宋文康

(中化泉州石化有限公司, 福建 泉州 362000)

1 裝置簡介

煤油加氫精制裝置是根據(jù)中化泉州1200 萬噸/年煉油項目全廠總流程需要設(shè)計, 采用撫順石油化工研究院(FRIPP)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展設(shè)計, 原設(shè)計公稱規(guī)模為140 萬噸/年, 后經(jīng)擴(kuò)能改造規(guī)模為175 萬噸/年, 年開工數(shù)按8400 小時計算, 本裝置以科威特原油直餾航煤餾分為原料, 經(jīng)過加氫脫硫、 脫氮,生產(chǎn)精制航煤產(chǎn)品, 同時副產(chǎn)少量酸性氣, 本裝置采用直餾航煤低壓臨氫脫硫醇技術(shù)(RHSS)。

2 反應(yīng)器壓差上升經(jīng)過

2019 年5 月13 日, 由于冷低分后水冷器內(nèi)漏, 裝置緊急停工搶修, 5 月15 開工, 之后反應(yīng)器壓差較此前有明顯上漲趨勢; 檢修之前, 反應(yīng)器壓差平穩(wěn), 維持在0.15 MPa 左右, 之后正常生產(chǎn)期間, 反應(yīng)器壓差逐步緩慢上漲, 上升至0.30 MPa左右。

具體時間節(jié)點如下:

(1)2019 年5 月13 日裝置搶修之前, 反應(yīng)進(jìn)料210 t/h 下,反應(yīng)器壓差維持在0.16 ~0.17 MPa;

(2)2019 年 5 月 13 日-15 日, 裝置搶修, 壓差 0;

(3)2019 年5 月15 日01: 00, 啟動反應(yīng)進(jìn)料泵; 反應(yīng)進(jìn)料達(dá)到210 t/h, 此時反應(yīng)器壓差維持在0.16 ~0.17 MPa;

(4)2019 年 5 月 16 日 16: 00 至 17 日 20: 00, 反應(yīng)器壓差從0.16 MPa 上升至0.2 MPa;

圖1 煤油反應(yīng)器壓差上升曲線Fig.1 Pressure rise curve of kerosene reactor

(5)2019 年 5 月 17 日至 5 月 31 日, 進(jìn)料量 210 t/h 不變,反應(yīng)器壓差從0.2 MPa 上升至0.21 MPa;

(6)2019 年6 月17 日至7 月8 日, 隨著反應(yīng)進(jìn)料量逐步提高至210 t/h, 反應(yīng)器壓差逐步升高至0.24 MPa。

3 煤油反應(yīng)器壓差上升的危害

(1)反應(yīng)器壓差的上升, 主要是由于反應(yīng)器入口的壓力增加所致, 維持較高的反應(yīng)器壓差, 會使得循環(huán)氫的流量減少,處理量降低, 空速降低, 使催化劑積碳加重, 從而影響催化劑的活性與壽命;

(2)反應(yīng)器入口的壓力增加, 催化劑床層的受力也隨之增加, 受力過大, 容易導(dǎo)致催化劑床層的坍塌, 影響產(chǎn)品質(zhì)量和正常生產(chǎn), 并且, 長期以往, 也會損壞反應(yīng)器的內(nèi)構(gòu)件[1];

(3)反應(yīng)器壓差0.3 MPa 內(nèi)維持穩(wěn)定, 可維持正常生產(chǎn)。如果繼續(xù)上漲, 必須采取撇頭等措施, 停工撇頭檢修, 影響經(jīng)濟(jì)效益。

4 原因分析

此次停工檢修后的進(jìn)料量、 反應(yīng)溫度、 壓力、 循環(huán)氫量均與停工檢修前的工況保持一致, 所以可以排除以上因素并不是造成反應(yīng)器壓差上升的主要原因。 煤油加氫反應(yīng)器共一個床層, 反應(yīng)器入口分配器是泡罩式, 反應(yīng)器床層上部裝有保護(hù)瓷球, 為了減少換熱器結(jié)構(gòu), 防止反應(yīng)器頂部催化劑床層堵塞,并達(dá)到提高換熱器傳熱效率和延長裝置運轉(zhuǎn)周期的目的, 裝置內(nèi)部設(shè)置脫除精度為25 μm 的原料油過濾器, 裝置在正常運行情況下, 煤油加氫原料過濾器為投用狀態(tài)。

煤油加氫反應(yīng)器床層壓差上升, 可以從兩個方面來分析;

(1)系統(tǒng)外部的雜質(zhì)進(jìn)入了反應(yīng)器床層, 具體表現(xiàn)為原料里的雜質(zhì), 如金屬雜質(zhì), 液體膠質(zhì), 少量的焦粉等進(jìn)入到了反應(yīng)器床層頂部, 附著在反應(yīng)器頂部的保護(hù)瓷球上, 降低了反應(yīng)器的空隙率, 阻塞的介質(zhì)的流通通道, 增大了流體通過的阻力[2], 造成了短期了壓差的急劇上升, 在正常的工況下, 原料過濾器是必須投用的, 可以避免雜質(zhì)帶入反應(yīng)器床層里面, 之所以造成反應(yīng)器壓差上升, 初步分析, 很有可能是原料過濾器的濾網(wǎng)有破損, 只起到了部分過濾的效果, 導(dǎo)致部分進(jìn)入系統(tǒng)的原料沒有經(jīng)過過濾, 雜質(zhì)也隨之進(jìn)入反應(yīng)器床層, 造成反應(yīng)器壓差上升;

(2)系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)進(jìn)入到反應(yīng)器床層頂部, 煤油加氫裝置首次開工為2014 年, 至今已運行六年時間, 中間經(jīng)歷過一次大檢修, 長時間的運行, 經(jīng)過介質(zhì)的沖刷, 管道材質(zhì)會腐蝕減薄, 加之煤油加氫的加氫反應(yīng)會產(chǎn)生產(chǎn)生一部分的硫化氫,煤油加氫的反應(yīng):

硫醇: 硫醇加氫反應(yīng)時, 發(fā)生C-S 鍵斷裂。

硫醚: 硫醚加氫反應(yīng)時, 首先生成硫醇, 再進(jìn)一步脫硫,生成相應(yīng)的烴類和硫化氫。

二硫化物: 二硫化物加氫反應(yīng)時, 首先發(fā)生 S-S 鍵斷裂,生成硫醇, 再進(jìn)一步發(fā)生C-S 鍵斷裂, 脫去硫化氫。 在氫氣不足的條件下, 硫醇也可以轉(zhuǎn)化成硫醚。

噻吩: 噻吩加氫反應(yīng)時, 首先是雜環(huán)加氫飽和, 然后是C—S 鍵開環(huán)斷裂生成硫醇, 最后生成丁烷, 而產(chǎn)生的硫醇繼續(xù)反應(yīng), 生成硫化氫。

由此可得知煤油加氫系統(tǒng)處于一個富硫化氫環(huán)境, 更容易造成一部分的材質(zhì)的腐蝕剝離脫落, 從而產(chǎn)生硫化亞鐵等雜質(zhì), 正常情況下, 系統(tǒng)處于一個穩(wěn)定的狀態(tài), 附著在管道內(nèi)壁上, 硫化亞鐵等雜質(zhì)不會大量剝離脫落, 但是, 在緊急搶修時, 系統(tǒng)的壓力、 溫度、 流量都會大量波動, 劇烈變化, 從而使處于穩(wěn)態(tài)的硫化亞鐵等雜質(zhì)脫落, 此種現(xiàn)象在換熱器E-101、 反應(yīng)爐F-101 更為明顯, 因為這兩種設(shè)備都涉及溫度的大幅變化。 煤油加氫裝置緊急搶修結(jié)束, 開工正常后, 剝離的硫化亞鐵等雜質(zhì)也隨著介質(zhì)進(jìn)入到反應(yīng)器床層頂部[3], 造成反應(yīng)器壓差的上升。

煤油加氫裝置反應(yīng)器壓差上升, 會影響循環(huán)機(jī)的壓力, 循環(huán)機(jī)壓力波動, 直接影響整個系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定, 從而影響正常生產(chǎn); 當(dāng)反應(yīng)器壓差在0.3 MPa 以下時, 可維持生產(chǎn), 但當(dāng)反應(yīng)器壓差超過0.3 MPa, 且持續(xù)上升時, 正常生產(chǎn)將無法維持,必須停工, 對反應(yīng)器進(jìn)行撇頭處理。 為了抑制煤油加氫反應(yīng)器壓差的上升, 在實際的生產(chǎn)中, 從以下多個方面著手, 采取多重措施, 保持反應(yīng)器壓差的穩(wěn)定。

5 相應(yīng)對策

(1)對煤油原料過濾器進(jìn)行清洗; 煤油原料過濾器為兩組SR101A 和SR101B, 隔離煤油原料過濾器, 分別拆除濾芯進(jìn)行清洗, 經(jīng)拆解后發(fā)現(xiàn), 其中一組濾芯有輕微的破損, 更換新濾芯,使之起到充分的過濾作用, 避免大量的雜質(zhì)帶到反應(yīng)器床層; 并且制定相關(guān)的設(shè)備管理制度, 定期對原料過濾器進(jìn)行清洗更換。

(2)嚴(yán)格控制煤油加氫裝置處理量和反應(yīng)溫度的穩(wěn)定, 并盡可能使氫油比接近設(shè)計值, 維持循環(huán)氫量和系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定, 嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程, 并與生產(chǎn)管理部門協(xié)商, 保證處理量的穩(wěn)定, 及時聯(lián)系上游裝置, 保證原料供應(yīng)的穩(wěn)定。

(3)聯(lián)系上游常減壓裝置, 保持常一線原料組分的穩(wěn)定,在實際的生產(chǎn)中分析數(shù)據(jù)得知, 常一線組分的變化, 對煤油反應(yīng)器壓差有明顯的影響。

隨機(jī)選取2020 年7 月1 日至2021 年7 月28 日的煤油原料和反應(yīng)器壓差的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

圖2 為常一線終餾點和反應(yīng)器壓差的變化曲線, 從圖表中可以明顯看出, 隨著終餾點的增加, 反應(yīng)器壓差呈下降趨勢,反之亦然, 其中有幾個特別明顯的節(jié)點, 節(jié)點①, 7 月4 日0:00 原料終餾點260 ℃, 反應(yīng)器壓差0.266 MPa, 節(jié)點②7 月25日0: 00, 原料終餾點252.8 ℃, 反應(yīng)器壓差0.31 MPa, 從這兩個節(jié)點可以明顯的看出原料終餾點和反應(yīng)器壓差在一定范圍之內(nèi)呈反比關(guān)系。

圖2 煤油原料常一線終餾點和反應(yīng)器壓差的變化曲線Fig.2 Variation curve of final boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

圖3 為常一線初餾點和反應(yīng)器壓差的變化曲線, 從圖標(biāo)中可以明顯的看出, 隨著煤油原料常一線初餾點的升高, 反應(yīng)器的壓差呈下降趨勢, 反之亦然, 其中有兩個特別明顯的節(jié)點,節(jié)點①, 7 月1 日0: 00 原料初餾點147.4 ℃, 反應(yīng)器壓差0.267 MPa, 節(jié)點②, 7 月 25 日 0: 00 原料初餾點 139.8 ℃,反應(yīng)器壓差0.303 MPa, 從這兩個節(jié)點及圖表可以看出, 反應(yīng)器的壓差隨著初餾點的升高而降低。

圖3 煤油原料常一線初餾點和反應(yīng)器壓差的變化曲線Fig.3 Variation curve of initial boiling point and reactor pressure difference of kerosene feedstock

綜上述兩方面的分析, 可以看出, 煤油原料組分的輕重對反應(yīng)器壓差有很顯著的影響, 主要是因為, 當(dāng)原料的組分偏輕時, 進(jìn)入到反應(yīng)器里的反應(yīng)油氣化率增大, 而前期反應(yīng)器床層頂部附著較多的雜質(zhì), 使其空隙率減小[4], 氣相組分不容易通過, 從而造成反應(yīng)器入口的壓力增加, 反應(yīng)器壓差也隨之上升; 當(dāng)原料組分變重時, 進(jìn)入到反應(yīng)器里的反應(yīng)油的氣化率降低, 更容易通過反應(yīng)器床層, 從而反應(yīng)器入口的壓力降低, 反應(yīng)器壓差也隨之降低。

煤油加氫原料中, 還含有少量的膠質(zhì), 這些膠質(zhì), 在溫度較高時, 基本能全部溶解在油里, 但是當(dāng)溫度降低至常溫時,就會以液體膠質(zhì)的形式析出[5], 所以, 在日常的實際生產(chǎn)中,為了減少原料中的膠質(zhì)析出, 應(yīng)當(dāng)保持熱供料, 即常減壓的常一線直供煤油加氫, 在條件允許的情況下, 原料中盡量少或者不摻入罐區(qū)料; 這樣, 在一定程度上, 也減少了原料中的雜質(zhì), 從而抑制的反應(yīng)器壓差的上升。

6 結(jié) 語

通過對實際生產(chǎn)中各種原因的總結(jié), 分析工況數(shù)據(jù), 系統(tǒng)的制定有效的措施, 保證的裝置的平穩(wěn)運行和安全生產(chǎn), 為以后類似情況提供了依據(jù), 同時, 也促進(jìn)了石油煉制行業(yè)的高速發(fā)展。