煤基费托合成油加氢裂化反应稳定控制的方法探讨

摘　要  本文从反应温度、反应压力、氢油比、原料油性质、空速等方向着手，分析讨论了影响煤基费托合成油加氢裂化反应的各种因素，进而得出稳定控制反应的方法。控制原料油的馏程和流量，根据组分变化及时调整反应温度；升温速率不能太快，适当提高氢分压和氢油比；加强循氢机的监护，严格控制反应器进口和各床层温度，保证冷氢供应。最后提出反应器超温时一些合理的处理方法，为今后加氢裂化装置生产过程操作和超温事故的处理提供一些操作依据。

关键词  加氢裂化装置 温升 因素 反应超温 处理

国家能源集团神华宁煤煤制油分公司400万吨/年加氢裂化装置由反应系统、分馏系统、热工和公用工程等部分组成，采用双反应器并联尾油全循环的加氢裂化工艺。该装置的原料为加氢精制装置减压蜡油，主要产品为液化石油气、稳定石脑油、混合柴油、重柴油等中间馏分油，装置操作灵活。流程见图1。

加氢裂化反应是高温、高压、临氢的催化裂化反应，由于加氢反应是放热反应，且煤基费托合成油存在无硫、无氮、低芳香烃、正构烷烃含量高等特点，影响反应的因素较多，且温升波动大，操作难度高。如果操作不当，反应器极易超温，甚至飞温，轻则烧损催化剂,重则发生泄漏、中毒及着火爆炸事故。所以,如何稳定控制裂化反应至关重要的，本文探讨了影响反应的因素，得到稳定控制加氢裂化反应的方法。

1 影响裂化反应的因素

1.1 反应温度

反应温度对加氢裂化反应影响非常大，是加氢裂化工艺中最主要、最灵活的操作参数，可以此调节产品质量和转化率。由于加氢裂化反应是放热反应，提高反应温度，不利于反应的正向进行。反应温度过高，会加剧裂化反应，降低产品收率，导致催化剂积炭，反应器床层压差上升速度加快；反应温度过低会导致反应速度减慢，达不到所要求的转化率。另外，反应温度与空速具有关联性，只要总进料控制稳定，相对于反应温度变化而言，空速变化“滞后”。因此，为确保反应系统稳定运行，升温速率不能太快。

1.2 反应压力

加氢裂化装置反应系统压力是重要的工艺控制参数，反应压力影响氢分压，对加氢裂化反应有直接的影响。从理论上讲，由于加氢裂化反应总体上是体积缩小的反应，提高反应压力，对加氢裂化反应有利。然而，反应压力越高，相应的操作费用就越高，操作安全风险也同时增大。加氢裂化工艺过程存在“最经济的反应压力”。加氢裂化装置采用的反应压力，应综合考虑原料油性质和产品生产方案，并兼顾适度的灵活性。如此确立的反应压力，具有较好的技术经济性

1.3 氢油比

氢油比的增加意味着氢分压的提高，可以使混氢原料在催化剂床层的分布均匀，降低床层温升，并能抑制催化剂积炭，提高其运转周期。另外，提高氢油比会改善混氢原料及反应产物在换热器及反应进料加热炉中的流动性能，提高传热性能，避免油品在炉管中结焦而堵塞炉管。但是氢油比过高除能耗增大外，还会导致反应物与催化剂接触机会减少，降低反应速度，而过低将会造成床层结焦加剧。因此，必须根据实际情况设定合理的氢油比，一般氢油比为化学耗氢的4-5倍最为经济合理。

1.4 原料油性质

不同的液相进料组成，发生的化学反应的深度不一样，产生的反应热也不一样。加氢精制尾油作为裂化装置的原料油，与裂化循环油共同进入裂化反应器。精制尾油和裂化循环油的轻重和流量对反应都有较大影响。原料干点是加氢裂化原料一项重要的控制指标。原料干点提高,黏度增大,减慢了原料向催化剂内部扩散的速度,降低了反应速度。

1.5 空速

反应器中催化剂装填数量的多少取决于设计原料的数量和质量以及所要求达到的转化率。通常将催化剂数量和应处理原料数量进行关联的参数是液体时空速度。加氢裂化的空速大小决定着反应深度，如果空速超出设计值很多，那么催化剂的失活速度将很快，变得不可接受。空速小，油品停留时间长，在温度和压力不变的情况下，则裂解反应加剧、选择性差，气体收率增大，而且油分子在催化剂床层中停留的时间延长，结焦的机会也随之增加。因此在操作中，应在保证产品质量的前提下，尽量提高空速。空速的改变是通过调整反应进料量来实现的，调节空速应遵循“先提量后提温；先降温后降量”的原则。

2 裂化反应的控制方法

本装置加氢裂化反应器有4个床层，一床层可以根据目标转化率和产品质量通过加热炉出口温度来控制，其它三个床层可由上一床出口温度和急冷氢来控制。由于入口温度变化后产品分布和产品质量的表现需要一定的时间，故升温或降温需要有一定时间间隔，一般控制不超过5℃/h。反应器整体的热量来源于加热炉，所以温度控制首先应该控制加热炉出口温度。理想的状态是每个床层的入口温度都一样，也就是“平行温度分布”，但若催化剂填装量或活性分配不合理，后面床层的入口温度会逐渐升高，冷氢量控制也是有限制的，冷氢阀开度不宜过大，否则一旦出现超温将无法有效控制。如果各床层入口温度控制不到平行的程度，可以控制后一床层的入口温度高于前一个床层5℃左右。反应器温度的控制不是要求上层和底层温度相同，而是要求在同一反应床层上温度尽量保持一样。

循环氢纯度影响氢分压，对加氢裂化反应有直接的影响，影响循环氢纯度的因素很多，催化剂的性质、原料油的性质、反应温度、压力、新氢纯度、尾氢排放量等因素都影响循环氢纯度，其中可操作条件为尾氢排放量。加大尾氢排放，循环氢纯度增加；减小尾氢排放循环氢纯度降低。循环氢纯度高，氢分压就会较高，有利于加氢裂化反应进行，但是，高循环氢纯度是以大量排放尾氢、增加物耗为代价的；循环氢纯度低，氢分压就会较低，不利于加氢裂化反应进行，而且，循环氢纯度低时，循环氢平均分子量大，在循环氢压缩机转速不变的情况下，系统压差就会增加，循环氢压缩机的动力消耗也会增加。因此，循环氢纯度要控制适当。

3 加氢裂化飞温的常规处理方法

目前，处理加氢裂化飞温的方法有两种。循氢机正常运转时，一旦出现温升突然大幅升高，应立即增加相应床层入口的冷氢量，以控制本床层温度的进一步升高，同时防止大量热量被带到下一床层，由局部飞温变成全部床层飞温，只要发现及时并且处理得当，一般飞温都可以避免。如果循氢机不能正常工作，或者床层温升较正常值增长较大，这时应迅速启动0.7MPa/min或2.1MPa/min紧急泄压，通过泄压快速带走反应积聚的热量，达到降低温度、保护催化剂的目的，防止造成重大的生产事故。

加氢裂化装置一般有0.7MPa/min、2.1MPa/min和现场手动泄压三种方式。0.7MPa/min泄压系统在循环氢压缩机故障时自动启用。也可由操纵台操作员在需要快速停车的情况下启用。当0.7MPa/min泄压系统启用时，下列动作会自动发生：反应器进料泵停车、反应加热炉停车。如果0.7MPa/min泄压系统手动启用，循环氢压缩机将继续运转。在0.7MPa/min泄压开始后，观察所有的反应器温度，确认所有温度下降或不变。如果反应器温度继续上升，立即开始2.1MPa/min泄压。0.7MPa/min泄压系统后，只有在已建立可靠的氢气循环且所有反应器温度都低于正常操作值至少30℃，泄压阀才应关闭。

4 结论

基于上述分析,要保证加氢裂化装置长周期安全稳定运行,必须注意以下几点：①严格监控加氢精制常减压装置蜡油拔出率和操作稳定性，控制原料的馏程和流量；特别是当终馏点偏高时，要注意调整反应温度。②由于循环油与精制尾油混合作为反应总进料，因此应尽量稳定分馏操作，保证循环油指标及进量的稳定。③虽然反应温度与空速具有关联性，但一般总进料控制在某一水平上，相对于反应温度变化而言，空速变化“滞后”，每提升一次反应温度，反应系统需要一段缓冲时间来达到新的反应平台。因此，为确保反应系统稳定运行，升温速率不能太快。④本装置所控制的氢分压与氢油比都是高于设计值的，这有利于装置的长期运转，但也不是越高越好，维持一定的指标稳定操作是很有必要的。⑤加强循氢机的监护，严格控制反应器进口和各床层温度，保证冷氢供应。要密切注意原料性质及新氢组成的变化，提前进行处理，消除飞温事故隐患。

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