加氢裂化转化率和调节手段
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摘要：加氢裂化反应系统最重要的参数就是转化率，保持合理稳定的转化率是日常稳定生产的关键。本文阐述了加氢裂化反应转化率的判断方法、影响因素和调节手段。
关键词：加氢裂化；转化率
1加氢裂化主要反应和产品分布
1.1加氢裂化过程的主要反应
加氢裂化是在一定温度压力下，在临氢及催化剂作用下使重质油发生反应，生成轻质油或润滑油料的二次加工方法。在整个反应过程中，烷烃在加氢裂化条件下生成相对分子质量更小的烷烃；烃类分解成相对分子质量较小的烷烃和烯烃；烯烃可加氢饱和或环化；烷烃和烯烃的异构化反应；多环芳烃的加氢开环异构化。即加氢裂化过程通过加氢反应、裂化反应和异构化等反应完成了重质油转化为轻质油的过程。由于加氢反应是强放热反应，裂解反应是吸热反应，裂解反应的吸热效应被加氢反应的放热效应抵消，所以整个过程在热力学上表现为强放热反应。
1.2加氢裂化转化率与产品分布
转化率是指某一个反应物的转化的百分率或分率。
通过图表可以看出，加氢裂化主要产品为石脑油，在高转化率时产品分布向轻组分方向移动，液化气量增多。同样的，低转化率时产品分布向粗白油等重组分方向移动。所以控制好适当转化率是得到目标产品的关键。
2加氢裂化转化率的判定和影响因素
2.1转化率高低的判断因素
加氢裂化转化率的高低可以从反应器床层温升、反应器床层单点温度、反应吨油耗氢量、低压分离器干气量、分馏塔液位、液化气量、尾油量等多个方面判定。判断加氢裂化转化率大小时应从多个方面综合判断，单一因素判断常常造成片面的结果。
2.1.1反应器床层温升
床层温升即床层出口与入口的温度差。温升高代表放热量大，转化率高。床层温升在进料量和反应入口温度波动时不适用[1]。因为此时床层入口温度发生变化而床层出口处还未变化，导致温升值虚高或虚低失去指示作用。
2.1.2反应器床层单点温度
单点温度是转化率最直观的体现。温度上升则转化率提高。在仪表数据指示准确下的情况下，不存在假象。若同一层的各个温度点偏差较大，则可能出现偏流，应注意控制温度，防止超温。
2.1.3吨油耗氢量
吨油耗氢量增加，转化率提高。在换原料油供应罐时，因每一罐蜡油的性质存在差异，且上一罐的罐底和下一罐原料也往往存在轻重差别，所以吨油耗氢量在换罐时不能准确体现转化率。
2.1.4低分干气量
反应流出物从高分进入低分之后，因为压力的变化，干气等轻质气体析出形成低分干气。在转化率高时，因为干气等轻组分生成较多，低分干气量显著提升。利用低分干气量判断转化率时要注意新氢纯度的变化，在新氢纯度下降时，会影响判断结果。
2.1.5 分馏系统各塔液位和加氢尾油（粗白油）量
转化率高时，干气、液化气、石脑油生成较多，这些产品的抽出位置在塔顶或塔中段，容易从塔底蒸出，导致塔液位下降。同时，因为这些请轻组分生成较多，也降低了尾油等重组分的收率，导致尾油外送量减少。所以，在分馏液位下降，尾油量减少时，可以判断出转化率升高。
2.2加氢裂化转化率的影响因素
2.2.1原料性质
加氢裂化原料不同，则转化率也不同。原料蜡油的密度、干点、族组成和特性因数K等可以通过分析测定或计算得到，能够直观地反应原料的性质。原料油在密度高时，加氢裂化难度提高，需要提高反应温度。原料蜡油干点高时，氮含量随之升高，原料不易转化。在族组成中，原料烷烃含量越高，越容易发生裂化反应。特性因数K和族组成有关，是通过对密度和平均沸点的计算得到的。烷烃、环烷烃、芳烃的K值依次降低。K值大于12.1的石蜡基原油易于进行加氢裂化，而之后的中间基和环烷基原油因K值偏低，易于生焦，对反应系统有害。
除了以上直观指标外，加氢裂化原料往往掺炼催化重柴油，焦化蜡油，加氢尾油等的一种或多种，掺炼比例不同，对于转化率的影响不同。当原料中不饱和键偏多时，容易生焦。换热后期温度升高，生成的胶质容易堵塞换热器管束，对稳定生产造成威胁。不饱和键的饱和过程要放出大量的热，在加工不饱和键含量较大的原料时要密切注意精制后床层的温度，防止发生超温。
2.2.2燃料气
燃料气的影响主要是燃料气的压力和热值两个方面。压力和热值都会对加热炉的加热效果造成扰动，使加氢裂化的入口温度发生变化。在技术相近的加氢裂化装置中，采用炉后混氢的加氢裂化装置受到的影响较炉前混氢的要小一些。因为炉后混氢的炉管中是氢气，原料蜡油只经过高压换热器同反应流出物换热。又因为气体比热相对液体要小很多，尽管加热炉出口氢气温度波动大，反应器入口的温度变化也不会太大。燃料气波动使反应器入口温度反生变化，进而使当前床层的实时转化率出现波动，波动的转化率带到下游反应床层继续影响。虽然有冷氢阀的自动调节缓冲，但是在波动较大时，因为自动调节的滞后性，使得反应器温度产生波动。整个影响传递到反应器出口，温度发生变化的反应流出物又与高压换热器新进的原料蜡油换热，因为热流体的温度的改变，加氢反应器进料的温度再次发生变化，形成循环。
2.2.3循环氢纯度
循环氢纯度的高低，直接影响装置反应氢分压的高低，而加氢装置反应压力的选择一般是根据该工艺过程所需的最低氢分压和该工艺理论氢纯度来确定的，因此如果氢纯度低于设计值较多时，将直接影响装置的加工能力、所能处理的原料油干点、催化剂的运转周期和产品质量等。
3加氢裂化转化率的调节手段
3.1冷氢阀手动控制
在加氢裂化反应器入口和床层之间一般设有冷氢调节阀。冷氢是来自于循环氢压缩机出口，未经过高压换热器和加热炉换热，直接进入反应器的那部分氢气，可以有效控制加氢裂化过程的反应器温度。以DCS系统为例，冷氢调节阀在生产稳定时是处于自动调节状态，当实际温度与设定值出现偏差后，通过调节冷氢阀开度，改变冷氢点温度，调节之后等待一定时间与设定值再比较，再做出调节直到与设定值相同。而这个观察等待的时间和调节的幅度是预先设定的计算公式计算，一般大小适中，不会过频影响稳定性，也不会过慢影响准确度。在温度波动较小时，可以起到很好的调节效果。但当温度波动大时，其滞后效果也逐渐明显，等待时间和幅度使冷氢阀不能及时做出大幅调整，影响整个系统的稳定。此时，应该将控制阀改成手动控制状态，利用操作人员的快速判断，及时中和温度变化，使后续反应转化率稳定。
3.2 加工量的调整
加氢裂化反应器在提降量过程中一直遵循著先提量后提温，先降温后降量的守则。提高加工量时因为空速的提高，反应深度下降，转化率降低，反应器温度下降。这同样可以用于反应器的调整。在转化率偏高时，若氢气，罐存等条件满足时可以适当提高加工量来降低转化率，使转化率回到正常值。
4. 结论
加氢裂化的转化率直接影响着产品的分布，是加氢裂化装置反应系统最常关注的参数之一。在判断过程中，应从多个角度综合判断，最大限度避免判断错误影响正常生产。同时，因为转化率的影响因素较多，保持转化率稳定就是日常生产的重中之重，必要时应及时脱离自动控制，通过人工手动干预，保持转化率稳定。
参考文献
[1] 孙建怀 王敬东 周能冬. 加氢裂化装置技术问答（第二版）. 北京：中国石化出版社，2014.
（作者单位：辽阳石化分公司炼油厂）
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