。某一床層溫度升到近400 ℃，然而其他反應器床層并沒有出現(xiàn)明顯的升溫。操作人員想要快速恢復生產(chǎn)，但是循環(huán)機開機程序超過規(guī)定時間，導致延誤了利用冷氫量控制反應器床層溫度的合理時間，故而造成了反應器飛溫事故[2]。

2 加氫裂化裝置反應器飛溫處理辦法

2.1 加強開停工安全操作

2.1.1 加強開工安全操作

(1)保持加氫裂化裝置反應系統(tǒng)的干燥。在化工生產(chǎn)加工前，加氫裂化裝置反應器的反應系統(tǒng)需要經(jīng)過干燥和烘爐，將反應器水分蒸發(fā)掉，包括結(jié)晶水和自然水，進而才能啟動反應器。其目的是燒結(jié)反應系統(tǒng)耐火材料，以加強耐火材料使用壽命和強度。在此期間，加熱爐不能殘余易燃易爆的氣體，因而烘爐過程不能升溫過快，不然容易出現(xiàn)爐墻倒塌事故。

(2)置換和氣密反應系統(tǒng)。反應器運行系統(tǒng)分為空氣環(huán)境置換氮氣環(huán)境與氮氣環(huán)境置換氫氣環(huán)境。第一個階段的置換能避免爆炸發(fā)生，第二階段的置換能保持反應器運行系統(tǒng)內(nèi)的氣體有較為均衡的分子量，進而使循環(huán)氫壓縮機能夠正常運行。相比較而言，氣密目的是查找裝置漏點以及時排除安全隱患，促使裝置能正常運行。加氫裂化裝置反應器的反應系統(tǒng)氣密工作，要根據(jù)壓力等級的不同而采取相對應的辦法，例如：低壓氣密介質(zhì)是氮氣，檢查合格之后才能進行低壓氣密的檢查。在2 MPa壓力等級標準下進行氫氣檢查合格后才能開展系統(tǒng)升壓和高壓氣密檢查。

(3)分餾系統(tǒng)的油運。分餾系統(tǒng)涉及熱油運和冷油運兩個部分。其中，熱油運通過檢查分餾設(shè)備系統(tǒng)的熱態(tài)情況，以做好接收反應準備。冷油運操作目的是通過檢查分餾系統(tǒng)的儀表和機泵等設(shè)備，避免工藝流程出現(xiàn)改動，進而保證設(shè)備不竄油或不跑油。

(4)加氫裂化裝置反應系統(tǒng)反應器開工過程中，系統(tǒng)會出現(xiàn)升壓、升溫的現(xiàn)象，因而操作人員需要根據(jù)標準速度進行，升壓速度過快或者是過慢都有可能造成系統(tǒng)的泄漏，這一點需要操作人員格外注意。

2.1.2 加強停工安全操作

應依照“先降溫、再降量”的操作原則，降低溫度后才能降低反應系統(tǒng)反應器的進料量，以避免出現(xiàn)反應器飛溫現(xiàn)象的發(fā)生。具體操作為：

(1)使用低凝點的原料置換反應系統(tǒng)。由于加氫裂化裝置原料油都比較重，且具有較高的凝點，停工需要使用易凝結(jié)的催化劑用于設(shè)備管線，如常二線油。

(2)切斷反應器進料，調(diào)節(jié)反應器的溫度，裂化反應器應無明顯地升溫。

(3)反應系統(tǒng)反應器循環(huán)帶油和熱氫處理。進料被切斷，反應器加熱爐出現(xiàn)回溫現(xiàn)象，利用熱循環(huán)氫將催化劑存油帶出，溫度控制也需要按照催化劑而定，但是不宜過高以避免熱氫還原。

(4)置換反應系統(tǒng)。置換環(huán)境下反應系統(tǒng)氫烴濃度小于1%。

(5)卸催化劑。使用過的催化劑容易與空氣中的氧氣發(fā)生反應而出現(xiàn)自燃，專業(yè)人員在N2環(huán)境下卸反應器中的催化劑。并且，卸催化劑的過程中，應輔助使用干冰進行保護，以降低催化劑自燃的發(fā)生率。

(6)清洗和防腐加氫裂化裝置設(shè)置。停工后，加氫裂化裝置反應器的高壓系統(tǒng)設(shè)備及部件，需要用堿性液體進行清洗，避免接觸空氣而出現(xiàn)腐蝕并損壞機器設(shè)備。

(7)退油與吹掃加氫裂化裝置。停工加氫裂化裝置反應系統(tǒng)，操作人員應將反應裝置內(nèi)存油進行退出和吹掃。

(8)處理輔助反應系統(tǒng)。停工后的加氫裂化裝置火炬系統(tǒng)和地下污水處理系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)，同樣需要處理改進，不能有死角，其目的是避免系統(tǒng)因殘留物而出現(xiàn)腐蝕。

2.2 裝填、硫化和鈍化催化劑

一方面，裝填加氫裂化裝置反應系統(tǒng)反應器催化劑。裝填催化劑之前應檢查好系統(tǒng)設(shè)備和粉塵含量，添加過程要均勻、認真，避免裝填過程有異物進入反應器裝置內(nèi)。需要強調(diào)的是，國內(nèi)加氫裂化裝置反應器催化劑預硫化的工業(yè)化方式多是反應器內(nèi)預硫化中的干法硫化方法，硫化劑也多為二甲基二硫或二硫化碳，主要是因為干法硫化法能避免反應器飛溫。干硫化法又稱氣相硫化，硫化過程不需要硫化油，但要求循環(huán)氫壓縮機和裝置操作壓力全量循環(huán)下才能運行，起始溫度是175 ℃，終止溫度是370 ℃，硫化過程均勻快速，且硫化過程因沒有使用硫化油而伴隨大量熱，需要操作人員及時排除才能避免反應器飛溫，如硫化氫的濃度、升溫速率和床層溫度等指標。

另一方面，硫化與鈍化催化劑。開工前的催化劑缺乏加氫活性，因而經(jīng)過硫化才能開工使用。因此，在硫化催化劑的過程中，操作人員應避免硫化氫中毒，以及應避免硫化管線、硫化劑存儲罐、反應器可能產(chǎn)生的污染點，因而要注意預硫化開工的時間，通常需要7天左右的時間。而為抑制硫化催化劑的加氫裂化活性，必要情況下還需要鈍化催化劑。

2.3 積極推進催化劑的研發(fā)工作

為保障重質(zhì)料油化工生產(chǎn)需要，而且能夠支持加氫裂化裝置的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，催化劑的創(chuàng)新研發(fā)非常重要。研究新催化劑，則需要滿足脫硫與脫氮條件下，適當?shù)靥嵘呋瘎┤蓦s能力，才能避免大量雜質(zhì)的沉積而堵塞孔道的結(jié)果。對此，根據(jù)這一要求，可通過加強催化劑載體孔徑、外形結(jié)構(gòu)、孔體積等方面，以提升催化劑反應效果。除此之外，在催化劑顆粒強度不變的前提下，調(diào)整催化劑內(nèi)部結(jié)構(gòu)以提升催化劑顆粒連通性、分布均勻性和擴散通道含量，進一步提升了催化劑傳質(zhì)效率。在催化劑的使用上，不同顆粒外形或功能的催化劑應該經(jīng)過科學配比才能使用，進而發(fā)揮不同種類催化劑的作用。

還需要注意的是，加氫裂化裝置反應器在預處理化工催化劑的過程中，還應關(guān)注煉油廠兩個方面，具體為：一是原料油被摻入劣質(zhì)成分，化工廠需要加大雜質(zhì)分析工作，特別是原料油的無機雜質(zhì)成分需要查清楚來源，并根據(jù)實際情況適當增加除雜設(shè)備數(shù)量。二是高硫原油的加工過程中，一般要適當?shù)丶尤胂輨┗蛘呤蔷徫g劑等物質(zhì)，但是正因為這些非金屬成分的摻入，導致催化劑的活性有所降低，這一點應引起操作人員的關(guān)注。

2.4 優(yōu)化進料性質(zhì)

加氫裂化裝置反應器加工處理化工產(chǎn)品，需要分別進行一次加工和二次加工。現(xiàn)階段，為避免裝置反應器床層超溫，則應該根據(jù)設(shè)計比例進行催化劑級。摻煉輕蠟油的重石腦油的收率能提升10%左右。在最近接重石腦油收率的條件下運行裝置，裝置上游要保證進料性質(zhì)的穩(wěn)定性，并有限滿足加氫裂化裝置反應器的用氫需求，以避免頻繁降提轉(zhuǎn)化率和改變進料性質(zhì)而促使反應器出現(xiàn)超溫和催化劑的結(jié)焦。開工加氫裂化裝置后，動態(tài)平衡催化油庫存，以減少加氫裂化裝置催化原油加工量。

2.5 合理選用裝置部件

首先，測量儀表的選擇。由于反應器的內(nèi)部高壓、高溫，介質(zhì)性質(zhì)屬易燃易爆類，且反應較為迅速，反應器床層入口熱電偶應具備快速響應和安全性，效應時間要不大于15 s。而為了縮短反應器傳熱時間，可增加T型梁于反應器中，將熱電偶測溫元件與T型梁進行連接，并直接接觸介質(zhì)。經(jīng)過測溫系統(tǒng)加裝后，一般應用K型熱電偶測溫儀表，管線安裝熱電偶，加氫裂化裝置反應器的運行會更加安全。

其次，安裝數(shù)字控制器。數(shù)字控制系統(tǒng)包含A/D轉(zhuǎn)換、采樣輸入信號、設(shè)定值給定環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、輸出信號的轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)。加氫裂化裝置反應器加裝計算機控制系統(tǒng)，并預留AI/AO通道和控制器單元等器件平臺，額外接入算法和接口元件就能實現(xiàn)遠程控制，便于快速反應機械運行問題。溫度信號采樣頻率都為固定頻率，大約是15～20 s為一周期，且適用于反應器的入口溫控回路。加氫裂化裝置反應器內(nèi)部床層出口因反應速度較快，且熱電偶為快速響應型，因而溫度信號的采樣周期會更小，需要實際情況進行調(diào)試。另外，數(shù)字濾波次用限幅濾波法，其原理是溫度變化的熱慣性需要一段時間才能體現(xiàn)出來，且滯后時間比采樣周期大。對此，相鄰的兩個采樣周期獲取值要明顯大于固定法值，進而可以判斷出測量值由于受到干擾而不準確，因而為保障測量值的準確性，需要用上一次的采樣信號代替本次采樣信號數(shù)值。

最后，采取分段溫控系統(tǒng)。反應器床層飛溫可采取提高冷氫量的辦法。起點分段溫控系統(tǒng)主要是分為內(nèi)部床層入口溫控回路和反應器入口溫控回路。而根據(jù)流程的不同，反應器入口溫控回路也不同，如直接控制冷氫注入流量與加熱爐燃料氣入口流量兩類。而直接控制冷氫注入流量的溫控回路多為簡單回路，加熱爐燃料氣入口流量可選擇相同結(jié)構(gòu)，以提升溫控品質(zhì)。

3 結(jié)語

加氫裂化裝置反應系統(tǒng)對溫控要求較高，因此需合理地控制加氫裂化裝置反應器飛溫現(xiàn)象，合理分析工藝路線、控制目標、運行階段等特點，整定參數(shù)并優(yōu)化控制系統(tǒng)，設(shè)計出符合實際生產(chǎn)需求的自動化控制系統(tǒng)，避免人為操作帶來的危險性，才能最大程度降低反應器飛溫。