王立博

摘要：加氫裂化反應(yīng)系統(tǒng)最重要的參數(shù)就是轉(zhuǎn)化率，保持合理穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化率是日常穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文闡述了加氫裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的判斷方法、影響因素和調(diào)節(jié)手段。

關(guān)鍵詞：加氫裂化；轉(zhuǎn)化率

1加氫裂化主要反應(yīng)和產(chǎn)品分布

1.1加氫裂化過程的主要反應(yīng)

加氫裂化是在一定溫度壓力下，在臨氫及催化劑作用下使重質(zhì)油發(fā)生反應(yīng)，生成輕質(zhì)油或潤滑油料的二次加工方法。在整個(gè)反應(yīng)過程中，烷烴在加氫裂化條件下生成相對(duì)分子質(zhì)量更小的烷烴；烴類分解成相對(duì)分子質(zhì)量較小的烷烴和烯烴；烯烴可加氫飽和或環(huán)化；烷烴和烯烴的異構(gòu)化反應(yīng)；多環(huán)芳烴的加氫開環(huán)異構(gòu)化。即加氫裂化過程通過加氫反應(yīng)、裂化反應(yīng)和異構(gòu)化等反應(yīng)完成了重質(zhì)油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油的過程。由于加氫反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，裂解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，裂解反應(yīng)的吸熱效應(yīng)被加氫反應(yīng)的放熱效應(yīng)抵消，所以整個(gè)過程在熱力學(xué)上表現(xiàn)為強(qiáng)放熱反應(yīng)。

1.2加氫裂化轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)品分布

轉(zhuǎn)化率是指某一個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化的百分率或分率。

通過圖表可以看出，加氫裂化主要產(chǎn)品為石腦油，在高轉(zhuǎn)化率時(shí)產(chǎn)品分布向輕組分方向移動(dòng)，液化氣量增多。同樣的，低轉(zhuǎn)化率時(shí)產(chǎn)品分布向粗白油等重組分方向移動(dòng)。所以控制好適當(dāng)轉(zhuǎn)化率是得到目標(biāo)產(chǎn)品的關(guān)鍵。

2加氫裂化轉(zhuǎn)化率的判定和影響因素

2.1轉(zhuǎn)化率高低的判斷因素

加氫裂化轉(zhuǎn)化率的高低可以從反應(yīng)器床層溫升、反應(yīng)器床層單點(diǎn)溫度、反應(yīng)噸油耗氫量、低壓分離器干氣量、分餾塔液位、液化氣量、尾油量等多個(gè)方面判定。判斷加氫裂化轉(zhuǎn)化率大小時(shí)應(yīng)從多個(gè)方面綜合判斷，單一因素判斷常常造成片面的結(jié)果。

2.1.1反應(yīng)器床層溫升

床層溫升即床層出口與入口的溫度差。溫升高代表放熱量大，轉(zhuǎn)化率高。床層溫升在進(jìn)料量和反應(yīng)入口溫度波動(dòng)時(shí)不適用[1]。因?yàn)榇藭r(shí)床層入口溫度發(fā)生變化而床層出口處還未變化，導(dǎo)致溫升值虛高或虛低失去指示作用。

2.1.2反應(yīng)器床層單點(diǎn)溫度

單點(diǎn)溫度是轉(zhuǎn)化率最直觀的體現(xiàn)。溫度上升則轉(zhuǎn)化率提高。在儀表數(shù)據(jù)指示準(zhǔn)確下的情況下，不存在假象。若同一層的各個(gè)溫度點(diǎn)偏差較大，則可能出現(xiàn)偏流，應(yīng)注意控制溫度，防止超溫。

2.1.3噸油耗氫量

噸油耗氫量增加，轉(zhuǎn)化率提高。在換原料油供應(yīng)罐時(shí)，因每一罐蠟油的性質(zhì)存在差異，且上一罐的罐底和下一罐原料也往往存在輕重差別，所以噸油耗氫量在換罐時(shí)不能準(zhǔn)確體現(xiàn)轉(zhuǎn)化率。

2.1.4低分干氣量

反應(yīng)流出物從高分進(jìn)入低分之后，因?yàn)閴毫Φ淖兓?，干氣等輕質(zhì)氣體析出形成低分干氣。在轉(zhuǎn)化率高時(shí)，因?yàn)楦蓺獾容p組分生成較多，低分干氣量顯著提升。利用低分干氣量判斷轉(zhuǎn)化率時(shí)要注意新氫純度的變化，在新氫純度下降時(shí)，會(huì)影響判斷結(jié)果。

2.1.5 分餾系統(tǒng)各塔液位和加氫尾油（粗白油）量

轉(zhuǎn)化率高時(shí)，干氣、液化氣、石腦油生成較多，這些產(chǎn)品的抽出位置在塔頂或塔中段，容易從塔底蒸出，導(dǎo)致塔液位下降。同時(shí)，因?yàn)檫@些請(qǐng)輕組分生成較多，也降低了尾油等重組分的收率，導(dǎo)致尾油外送量減少。所以，在分餾液位下降，尾油量減少時(shí)，可以判斷出轉(zhuǎn)化率升高。

2.2加氫裂化轉(zhuǎn)化率的影響因素

2.2.1原料性質(zhì)

加氫裂化原料不同，則轉(zhuǎn)化率也不同。原料蠟油的密度、干點(diǎn)、族組成和特性因數(shù)K等可以通過分析測(cè)定或計(jì)算得到，能夠直觀地反應(yīng)原料的性質(zhì)。原料油在密度高時(shí)，加氫裂化難度提高，需要提高反應(yīng)溫度。原料蠟油干點(diǎn)高時(shí)，氮含量隨之升高，原料不易轉(zhuǎn)化。在族組成中，原料烷烴含量越高，越容易發(fā)生裂化反應(yīng)。特性因數(shù)K和族組成有關(guān)，是通過對(duì)密度和平均沸點(diǎn)的計(jì)算得到的。烷烴、環(huán)烷烴、芳烴的K值依次降低。K值大于12.1的石蠟基原油易于進(jìn)行加氫裂化，而之后的中間基和環(huán)烷基原油因K值偏低，易于生焦，對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)有害。

除了以上直觀指標(biāo)外，加氫裂化原料往往摻煉催化重柴油，焦化蠟油，加氫尾油等的一種或多種，摻煉比例不同，對(duì)于轉(zhuǎn)化率的影響不同。當(dāng)原料中不飽和鍵偏多時(shí)，容易生焦。換熱后期溫度升高，生成的膠質(zhì)容易堵塞換熱器管束，對(duì)穩(wěn)定生產(chǎn)造成威脅。不飽和鍵的飽和過程要放出大量的熱，在加工不飽和鍵含量較大的原料時(shí)要密切注意精制后床層的溫度，防止發(fā)生超溫。

2.2.2燃料氣

燃料氣的影響主要是燃料氣的壓力和熱值兩個(gè)方面。壓力和熱值都會(huì)對(duì)加熱爐的加熱效果造成擾動(dòng)，使加氫裂化的入口溫度發(fā)生變化。在技術(shù)相近的加氫裂化裝置中，采用爐后混氫的加氫裂化裝置受到的影響較爐前混氫的要小一些。因?yàn)闋t后混氫的爐管中是氫氣，原料蠟油只經(jīng)過高壓換熱器同反應(yīng)流出物換熱。又因?yàn)闅怏w比熱相對(duì)液體要小很多，盡管加熱爐出口氫氣溫度波動(dòng)大，反應(yīng)器入口的溫度變化也不會(huì)太大。燃料氣波動(dòng)使反應(yīng)器入口溫度反生變化，進(jìn)而使當(dāng)前床層的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)波動(dòng)，波動(dòng)的轉(zhuǎn)化率帶到下游反應(yīng)床層繼續(xù)影響。雖然有冷氫閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)緩沖，但是在波動(dòng)較大時(shí)，因?yàn)樽詣?dòng)調(diào)節(jié)的滯后性，使得反應(yīng)器溫度產(chǎn)生波動(dòng)。整個(gè)影響傳遞到反應(yīng)器出口，溫度發(fā)生變化的反應(yīng)流出物又與高壓換熱器新進(jìn)的原料蠟油換熱，因?yàn)闊崃黧w的溫度的改變，加氫反應(yīng)器進(jìn)料的溫度再次發(fā)生變化，形成循環(huán)。

2.2.3循環(huán)氫純度

循環(huán)氫純度的高低，直接影響裝置反應(yīng)氫分壓的高低，而加氫裝置反應(yīng)壓力的選擇一般是根據(jù)該工藝過程所需的最低氫分壓和該工藝?yán)碚摎浼兌葋泶_定的，因此如果氫純度低于設(shè)計(jì)值較多時(shí)，將直接影響裝置的加工能力、所能處理的原料油干點(diǎn)、催化劑的運(yùn)轉(zhuǎn)周期和產(chǎn)品質(zhì)量等。

3加氫裂化轉(zhuǎn)化率的調(diào)節(jié)手段

3.1冷氫閥手動(dòng)控制

在加氫裂化反應(yīng)器入口和床層之間一般設(shè)有冷氫調(diào)節(jié)閥。冷氫是來自于循環(huán)氫壓縮機(jī)出口，未經(jīng)過高壓換熱器和加熱爐換熱，直接進(jìn)入反應(yīng)器的那部分氫氣，可以有效控制加氫裂化過程的反應(yīng)器溫度。以DCS系統(tǒng)為例，冷氫調(diào)節(jié)閥在生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)是處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，當(dāng)實(shí)際溫度與設(shè)定值出現(xiàn)偏差后，通過調(diào)節(jié)冷氫閥開度，改變冷氫點(diǎn)溫度，調(diào)節(jié)之后等待一定時(shí)間與設(shè)定值再比較，再做出調(diào)節(jié)直到與設(shè)定值相同。而這個(gè)觀察等待的時(shí)間和調(diào)節(jié)的幅度是預(yù)先設(shè)定的計(jì)算公式計(jì)算，一般大小適中，不會(huì)過頻影響穩(wěn)定性，也不會(huì)過慢影響準(zhǔn)確度。在溫度波動(dòng)較小時(shí)，可以起到很好的調(diào)節(jié)效果。但當(dāng)溫度波動(dòng)大時(shí)，其滯后效果也逐漸明顯，等待時(shí)間和幅度使冷氫閥不能及時(shí)做出大幅調(diào)整，影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。此時(shí)，應(yīng)該將控制閥改成手動(dòng)控制狀態(tài)，利用操作人員的快速判斷，及時(shí)中和溫度變化，使后續(xù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定。

3.2 加工量的調(diào)整

加氫裂化反應(yīng)器在提降量過程中一直遵循著先提量后提溫，先降溫后降量的守則。提高加工量時(shí)因?yàn)榭账俚奶岣?，反?yīng)深度下降，轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)器溫度下降。這同樣可以用于反應(yīng)器的調(diào)整。在轉(zhuǎn)化率偏高時(shí)，若氫氣，罐存等條件滿足時(shí)可以適當(dāng)提高加工量來降低轉(zhuǎn)化率，使轉(zhuǎn)化率回到正常值。

4. 結(jié)論

加氫裂化的轉(zhuǎn)化率直接影響著產(chǎn)品的分布，是加氫裂化裝置反應(yīng)系統(tǒng)最常關(guān)注的參數(shù)之一。在判斷過程中，應(yīng)從多個(gè)角度綜合判斷，最大限度避免判斷錯(cuò)誤影響正常生產(chǎn)。同時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)化率的影響因素較多，保持轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定就是日常生產(chǎn)的重中之重，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)脫離自動(dòng)控制，通過人工手動(dòng)干預(yù)，保持轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫建懷 王敬東 周能冬. 加氫裂化裝置技術(shù)問答（第二版）. 北京：中國石化出版社，2014.

（作者單位：遼陽石化分公司煉油廠）