5-齊魯分公司-石腦油加氫裝置反應(yīng)器床層差壓快速上升原因分析及對策32-39

1、石腦油加氫裝置反響器床層差壓快速上升原因分析及對策王巍 吳軍中國石化齊魯分公司勝利煉油廠 山東淄博 255400摘要：勝利煉油廠50萬噸/年石腦油加氫裝置第三周期于2021年5月17日開工MPa上升至MPa。通過現(xiàn)場檢查各部位結(jié)焦情況，并結(jié)合各部位垢樣分析判斷反抽提汽油攜帶堿液形成鈉鹽結(jié)蓋及級配缺陷是石腦油加氫裝置壓降上升的重要原因。關(guān)鍵詞：石腦油加氫 差壓 反抽提 級配1 前 言勝利煉油廠50萬噸/年石腦油加氫裝置以焦化汽油為原料，產(chǎn)品做乙烯料。第三周期于2021年5月17日開工，7月21日16:00時發(fā)現(xiàn)反響器R101床層總壓降MPa升至0.16MPa，一床層壓降0.124MPa，與前期相

2、比顯著上升；7月22日9:00床層總壓降0.22MPa，一。為防止床層壓降上升過快，采取了原料分流、適時提大循環(huán)油及降低反響器入口溫度等一系列措施維持裝置運轉(zhuǎn)。至2021年1月31日停工前，床層MPa。2021年1月31日2月5日對該反響器進行了撇頂處理。本文對該裝置第三周期反響器差壓上升過快的原因進行了分析，并提出了對策和建議。2 概況2.1 裝置簡介50萬噸/年石腦油加氫裝置以下簡稱石腦油加氫裝置系由80萬噸/年柴油加氫裝置改造而來，該柴油加氫裝置1982年4月建成投產(chǎn)，系統(tǒng)設(shè)計壓力3.8MPa。2006年山東三維石化工程公司負責進行石腦油加氫適應(yīng)性改造。主要改造內(nèi)容包括焦化汽油直供料并在

3、出焦化裝置前加設(shè)反沖洗過濾器、反響器出口增設(shè)1.0MPa蒸汽發(fā)生器解決系統(tǒng)熱量過剩、分餾塔塔盤堵孔改造、塔頂改為全回流操作、局部產(chǎn)品循環(huán)間接實現(xiàn)原料罐液位控制及催化劑頂部加裝脫硅劑等，于2006年8月19日一次開車成功。按照更換一次催化劑作為一個運行周期，目前正處在第三周期，各周期運行情況見表1、表2。表1 石腦油加氫裝置各運行周期劃分運行周期起止時間運行時間/h處理原料/t裝置負荷，%第一周期2006年8月19日2007年5月30日6864332246第二周期2007年6月6日2021年5月13日8232421430第二周期2021年5月13日2021年5月3日8472474586第三周期2

4、021年5月17日2021年1月31日6240308228第三周期2021年2月5日表2 石腦油加氫裝置反響器各周期差壓情況運行周期差壓問題描述設(shè)計反響器差壓第一周期1#、2#焦化供料；本周期未發(fā)現(xiàn)差壓問題第二周期1#、2#焦化供料；本周期本階段未發(fā)現(xiàn)差壓問題第二周期2#、3#焦化供料；本周期本階段從2021年3月起差壓升至0.108MPa，至4月5日0:第三周期本周期本階段從2021年7月21日16:00差壓升至0.124MPa，7月22日9:第三周期2月5日開工正常，2月7日差壓數(shù)據(jù)0.036 MPa第三周期裝置運行64天差壓迅速上升，相當于第二周期出現(xiàn)差壓問題運行時間的1/10，相當于第

5、二周期開始加工3#焦化汽油后出現(xiàn)差壓問題運行時間的1/5。2.2 反響系統(tǒng)流程簡圖圖1 石腦油加氫裝置反響系統(tǒng)流程簡圖2.3 催化劑裝填情況石腦油加氫裝置第三周期催化劑裝填情況見表3。表3 石腦油加氫裝置反響器R101催化劑裝填表位置裝填物名稱床層空高/mm方案裝填實際裝填裝填高度/mm重量/t裝填高度/mm重量/t1#床層空間2760100200-160-13(50)(0.5)未裝PT-1451501170脫硅劑30013301FH-DS500HPL-120009148061201102#床層空間6340+360200-150-65040HPL-15600295580612010013180

6、1.0160120220+3602360+31022.4 反響器差壓上升趨勢圖圖2 石腦油加氫裝置反響器差壓變化趨勢圖3 差壓快速上升原因分析3.1 分布器結(jié)垢情況分析第三周期開工缺乏9個月，反響器內(nèi)構(gòu)件結(jié)焦情況較第二周期開工22個月的情況要輕。分布器結(jié)垢情況見圖3圖6?？膳懦植计鹘Y(jié)垢導(dǎo)致反響器差壓上升。圖3 2021年2月2日分布器外壁結(jié)焦情況 圖4 2021年5月7日分布器外壁結(jié)焦情況 圖5 2021年2月2日分布器內(nèi)壁結(jié)焦情況 圖6 2021年5月7日分布器內(nèi)壁結(jié)焦情況3.2 分配盤結(jié)焦情況分析2021年5月7日吊出反響器分布器后發(fā)現(xiàn)分配盤已全部結(jié)焦并覆蓋至接近泡帽部位，高度近20cm

7、。而本次翻開后焦高在20mm，泡帽齒縫的70%被堵住。第三周期反響器床層最高壓降為上周期的93%，泡罩盤焦高僅為第二周期的1/10，泡罩盤上的結(jié)焦層頂部為片狀墨綠色物質(zhì)，底部為摻有黃色的顆粒狀物質(zhì)。翻開泡帽內(nèi)部焦高與降液管管口幾近持平，結(jié)焦情況比照見圖7圖10。由此推斷第三周期壓降形成分配盤不是主要原因。圖7 2021年2月2日分配盤結(jié)焦情況 圖8 2021年5月7日分配盤結(jié)焦情況圖9 2021年2月2日泡罩內(nèi)部結(jié)焦情況 圖10 2021年5月7日泡罩外部結(jié)焦情況3.3 積垢籃結(jié)焦情況分析第三周期與第二周期相比，上周期積垢籃外側(cè)壁已全部結(jié)焦堵住，本次1/3以下70%均結(jié)焦覆蓋，結(jié)焦比照情況見圖

8、11圖14。由此推斷反響器床層壓降主要集中在積垢籃部位。圖11 2021年2月2日積垢籃內(nèi)部掛壁情況 圖12 2021年5月7日積垢籃內(nèi)部掛壁情況圖13 2021年2月2日積垢籃外部掛壁情況 圖14 2021年5月7日積垢籃外部掛壁情況3.4 垢樣數(shù)據(jù)分析因第一周期無垢物樣品，故只對第二、三周期進行比擬。兩周期反響系統(tǒng)局部垢樣由公司研究院采用元素半定量X射線-熒光光譜分析法進行了分析，分析數(shù)據(jù)見表4。表4 石腦油加氫裝置第二、三周期垢樣分析數(shù)據(jù)部位入口分配盤積垢籃下部保護劑及催化劑E101/A(殼)時間09051002(表層)1002(內(nèi)部)090510021002(保護劑)1002(催化劑1

9、)1002(催化劑2)0905C24ONaMg-AlSiPS-Cl1KCaCr-Mn-FeCo-NiCu-Zn-Ga-Ge-AsBr-Zr-Mo-Hf-W-注：各元素以質(zhì)量百分含量表示，%；藍色為偏高數(shù)據(jù)。分析表4數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，鈷、鉬、鎢、鎳四元素主要存在于保護劑及催化劑床層的垢樣中，這與加氫催化劑及脫硅保護劑的主要成分相吻合。積垢籃高610mm，第周期積垢籃下部插入HPL-1催化劑201mm，第周期積垢籃插入FH-DS催化劑110mm，所以這兩次積垢籃底部垢樣主要成份也與催化劑組成吻合，所以這四種元素數(shù)據(jù)無異常。鋁、氧局部、磷、硅四元素主要異常偏高數(shù)據(jù)也出現(xiàn)在催化劑床層部位。催化劑擔體主要為

10、Al2O3，磷為催化劑助劑，所以此兩類數(shù)據(jù)在此部位出現(xiàn)也不屬異常，明顯異常的兩類元素為鈉和硅。3.4.1 垢樣中鈉含量異常情況分析垢樣分析數(shù)據(jù)鈉元素含量明顯偏高，入口分配盤垢樣中鈉元素質(zhì)量百分比為鐵元素的5倍，達20%之多，集中在分配盤垢樣及保護劑垢樣中，并且在積垢藍垢樣中，鈉含量2021年分析數(shù)據(jù)顯著高于2021年，說明鈉在反響器頂部結(jié)蓋嚴重，其為催化劑毒物，將引起催化劑永久失活。如此多的鈉元素來源只可能由上游原料攜帶，分析發(fā)現(xiàn)，焦化液化氣脫硫醇裝置存在汽油反抽提過程，并且兩套脫硫醇裝置的反抽提汽油溶解二硫化物后，均并入兩套焦化裝置穩(wěn)定汽油出裝置流程，外送至石腦油加氫裝置。該反抽提汽油來源于

11、HC石腦油，23噸/小時送至兩套焦化汽油反抽提罐，吸收了二硫化物后從一次反抽提罐經(jīng)界控方式抽出并入了焦化穩(wěn)定汽油出裝置流程。這一反抽提過程攜帶堿液應(yīng)該是鈉最可能的引入過程，在反響器頂部形成納鹽垢層，導(dǎo)致差壓上升。從兩套焦化液化氣脫硫醇反抽提汽油投用時間觀察，3#焦化反抽提汽油投用于2021年年底，此后兩個月石腦油加氫裝置差壓即出現(xiàn)拐點并迅速上升至0.108MPa直至兩個月后停工換劑差壓未再下降，最高達0.392MPa。2#焦化反抽提汽油投用于2021年5月25日，石腦油加氫裝置此時為第三周期剛開工初期，即開始摻煉兩套脫硫醇的反抽提汽油，64天即出現(xiàn)前面述及的第三周期差壓快速上升問題。所以，石腦

12、油加氫裝置壓降上升過程與兩套脫硫醇的反抽提汽油并入時間根本一致。即反抽提汽油攜帶堿液形成鈉鹽結(jié)蓋是石腦油加氫裝置壓降快速上升的主要原因。3.4.2 垢樣中硅含量異常情況分析焦化裝置消泡劑的使用引起焦化汽油、焦化柴油和焦化蠟油中含硅，其中焦化汽油中含硅最多，約占1/3。少量硅的沉積就可以使催化劑孔口堵塞、活性下降、床層壓降上升，汽油中硅含量要求1g/g。第二、三周期石腦油加氫反響器主催化劑頂部均填了數(shù)量根本相當?shù)牟豆鑴?，其活性正常發(fā)揮不會導(dǎo)致催化劑硅中毒。但兩個周期積垢籃均插入催化劑床層，并且兩次積垢籃底部及側(cè)面都全部結(jié)焦，垢樣分析，2021年5月硅含量為4.24%，2021年2月為1.21%，

13、并且下部未結(jié)焦催化劑中硅含量也為2%，這說明催化劑頂部的捕硅劑并未發(fā)揮應(yīng)有的作用，上游裝置帶入的有機硅并未全部在主催化劑前被截住，局部進入下部催化劑床層。這可能有兩個原因：其一，捕硅劑裝填量缺乏；其二，捕硅劑已在積垢籃外側(cè)全部結(jié)焦，造成捕硅活性未如期發(fā)揮。第二周期高負荷運行696天并未出現(xiàn)催化劑硅中毒失活問題，所以捕硅劑量缺乏原因可以排除，捕硅劑結(jié)焦才是造成捕硅劑活性發(fā)揮缺乏的主要原因。加氫保護劑的設(shè)計原那么是需要兼顧粒度級配和活性級配，粒度級配缺乏會造成保護劑和主劑的交界處因空隙率降低過快導(dǎo)致原料油在此積累造成局部結(jié)焦嚴重引起床層壓降；活性級配缺乏會造成喪失溫度梯度，局部溫升高結(jié)焦速度加快。

14、二、三周期所用保護劑脫鐵劑及脫硅劑性能見表5。表5 石腦油加氫裝置第一床層保護劑物性理化性質(zhì)捕硅劑FHRS-1PT-145形狀三葉草多孔球尺寸/mm2.5)×(210)1013化學組成，%MoO3WO3NiO物理性質(zhì)-1比外表積/m2.g-13001-115090-10.550.650.85由表5看出，石腦油加氫裝置第周期及第周期的脫鐵劑均為無活性保護劑，而脫硅劑那么具備一定加氫活性。但脫鐵劑缺少孔徑及空隙過渡，從過濾、容納進料中顆粒物過渡到脫出進料中油溶性鐵、鈣、膠質(zhì)等有害組分是需要孔徑及活性過渡的，但兩次級配均存在這方面缺乏；其次，兩次裝填積垢籃均插入了催化劑床層，使得積垢籃外側(cè)

15、二烯烴聚合生焦、烯烴飽和及脫硅活性增強，使得積垢籃快速堵塞壓降上升。即級配缺陷是石腦油加氫裝置壓降上升的原因之一。4 結(jié) 論1兩套焦化液化氣脫硫醇裝置反抽提汽油攜帶堿液進入石腦油加氫裝置，形成鈉鹽結(jié)蓋是石腦油加氫裝置壓降快速上升的主要原因。2反響器頂部催化劑級配缺陷造成積垢籃外側(cè)壁結(jié)焦速度快形成壓降上升。3上游裝置焦炭塔切換操作、穩(wěn)定塔操作變化、消泡劑注入等一系列原因以及石腦油加氫裝置二烯烴聚合生焦、氫油比控制、緊急事故處理等均會對床層壓降造成影響。5 對策與建議1解決反抽提汽油去向兩套焦化液化氣脫硫醇反抽提汽油如果硫含量不影響汽油質(zhì)量可直接調(diào)和汽油加氫裂化裝置石腦油辛烷值不低，加氫裂化反響機

16、理與催化裂化相仿；如果硫含量影響汽油質(zhì)量，增加水洗措施，水洗后可再進入焦化穩(wěn)定汽油出裝置去一加氫。2完善催化劑級配方案級配方案應(yīng)在粒度級配上優(yōu)化過度，活性級配在滿足脫金屬、脫硅及雙烯烴飽和需要的同時有效減緩壓降上升。同時積垢籃外側(cè)壁防止過多與活性強的保護劑接觸。本次撇頂后級配裝填可以說比擬好地完善了原缺陷，裝填數(shù)據(jù)見表6。表6 石腦油加氫裝置第三周期第一床層催化劑裝填工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)第一床層第周期脫硅保護劑，mm300空高/mm160催化劑FH-DS/mm全撇出KT支撐劑Ø13/mm催化劑HPL-1/mm1550(估計)脫鐵保護劑/mm630積垢籃位置/mm在脫硅劑床層以上200mm

17、3增設(shè)二烯烴飽和反響器焦化石腦油比直餾石腦油硫量多1020倍，且含有更多的烯烴、氮和氧化硅。其中含有的共軛二烯經(jīng)在通常的加氫處理條件下會發(fā)生疊合，疊合產(chǎn)物會引起反響器壓力降增大。焦化石腦油生成疊合產(chǎn)物的潛在能力大約是直餾石腦油的300倍，在烯烴飽和控制不當時，因為催化劑床層頂部生成過量焦炭，會導(dǎo)致裝置過早停工。增上二烯體飽和反響器用于在低溫下進行二烯烴飽和，可以切除更換保護劑，防止停工造成的損失，操作靈活、經(jīng)濟效益好。圖15 增上二烯體飽和反響器流程示意圖4增設(shè)內(nèi)置積垢籃從本裝置二、三周期分布器、分配盤及積垢籃的結(jié)焦堵塞情況看，有必要利用分布器與分配盤中間空間增設(shè)內(nèi)置積垢籃，使油品攜帶的生焦物在此處沉積，從而防止其在分配盤及后部床層積聚，造成系統(tǒng)壓降上升。5投用好原