加氢裂化装置反应器飞温原因及处理办法

高景山

(中海油气(泰州)石化有限公司，江苏 泰州 225300)

0 引言

反应器飞温又称飞温，是反应器在非稳定操作状态下操作参数有微扰动而造成反应器温度上升的一种现象。加氢裂化装置因高活性的催化剂反应，促使反应器有较高的飞温速度，进而使温度在短时间内骤然升高，造成催化剂的烧结而失去活性，甚至是构件损坏、反应器壁的损坏、爆炸性事故等。对此，应对加氢裂化装置飞温原因进行具体问题具体分析，采取合理化措施控制事故的发生，以保证装置及生产安全。

1 加氢裂化装置反应器飞温致因

1.1 循环氢因素

循环氢的作用是支持反应器氢分压与携带反应热，用量为化学反应用计量的10倍。循环氢的使用量若突然增加或减少，加氢裂化装置反应器所携带的热量也增加或减少，进而促使反应器温度发生变化，若产业线操作不当，床层温度变化会超出额定限值。生产过程中，中断或减少循环氢的供应量，反应器内会快速积累大量的热量，引发反应器飞温。一般情况下，加氢裂化装置控制温度要大于360 ℃，且反应时间较短。若在此期间，循环氢不能及时供应并补救措施不及时，则会引发反应器飞温现象。另外，氢气分压、空速和氢油比也是影响加氢过程。其中，空速会影响加氢裂化装置反应器中催化剂的用量与体积，在一定程度上降低空速会促使加氢过程更加利于生产。而氢油比对加氢裂化装置反应器的影响集中在：反应过程、催化剂的使用寿命、操作成本和设备投资成本等[1]。

1.2 原料因素

一方面，原料使用量的偏差会导致加氢裂化装置反应器飞温。如因液相进料量的骤减，对床层喷淋的密度产生很大的影响，进而导致床层催化剂效能有所降低。其原因是催化剂浸润率变高，若没有及时处理催化问题，会导致大量循环氢，进而引发飞温现象。另一方面，加氢裂化装置若处于进料过程中，因原料含有氮或硫成分具有较强化学反应的成分，进而产生大量的芳烃和烯烃，以及伴随大量的热。若化工企业监控不力，加氢裂化装置反应器温度会超过额定温度，进而出现反应器飞温现象。

1.3 机械故障

化工生产作业中，冷氢控制法和冷氢温度控制点的故障或失灵。若操作人员未能及时发现故障问题，或采取的补救措施不及时或方法不当，容易导致床层温度控制的失衡，与此同时加氢裂化装置反应器出现温度失控。例如：某炼厂加氢裂化装置循环氢压缩机连锁跳机，泄压出现不彻底问题，操作人员没有进行彻底检查就强制恢复，导致循环氢压缩机再次出现了跳机，进而导致反应器床层出现飞温，温度到达近800 ℃。

1.4 人为操作失误

首先，操作人员没有严格操作规范进行生产调节，也就是违背了“先降温才能降量”的原则。尤其是高转化率的条件下，若反应温度高，则会造成加氢裂化装置温度失控。其次，操作人员的人为操作失误，加氢裂化装置反应器床层的温度调节中，手动输入数值出现了偏差，且操作人员没有及时发现并纠正，进而导致反应器温度出现失控问题。最后，操作人员事故处理方式错误或反应不及时，导致加氢裂化装置反应器出现了飞温，发生速度也往往较快。例如：开工过程中，操作人员向加氢裂化装置反应器的反应系统补充氢并进行充压，同时放空泄压。某一床层温度升到近400 ℃，然而其他反应器床层并没有出现明显的升温。操作人员想要快速恢复生产，但是循环机开机程序超过规定时间，导致延误了利用冷氢量控制反应器床层温度的合理时间，故而造成了反应器飞温事故[2]。

2 加氢裂化装置反应器飞温处理办法

2.1 加强开停工安全操作

2.1.1 加强开工安全操作

(1)保持加氢裂化装置反应系统的干燥。在化工生产加工前，加氢裂化装置反应器的反应系统需要经过干燥和烘炉，将反应器水分蒸发掉，包括结晶水和自然水，进而才能启动反应器。其目的是烧结反应系统耐火材料，以加强耐火材料使用寿命和强度。在此期间，加热炉不能残余易燃易爆的气体，因而烘炉过程不能升温过快，不然容易出现炉墙倒塌事故。

(2)置换和气密反应系统。反应器运行系统分为空气环境置换氮气环境与氮气环境置换氢气环境。第一个阶段的置换能避免爆炸发生，第二阶段的置换能保持反应器运行系统内的气体有较为均衡的分子量，进而使循环氢压缩机能够正常运行。相比较而言，气密目的是查找装置漏点以及时排除安全隐患，促使装置能正常运行。加氢裂化装置反应器的反应系统气密工作，要根据压力等级的不同而采取相对应的办法，例如：低压气密介质是氮气，检查合格之后才能进行低压气密的检查。在2 MPa压力等级标准下进行氢气检查合格后才能开展系统升压和高压气密检查。

(3)分馏系统的油运。分馏系统涉及热油运和冷油运两个部分。其中，热油运通过检查分馏设备系统的热态情况，以做好接收反应准备。冷油运操作目的是通过检查分馏系统的仪表和机泵等设备，避免工艺流程出现改动，进而保证设备不窜油或不跑油。

(4)加氢裂化装置反应系统反应器开工过程中，系统会出现升压、升温的现象，因而操作人员需要根据标准速度进行，升压速度过快或者是过慢都有可能造成系统的泄漏，这一点需要操作人员格外注意。

2.1.2 加强停工安全操作

应依照“先降温、再降量”的操作原则，降低温度后才能降低反应系统反应器的进料量，以避免出现反应器飞温现象的发生。具体操作为：

(1)使用低凝点的原料置换反应系统。由于加氢裂化装置原料油都比较重，且具有较高的凝点，停工需要使用易凝结的催化剂用于设备管线，如常二线油。

(2)切断反应器进料，调节反应器的温度，裂化反应器应无明显地升温。

(3)反应系统反应器循环带油和热氢处理。进料被切断，反应器加热炉出现回温现象，利用热循环氢将催化剂存油带出，温度控制也需要按照催化剂而定，但是不宜过高以避免热氢还原。

(4)置换反应系统。置换环境下反应系统氢烃浓度小于1%。

(5)卸催化剂。使用过的催化剂容易与空气中的氧气发生反应而出现自燃，专业人员在N2环境下卸反应器中的催化剂。并且，卸催化剂的过程中，应辅助使用干冰进行保护，以降低催化剂自燃的发生率。

(6)清洗和防腐加氢裂化装置设置。停工后，加氢裂化装置反应器的高压系统设备及部件，需要用碱性液体进行清洗，避免接触空气而出现腐蚀并损坏机器设备。

(7)退油与吹扫加氢裂化装置。停工加氢裂化装置反应系统，操作人员应将反应装置内存油进行退出和吹扫。

(8)处理辅助反应系统。停工后的加氢裂化装置火炬系统和地下污水处理系统等辅助系统，同样需要处理改进，不能有死角，其目的是避免系统因残留物而出现腐蚀。

2.2 装填、硫化和钝化催化剂

一方面，装填加氢裂化装置反应系统反应器催化剂。装填催化剂之前应检查好系统设备和粉尘含量，添加过程要均匀、认真，避免装填过程有异物进入反应器装置内。需要强调的是，国内加氢裂化装置反应器催化剂预硫化的工业化方式多是反应器内预硫化中的干法硫化方法，硫化剂也多为二甲基二硫或二硫化碳，主要是因为干法硫化法能避免反应器飞温。干硫化法又称气相硫化，硫化过程不需要硫化油，但要求循环氢压缩机和装置操作压力全量循环下才能运行，起始温度是175 ℃，终止温度是370 ℃，硫化过程均匀快速，且硫化过程因没有使用硫化油而伴随大量热，需要操作人员及时排除才能避免反应器飞温，如硫化氢的浓度、升温速率和床层温度等指标。

另一方面，硫化与钝化催化剂。开工前的催化剂缺乏加氢活性，因而经过硫化才能开工使用。因此，在硫化催化剂的过程中，操作人员应避免硫化氢中毒，以及应避免硫化管线、硫化剂存储罐、反应器可能产生的污染点，因而要注意预硫化开工的时间，通常需要7天左右的时间。而为抑制硫化催化剂的加氢裂化活性，必要情况下还需要钝化催化剂。

2.3 积极推进催化剂的研发工作

为保障重质料油化工生产需要，而且能够支持加氢裂化装置的稳定运转，催化剂的创新研发非常重要。研究新催化剂，则需要满足脱硫与脱氮条件下，适当地提升催化剂容杂能力，才能避免大量杂质的沉积而堵塞孔道的结果。对此，根据这一要求，可通过加强催化剂载体孔径、外形结构、孔体积等方面，以提升催化剂反应效果。除此之外，在催化剂颗粒强度不变的前提下，调整催化剂内部结构以提升催化剂颗粒连通性、分布均匀性和扩散通道含量，进一步提升了催化剂传质效率。在催化剂的使用上，不同颗粒外形或功能的催化剂应该经过科学配比才能使用，进而发挥不同种类催化剂的作用。

还需要注意的是，加氢裂化装置反应器在预处理化工催化剂的过程中，还应关注炼油厂两个方面，具体为：一是原料油被掺入劣质成分，化工厂需要加大杂质分析工作，特别是原料油的无机杂质成分需要查清楚来源，并根据实际情况适当增加除杂设备数量。二是高硫原油的加工过程中，一般要适当地加入消泡剂或者是缓蚀剂等物质，但是正因为这些非金属成分的掺入，导致催化剂的活性有所降低，这一点应引起操作人员的关注。

2.4 优化进料性质

加氢裂化装置反应器加工处理化工产品，需要分别进行一次加工和二次加工。现阶段，为避免装置反应器床层超温，则应该根据设计比例进行催化剂级。掺炼轻蜡油的重石脑油的收率能提升10%左右。在最近接重石脑油收率的条件下运行装置，装置上游要保证进料性质的稳定性，并有限满足加氢裂化装置反应器的用氢需求，以避免频繁降提转化率和改变进料性质而促使反应器出现超温和催化剂的结焦。开工加氢裂化装置后，动态平衡催化油库存，以减少加氢裂化装置催化原油加工量。

2.5 合理选用装置部件

首先，测量仪表的选择。由于反应器的内部高压、高温，介质性质属易燃易爆类，且反应较为迅速，反应器床层入口热电偶应具备快速响应和安全性，效应时间要不大于15 s。而为了缩短反应器传热时间，可增加T型梁于反应器中，将热电偶测温元件与T型梁进行连接，并直接接触介质。经过测温系统加装后，一般应用K型热电偶测温仪表，管线安装热电偶，加氢裂化装置反应器的运行会更加安全。

其次，安装数字控制器。数字控制系统包含A/D转换、采样输入信号、设定值给定环节、滤波环节、输出信号的转换等环节。加氢裂化装置反应器加装计算机控制系统，并预留AI/AO通道和控制器单元等器件平台，额外接入算法和接口元件就能实现远程控制，便于快速反应机械运行问题。温度信号采样频率都为固定频率，大约是15～20 s为一周期，且适用于反应器的入口温控回路。加氢裂化装置反应器内部床层出口因反应速度较快，且热电偶为快速响应型，因而温度信号的采样周期会更小，需要实际情况进行调试。另外，数字滤波次用限幅滤波法，其原理是温度变化的热惯性需要一段时间才能体现出来，且滞后时间比采样周期大。对此，相邻的两个采样周期获取值要明显大于固定法值，进而可以判断出测量值由于受到干扰而不准确，因而为保障测量值的准确性，需要用上一次的采样信号代替本次采样信号数值。

最后，采取分段温控系统。反应器床层飞温可采取提高冷氢量的办法。起点分段温控系统主要是分为内部床层入口温控回路和反应器入口温控回路。而根据流程的不同，反应器入口温控回路也不同，如直接控制冷氢注入流量与加热炉燃料气入口流量两类。而直接控制冷氢注入流量的温控回路多为简单回路，加热炉燃料气入口流量可选择相同结构，以提升温控品质。

3 结语

加氢裂化装置反应系统对温控要求较高，因此需合理地控制加氢裂化装置反应器飞温现象，合理分析工艺路线、控制目标、运行阶段等特点，整定参数并优化控制系统，设计出符合实际生产需求的自动化控制系统，避免人为操作带来的危险性，才能最大程度降低反应器飞温。