柴油加氢装置反应器压降升高原因分析及解决措施

薛瑶瑶，田金光，王万里，徐西娥

（陕西延长石油（集团）有限责任公司炼化公司，陕西延安727406）

某公司240×104t/a柴油加氢装置采用大连（抚顺）石油化工研究院（FRIPP）的加氢改质异构降凝工艺技术，选用FRIPP研发的加氢改质异构降凝配套催化剂。装置于2013年投产，主要加工常压直馏柴油，冬季生产-10#低凝柴油，夏季生产5#柴油。2020年4月大检修后，5月11日、17日装置2次开工过程中，均出现反应器床层压降快速升高而被迫停工。大检修期间，FHUDS-6精制剂和FC-20改质异构降凝催化剂进行再生，同时为解决装置冬季生产低凝柴油时加热炉负荷大的问题，在第3床层装填部分FDW-3临氢降凝催化剂。

1 反应器压降升高情况

该装置5月11日、17日的2次进料开工过程中，均由于反应器床层压降快速升高而被迫停工处理，处理的主要方法是对第1床层及第2床层催化剂进行撇头、过筛，并对反应进料系统进行爆破吹扫、开路油运除去杂质。

1.1 第1次压降升高情况

5月11日装置开始进料，在15 min内进料量由90 t/h提升至180 t/h，反应器总压降在10 min内由0.120 MPa快速上升至0.637 MPa，其中1床层压降0.624 MPa。随即停止进油，期间通过再次尝试进油，压降高的问题仍未改善，为防止继续运行损坏设备，决定停工检查反应器。

5月14日，打开反应器，观察到第1床层泡罩盘上有黑色粉末，上部保护剂和精制催化剂接触处有土灰色较硬结块，厚度约20～30 cm；中部精制催化剂结块严重，下部精制催化剂有少量黑色结块，存在板结现象。

打开反应器检查发现进料分配盘、保护剂和催化剂上有明显的结垢物。决定采取将第1床层催化剂进行撇头处理，并对进料换热器和加热炉管进行爆破吹扫等措施，第1床装填再生剂及过筛催化剂，第2、3床层催化剂不动。

1.2 第2次压降升高情况

5月17日，装置具备进料条件后开始进料，进料量为90 t/h，穿透床层后在16 min内进料量提至180 t/h，反应器床层总压降由0.241 MPa上升至0.59 MPa，其中第1床层压降由0.121 MPa上升至0.50 MPa，之后，通过多次适当升温、降量调整操作，仍无法解决压降高问题，而且压降有缓慢升高趋势。经分析压降升高现象与第1次基本一致，决定再次停工处理，对反应器第1、2床层卸剂检查。

5月20日打开反应器后，发现第1床层泡罩盘上有少量黑色油泥状物质，上部保护剂和精制剂接触处存在与第1次相同的板结现象，中下部有不同程度的结块现象；第2床层泡罩盘上、催化剂上中部均有不同程度的结块现象；第3床层上部中间部分只有1小块结块。与第1次检查相比，第2次检查发现催化剂床层粉尘较少。

由于反应器各床层催化剂结块与第1次情况相似，且第3床层催化剂上部也有少量结块，所以分析认为反应器再生催化剂经过2次挖出、撇头、过筛、装填，可能会造成催化剂较大破损，为了减少催化剂本身对反应器压降的影响，采取将第1、2床层精制催化剂全部卸出、更换为新催化剂；为防止垢物对反应器压降的影响，将进料分配盘由泡罩型更换为烟筒型，第1床层上部保护剂更换为鸟巢型，装填高度由280 mm增加至1 000 mm，对进料换热器爆破吹扫，并预制临时管线，开路油运冲洗换热器壳程及加热炉炉管。

2 原因分析

针对装置反应器压降快速升高问题，分别从原料、杂质来源、催化剂等方面进行分析排查。

2.1 原料的影响

加工原料主要为常压直馏柴油；2017年4月至2020年4月装置运行期间，共加工8.32×104t/a的DCC裂解柴油。

此次检修后装置开工用原料为常压直馏柴油，第1次开工原料来自石化厂罐区柴油，化验分析原料馏程、密度、凝点等指标均满足要求。第2次开工，为防止原料中有杂质，由延炼向石化厂直供给新鲜常压柴油原料，原料各项指标均满足要求。但从此次再生催化剂颜色发红判断，系统中存在腐蚀产生过程铁，积聚在催化剂表面，催化剂再生时高温生成Fe2O3的颜色。

DCC裂解轻油芳烃含量高（87.8%），其中双环及三环芳烃含量高达43.1%（见表1），还含有不饱和烃，同时发现有絮状物、沉淀物等杂质（见表2），经公路罐车长途运输，易形成结焦前驱物，且可能携带少量催化剂。

经查询有关资料，多环芳烃在加氢过程容易引起缩合生焦副反应，在高压换热器和炉管及系统内沉积，开工引油过程由于温度、压力变化，将垢物和缩合物形成的黏糊状结垢物质随物料进入反应器，并在反应器顶部堆积，附着在催化剂床层上部形成板结［1，2］。

表2 DCC裂解轻油性质

分析认为，原料中有铁离子存在、带有少量水汽，以及芳烃、烯烃含量高的DCC裂解轻油易形成垢物和焦粉，附着在原料换热器、加热炉炉管，在开工引油过程中随原料油进入反应器，附着在反应器上部原料分配器、催化剂床层上，是导致反应器上部床层压降升高的主要原因［3，4］。

2.2 进料系统杂物的影响

该装置投用6 a，长时间的生产过程中，管道及设备会存在腐蚀现象，整个系统可能存在腐蚀物或垢物，如反应器前的换热器、加热炉管及其它管线携带的腐蚀物或垢物，通过油气带入反应器（包括分配盘、催化剂空隙、冷氢箱等），沉积于反应器的分配盘、冷氢箱或催化剂空隙中，上部催化剂板结造成油气分配不均，导致沟流偏流，柴油中的不饱和成分在死区中发生聚合生焦，从而出现大量结焦块，引起反应器及催化剂床层压降增大［5］。

对反应器分配盘、催化剂上粉尘样品进行X射线衍射（XRD）和X射线荧光（XRF）检测分析，过筛粉尘样品的XRF检测结果表明，样品中主要含Fe（17.68%）、Al（16.79%）、Ni（2.59%）、Mo（9.3%）、S（5.8%）等元素，XRD检测发现明显的硫酸亚铁矿（FeSO4·H2O）和磁铁矿（Fe3O4）的特征衍射峰，过筛粉尘样品X射线衍射（XRD）谱见图1。

图1 过筛粉尘样品X射线衍射（XRD）谱图

泡罩网上粉尘样品主要含Fe（36.82%）、S（12.0%）元素以 及 少量Mo、Al、Na、Ni等 元 素。XRD检测发现明显的硫酸亚铁矿（FeSO4·H2O）和磁铁矿（Fe3O4）的特征衍射峰，见图2。

图2 泡罩网上粉尘样品X射线衍射（XRD）谱图

同时委托大连（抚顺）石油化工研究院对第2次停工各床层样品ICP分析，见表3。

表3 第2次停工抢修相关样品ICP分析结果/×10-6

检测结果和XRF分析结果基本一致，1是杂物主要是含铁物质、2是含有约40%的有机物。通过查阅资料，铁在石油及其馏分油中既能以悬浮无机物形式存在，又能以油溶性铁和络合物的形式存在。铁离子对催化剂活性的影响较小，但是，它很容易成为硫化物而沉积在催化剂床层表面，而且由于其反应快，因此一般以结壳的形式出现在催化剂床层的顶部，引起床层压降的上升［6］。

从2次反应器压降快速上涨情况看，符合进料将系统中沉积的杂物瞬间带到下游情况，杂物主要成分是含铁物质、还有Ni、Mo等催化剂组分，说明催化剂含有粉尘或有少量破损现象发生［7］。因此分析认为，反应器床层上部保护剂和催化剂板结、催化剂结块是造成压降大的主要原因。

2.3 催化剂的影响

此次装置检修期间装填的催化剂是再生催化剂和部分新鲜催化剂，催化剂再生后经分析比表面、压碎强度等各项物化指标满足要求，见表4。

表4 催化剂物化性质

再生催化剂的2 mm以下粒度比新鲜催化剂含量高出43.61%，催化剂堆密度增大，引起1、2床层（装填同型号同批次再生剂）压降增大。

根据经验判断，较新剂上涨约0.02～0.1 MPa，而前2次压降大主要集中在反应器的第1床层，反推再生后催化剂指标满足生产要求。在第1次反应器撇头处理期间，为了检测数据的准确性，将催化剂送到西北化工研究院检测压碎强度，再生剂182.40 N/cm以上、过筛剂为166.39 N/cm，检测指标均满足要求。

从2次进料反应器压降分布情况判断，总压降分别为0.637 MPa和0.59 MPa，其中第1床层压降分别为0.624 MPa和0.50 MPa，说明压降主要集中在第1床层。除第3床层装填2.3 m新FDW-3降凝剂外，3个床层全部装填再生催化剂，如果是再生催化剂堆密度大或装填不当引起的压降增大，应该是3个床层的压降均增大。因此，分析认为，再生催化剂堆密度大或装填不当，总压降较新剂上涨约0.02～0.1 MPa，不会造成压降过大过快上升。

3 解决措施

根据2次停工后检查发现催化剂板结和结块情况，主要采取了以下措施：

（1）将反应器1、2床层再生催化剂FHUDS-6卸出，更换为粒度较大的新催化剂FHUDS-8；

（2）将第1床层上部保护剂更换为鸟巢型，装填高度由280 mm增加至1 000 mm，装填量由0.5 t增加到12.88 t；

（3）将进料分配盘由泡罩更换为烟筒型；

（4）对3台进料换热器逐一爆破吹扫，并预制临时管线开路冲洗换热器壳程及加热炉炉管；

（5）原料由延炼提前储备并直供，严格投用反冲洗过滤器，细化开工原料提量速度等。经过采取以上措施，5月28日装置第3次进料开工，反应器压降正常，30日产品合格。

4 结束语

（1）原料储罐、管线及装置系统中存在硫化亚铁腐蚀物，开工进料后硫化亚铁腐蚀物随油品进入反应器内，造成催化剂板结、堵塞。

（2）掺炼榆能化DCC轻柴油，该油品多环芳烃含量较高，在日常生产过程中易发生缩合生焦副反应，沉积在反应进料系统中，开工引油过程中，与垢物一起被带入反应器，附着在催化剂床层上部形成板结。

（3）通过对进料换热器、加热炉等系统爆破吹扫、冷油冲洗、反应器更换新型进料分配盘、新鲜催化剂等措施后，装置开工运行后，反应器第1床层压降0.023 MPa，总压降0.152 MPa，系统恢复正常后生产的产品合格。