加氢装置催化剂硫化方案.pdf

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1、加氢装置催化剂硫化方案 1.1 催化剂预硫化的目的和原理(1)目的：在一定的温度和硫化氢分压下，把催化剂的活性组分（氧化镍、氧化钼、氧化钨等）由活性低的氧化态变成活性稳定的硫化态，提高催化剂活性和稳定性，延长催化剂寿命。(2)原理：预硫化时，硫化反应极其复杂。在反应器内会发生两个主要反应：硫化剂（DMDS）和氢气反应，产生硫化氢和甲烷，反应会放出热量。预硫化时该反应一般在反应器入口发生，反应速度较快。氧化态的催化剂活性组分（氧化镍、氧化钼、氧化钨等）和硫化氢反应变成硫化态的催化剂活性组分，反应会放出热量。预硫化时该反应发生在各个床层。副反应：在有氢气存在、无硫化氢的条件下，氧化态的催化剂活性组

2、分（氧化镍、氧化钼、氧化钨等）极易被氢气还原，生成金属镍、钼和水，导致催化剂活性损失，温度越高（大于 230），反应越剧烈。而且这些金属组分很难再被硫化并在加氢过程中对原料油缩合结焦起催化作用。采用 DMDS 作为硫化剂：C2H6S23H22H2S2CH4 MoO32H2SH2MoS23H2O 3NiO2H2SH2Ni3S23H2O 9CoO+8H2SH2Co9S89H2O 根据上述化学反应方程式及催化剂中活性金属组分含量，可计算出单位重量催化剂硫化完全所需硫化剂的理论量和生成水的理论量。催化剂硫化时，硫化剂(DMDS)理论用量及理论生成水量的计算见下表：表 1 柴油加氢装置催化剂理论需硫量和

3、理论生成水量 催化剂名称 FZC-102B FHRS-2 FHUDS-2 催化剂组成，m%：MoO3 5 9 2 WO3 23 NiO 1.5 2 2 催化剂装填量，t 1.5 4 190 硫化1t催化剂所需纯硫量，t 0.027 0.046 0.113 硫化1t催化剂所需DMDS量，t 0.0397 0.0676 0.1662 硫化1t催化剂所生成水量，t 0.022 0.039 0.096 DMDS量，t 0.06 0.27 31.57 生成水量，t 0.03 0.16 18.24 DMDS需用量(过量20%)，t 38.28 硫化生成水量，t 18.43 1.2 准备工作 催化剂干燥结束

4、；急冷氢试验结束，急冷氢阀关闭；紧急泄压试验已完成；系统具备连续供给合格氢气的能力，新氢纯度95V，反应系统已置换至氢纯度85V；物料已备齐。硫化剂 DMDS 38.28t，硫化用油：直馏柴油（碱氮含量小于 100g/g，总氮含量小于 300g/g）2000t，钝化用油 2000t；桶装 DMDS 用风动隔膜泵装入硫化剂罐 D-301，并建立循环正常；分馏系统油运正常，可以接收反应生成油；联系化验做好分析硫化氢、氢纯度的准备工作，确保取样分析及时准确。准备好防硫化氢呼吸面罩，硫化氢报警仪，便携式硫化氢含量检测器，护目镜等防护工具。1.3 反应器进油、催化剂预湿 循环机全量循环，控制冷高分压力

5、4.0MPa，反应入口温度 70。停止原料分馏长循环，改为分馏短循环。启动 P-101 向反应系统进油，控制进料量 200t/h。在催化剂床层进油后，随着硫化油与催化剂的接触，会出现约 10的吸附温波，若温升大于 30则降低反应进料量，保持床层温度70，催化剂硫化阶段要避免使用急冷氢，只有当所有其它控制催化剂床层温度手段失效时才使用。当温波全部通过催化剂床层，且热高分液面建立正常后，逐步将进料量提高至 380t/h。系统开路将生成油外甩 2 小时后（通过硫化循环线至不合格油出装置线外甩），反应系统改为硫化油循环流程。硫化循环流程：硫化油D101 底部抽出口管线 P101E03 管程E101 壳

6、程F101D102D104硫化循环线E103 壳程E203 壳程（跨线）A203开工循环线R101E101 管程 密切注意 D-102 液位，当液位达 50时，投用 LV-10701 向 D-104 减油，增开 A-101，控制 D-103 入口温度 50。密切注意 D-104 液位，当液位达 50时，投用 FV-10701，热低分油通过硫化循环线减至不合格柴油出装置线外甩 2 小时，然后将生成油改至 D-101，系统闭路循环即硫化油流程。增开 A-203，控制 D-101 入口温度 50。当 D-103 液位、界位达 50时，投用 LV-11002 将冷高分油减至 D-105、投用 LV-1

7、1004将含硫污水减至D-105。D-103压力不够时可通过顶部中压氮气线进行补压至2.7MPa。当 D-105 液位、界位达 50时，投用 FV-11102 将冷低分油减至 C-201，投用 LV-11102将含硫污水送至 D-305。D-105 压力可通过用冷低分气压控 PV-11101 控制压力 2.6MPa，根据需要将冷低分气送至蜡油加氢装置或火炬系统。1.4 升温硫化 催化剂预湿结束后，反应器入口温度以 1520/h 的升温速度升至 170，开始向硫化油中匀速注入 DMDS，硫化剂 P-307 来，计量硫化剂的量，同时计量 DMDS 罐液面，DMDS 注入反应进料泵 P-101 入口

8、，同硫化油一起注入反应系统。起始注入量 300kg/h，无温升后注硫速度调整为 1200kg/h。在硫化过程中，根据温升和循环氢中 H2S 含量情况适当调整注硫速度。DMDS 注入后，床层入口温度会上升，密切注视床层各点温度。反应器床层温度稳定后，并恒温 2h，然后以 10/h 升温速度将反应器入口温度升到 230提高反应入口温度。逐渐提高 DMDS 注入量，在 H2S 穿透反应器床层前（循环氢中 H2S 浓度 300ppm 以上），催化剂床层任一点温度都不得超过 230。H2S 穿透床层，床层温度稳定后，将压力升至正常操作压力，并恒温硫化 8 小时。硫化期间，联系化验及时分析循环气纯度及硫化

9、氢浓度等，分析项目和频次见表 2。在循环氢采样点设置醋酸铅试样瓶，如醋酸铅变黑，说明循环氢中出现 H2S，之后每半小时分析一次循环氢中 H2S 含量。测出 H2S 后,调节 DMDS 注入量,维持反应器出口流出物气相的 H2S 含量为 0.3O.8V之间。当反应器入口温度达到 225时，如果 H2S 还没有穿透反应器床层，应停止升温，恒温等待。当反应器出口测出 H2S 后，继续以 10/h 提高反应器入口温度至 230。保持反应器入口温度 230，恒温硫化 8 小时。当催化剂床层在 230恒温硫化结束后，以 10/h 的速度将反应器入口温度向 320升温。在提温过程中，若 H2S 浓度O.8V

10、，则停止升温，加大注硫量，直到 H2S 浓度达到要求。若升温过程中，床层温升10，应须停止升温同时降低注硫量，待平稳后再继续升温。当反应器入口温度达到 320，循环氢中 H2S 浓度达到 0.81.0V，恒温硫化 8 小时，恒温期间调整注硫量，保持循环氢中 H2S 浓度达到 0.81.0V。320硫化结束后，维持循环氢中 H2S 浓度在 1.0v%以上，硫化油继续循环 2 小时，硫化结束。硫化阶段,不允许反应器的温度超过 400，若超过，按紧急情况处理。如果降低反应入口温度和加大冷氢量仍不能控制反应器床层温度时，可降低反应压力，直至将加热炉熄火，并引入 N2冷却反应器。催化剂硫化期间,冷高分、

11、冷低分中有水生成时，每小时记录一次生成水的量，并取样分析其硫含量。采样分析酸性水时注意防止硫化氢中毒。320硫化结束后,放掉所有的生成水，并计算硫化期间生成水的总量。预硫化期间，由于热高分、热低分的气相挥发，会导致反应系统的循环油减少，可间断从原料系统向反应系统补油，保障各容器液位正常，同时加强对原料罐的切水，防止循环油带水。预硫化结束条件：注硫量达到催化剂理论吸硫量。高分生成水液面不再上升；反应器入口和出口循环氢中 H2S 含量相同；反应器床层温升很小或为零；循环氢中 H2S 浓度持续 3 小时1.00V，表明催化剂预硫化结束,停止注硫。320硫化结束后，保持循环氢中 H2S 含量不低于 0

12、.1%、冷高分压力 7.25MPa，准备切换钝化油。回收剩余的 DMDS，关 DMDS 注入点手阀，用新鲜水循环冲洗注入流程，放净存水，用氮气吹扫干净。1.5 硫化期间注意事项 为防止催化剂被氢还原，在引氢之前反应器床层最高点温度应低于 70。在 H2S 未穿透床层前，床层最高点温度不应超过 225。硫化过程中，一定要严格控制升温速度及各阶段恒温硫化温度。硫化反应是放热反应，若升温太快或硫化剂注入过多，则反应剧烈，会导致床层超温，因此，注入硫化剂后，要密切注意床层温升，严格按升温恒温曲线进行，升温速度要缓慢，一旦温升超过 30，则立即减少硫化剂注入量，适当降低反应入口温度。当循环氢中 H2S1

13、%时，适当减少 DMDS 注入量；若循环氢中 H2S0.5%，可适当提高DMDS 注入量。硫化结束后，硫化剂系统应处理干净，剩余的 DMDS 做好回收。提温和提硫化剂注入量不能同时进行，应在床层温度稳定后再提硫化剂注入量。定期排放冷高分生成水量并做好记录，切水时注意做好硫化氢的防护工作。如因故硫化剂注入中断，则应将床层温度降至 230以下，若中断时间较长，则应将床层温度降至 175。整个硫化期间确保循环氢中 H2S0.1%。表 1 硫化各阶段升温速度及循环氢中 H2S 含量对照表 反应器入口温度，升温速度，/h 升、恒温参考时间，h 循环氢 H2S 控制，v%70 2 无 70170 1525

14、 5 无 170-2 无 170230 10 6 00.3 230-8 0.30.8 230320 10 9 1.0 320-8 1.0 320-2 1.0 表 2 预硫化期间化验分析内容及频率 分析内容 分析频率 采样地点 备注 循环氢中 H2S 1 次/15 分钟 1 次/30 分钟 1 次/1 小时 循环气 H2S 穿透反应器前；H2S 穿透后；H2S 浓度1%后 循环氢纯度、组成 1 次/4 小时 循环气 新氢纯度、组成 1 次/4 小时 K-102 前 含硫污水总硫 两个阶段恒温结束后各分析一次 高分水 230、270两个阶段 硫化油中总硫 注硫前、注硫结束后各分析一次 表 3 预硫

15、化过程硫平衡表 项目 携硫介质 数量 kg 纯硫量 Kg 备注 入方 注入 DMDS 量 出方 循环气残存硫 排放硫 泄漏硫 高分水存硫 催化剂上硫量 表 4 预硫化期间注硫记录 时间 注入速率 kg/h 累计注 DMDS 量 L 备注 表 5 预硫化期间循环气排放记录 项目 系统动压降 MPa/h 系统体积 m3 系统压力 MPa 时间 排放量 Nm3/h 循环气硫化氢含量 ppm 排放硫含量 ppm 表6 催化剂硫化曲线图0501001502002503003501357911131517192123252729313335373941434547时间，小时温度，度 1.6 预硫化期间的事

16、故处理 催化剂硫化反应是放热反应，如遇到紧急情况，可能会引起床层飞温。因此，应严格遵守预硫化步骤中有关温度的限制并密切监视反应器床层温度。预硫化期间，催化剂如果被还原会造成催化剂损坏。还原是催化剂上的金属氧化物反应生成纯的金属，而不是反应产生金属硫化物的一种反应。在较高的温度下，如果循环氢中硫化氢含量少，还原反应就容易发生。因此，在预硫化期间，准确的控制硫化温度和硫化氢浓度是至关重要的。由于预硫化期间的紧急事故是不可预知的，参照以下相应事故处理预案进行处理。1.6.1 新氢中断 预硫化期间，DMDS 反应生成硫化氢所需的新氢量是很少的，因此不需要补充大量的新氢。如果新氢中断，必须降低预硫化温度

17、，尽可能的减慢降压速度。当氢气恢复之后，催化剂重新开始预硫化。事故处理过程如下：新氢中断后，用急冷氢把所有床层的温度降低 50或降至 225。如果床层温度本身低于 225，则把温度降至 170。如果新氢在 34 小时内能够恢复，保持床层在这一温度不变。根据催化剂床层温度的变化，调节 DMDS 的注入量。若硫化氢浓度高，DMDS 系统可改自身循环。如果新氢 1 天内不能恢复，则把温度降至 150，维持循环氢流量不变。新氢恢复后，反应系统压力升至原硫化阶段压力，催化剂床层升到新氢中断时的温度，重新注入 DMDS，继续进行预硫化。1.6.2 循环氢中断 循环氢带走预硫化时所放出的反应热，如果循环氢压

18、缩机 K-101 停机，催化剂床层可能出现飞温现象。循环氢压缩机发生故障后，立即启动紧急泄压系统，加热炉熄火，反应系统降温、泄压，停止 DMDS 的注入。当催化剂床层温度得到控制时，停止泄压。循环机重新启动后，用急冷氢控制催化剂床层温度，停止紧急泄压。当反应器温度稳定后，重新开始注入 DMDS，恢复预硫化。注意：在催化剂床层温度稳定之前不允许注入 DMDS，否则会使温度更加难以控制，造成局部超温。恢复注入 DMDS 后，催化剂床层升到循环氢压缩机停机前的温度，继续进行预硫化。1.6.3 反应器温度偏离和飞温 预硫化期间，如果发生反应器温度偏离，意味着注入的 DMDS 太多或升温速度过快。发生温

19、度偏离时，催化剂床层温度快速上升。超过其稳定状态 10或更多时，应立刻停止注入 DMDS，并用急冷氢来控制温度。如果催化剂床层仍不能得到有效控制，启动紧急泄压阀，加热炉熄火，将反应器 R-101 入口温度降至 150后，停止泄压，控制催化剂床层温度稳定后重新开始进行预硫化。1.6.4 公用工程故障（1）净化风中断 系统泄压、降温。当净化风恢复时，反应器升温并在 170条件时，恢复注入 DMDS，重新开始预硫化。注入 DMDS 后，催化剂床层升到事故发生时的温度，继续进行预硫化。（2）电源中断 电源中断会引起循环氢压缩机停机和注硫泵停运。按照循环氢中断的步骤进行处理。在停电事故中，反应产物空冷器

20、停运，操作人员应防止循环氢压缩机的入口温度超高。（3）DMDS中断 DMDS 中断会导致循环氢中硫化氢含量降低，从而导致催化剂还原成金属，失去活性。应立即降低催化剂床层的温度。处理步骤：立即降低催化剂床层的温度，如果 DMDS 注入中断发生在硫化氢穿透之前，则将催化剂床层温度降低到 150；如果发生在硫化氢穿透之后，则将催化剂床层温度降低 50后观察，定期检查循环气中硫化氢的含量，如循环气中的硫化氢含量明显减少，继续把催化剂床层温度降低到 150。当 DMDS 恢复后，催化剂床层升至 DMDS 中断时的温度，继续进行预硫化。（4）反应进料中断 反应进料中断并且备用进料泵也不能使用时，进料油的流

21、量和向反应器注入的 DMDS 将会停止。这种情况下应冷却反应器，直到进料重新恢复为止。处理步骤如下：加热炉主火嘴联锁熄灭，关小长明灯，冷却反应器。减少反应补充氢流量。停止注 DMDS 并改为自身循环。保持最大循环氢流量，降低催化剂床层温度 50或降至 225。如果床层温度本身低于 225，则把温度降至 170。如果催化剂床层温度发生偏离，则按 1.6.3 催化剂床层温度偏离和飞温事故处理。催化剂床层温度得到控制时，维持运转，等待反应进料恢复。反应进料恢复后，反应系统重新进油和注入 DMDS。如果循环氢中的硫化氢含量超过 1（V）时，减少 DMDS 的注入量。如果循环氢中的硫化氢含量超过 2（V）时，停止注入 DMDS，直到开始消耗 H2S 时为止。反应系统恢复到进料中断时的状态，升温升压速度不要超过反应器和热高压分离器的限制条件。继续进行催化剂预硫化。