渣油加氫裝置實(shí)現(xiàn)長周期運(yùn)行的措施及應(yīng)用

趙勇　劉鐵斌

摘 要：渣油加氫裝置作為重質(zhì)油加工的重要裝置，對公司原油采購、催化裝置的高效運(yùn)行、總體經(jīng)濟(jì)效益都有重要的影響，因此優(yōu)化渣油加氫裝置的工藝操作，適當(dāng)延長裝置的運(yùn)行時間，維持較高渣油摻煉量，對提高公司經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益有重要的意義。本文通過分析影響渣油加氫裝置長周期運(yùn)行的因素，采取針對性的優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)裝置的長周期運(yùn)行。

關(guān) 鍵 詞：渣油加氫；固定床；催化劑；壓降；運(yùn)行周期

中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2017）07-1389-04

Measures of Achieving Long Period Operation

of Residue Hydrotreating Unit and Their Application

ZHAO Yong1，LIU Tie-bin2

（1. Sinopec Jinling Company， Jiangsu Nanjing 210033，China；

2.Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract： The fixed bed residue hydrotreating unit， as an important means of heavy oil processing， has important influence on the procurement of crude oil， efficient operation of catalytic cracking unit， and overall economic benefit. Therefore the optimization of the process operation and how to prolong the running time and maintain high residue blending quantity are significance to improve the economic and environmental benefits. In this paper， the factors to affect the long period operation of the residue hydrotreating unit were analyzed； the corresponding optimization measures were put forward to realize the long period operation of the unit.

Key words： Residue；Hydrotreating； Fixed bed；Catalyst； Pressure drop； Operation period

固定床渣油加氫工藝作為目前技術(shù)最成熟的加氫技術(shù)，在渣油加氫工藝過程中占主導(dǎo)地位。由于渣油的復(fù)雜性、劣質(zhì)化及固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)決定了固定床渣油加氫裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期較短，通常只有1年，個別裝置運(yùn)行2年，而作為煉廠主要生產(chǎn)裝置的催化裂化裝置運(yùn)行周期大多在3年以上，這就造成了渣油加氫裝置和催化裂化運(yùn)行周期的不匹配。渣油加氫停工期間催化裂化原料需優(yōu)質(zhì)化才能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這給公司的原油采購和配置提出了很高的要求，并對公司的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生了影響。因此優(yōu)化影響渣油加氫裝置運(yùn)行的各個因素，適當(dāng)延長渣油加氫裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)時間具有重要的意義[1]。

某公司180萬t/a渣油加氫裝置以阿曼渣油、沙輕渣油為原料，經(jīng)催化加氫反應(yīng)，脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì)，降低殘?zhí)亢?，為催化裂化裝置提供加氫常渣產(chǎn)品硫含量不大于0.65%、殘?zhí)坎淮笥?%、Ni+V不大于15 ppm的原料，同時生產(chǎn)部分柴油，并副產(chǎn)少量石腦油和干氣[2]。

1 影響裝置長周期運(yùn)行因素分析

1.1 原料中金屬離子的影響

影響固定床渣油加氫長周期運(yùn)行的因素[3-5]很多。固定床渣油加氫裝置可以加工大多數(shù)含硫原油和高硫原油的減壓渣油，但對原料有嚴(yán)格的要求。

原料中的含鈣化合物易在催化劑外表面發(fā)生加氫脫鈣反應(yīng)，并以CaS的形式沉積在催化劑顆粒外表面上。CaS進(jìn)一步與焦炭或金屬硫化物作用，使催化劑顆粒相互粘連在一起，形成結(jié)塊，堵塞催化劑孔道和催化劑床層。某公司渣油加氫原料中的鈣離子大部分時間處于超標(biāo)的狀態(tài)，第1周期原料平均鈣離子含量為6 mg/kg，第2周期原料平均鈣離子含量為7 mg/kg，均超過4 mg/kg的工藝指標(biāo)限定值。

原料中的鐵離子進(jìn)入反應(yīng)器后，在硫化氫的作用下生成硫化亞鐵，沉積在催化劑床層表面，并形成一層硬殼，阻礙反應(yīng)物料通過，同時在高溫下硫化鐵還會促使部分重質(zhì)油品（如干點(diǎn)高、殘?zhí)扛叩挠推罚┥?，焦堆積在催化劑的孔隙中。某公司渣油加氫原料中的鐵離子波動較大，第一周期原料平均鐵離子含量為4.2 mg/kg，第二周期原料平均鐵離子含量為7.6 mg/kg，接近限定值8 mg/kg。圖1和圖2為裝置第二周期原料中鐵、鈣含量分析數(shù)據(jù)。1.2 設(shè)備的影響

1.2.1 高壓換熱器換熱效果下降

混合原料/反應(yīng)流出物換熱器E102進(jìn)出口溫差由開工初期的70～80 ℃降低到末期只有30 ℃左右，造成加熱爐F101入口溫度逐漸降低。由于爐設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小，無法達(dá)到所需的反應(yīng)溫度，初中期通過提高反應(yīng)出口溫度來滿足加熱爐入口溫度的要求，末期裝置只能通過降低減壓渣油摻煉量和降低裝置負(fù)荷來維持生產(chǎn)，降低了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。圖3為高壓換熱器E102出入口溫差變化。

1.2.2 反應(yīng)加熱爐設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小

反應(yīng)加熱爐F101中后期設(shè)計(jì)入口溫度359 ℃，出口溫度384 ℃，所需負(fù)荷12.8 MW（加熱爐設(shè)計(jì)最大負(fù)荷為9.6 MW）。由于高壓換熱器E102換熱效果逐步下降，加熱爐達(dá)到最大負(fù)荷時，爐出口溫度只能達(dá)到360 ℃左右。裝置在中末期時F101出口溫度需要達(dá)到370 ℃以上才能滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

F101設(shè)計(jì)負(fù)荷的偏小，加之E102換熱效果的持續(xù)下降，造成反應(yīng)器R101入口溫度的提高只能依靠提高R103、R104的出口溫度來保證，反應(yīng)熱負(fù)荷大部分集中在R103和R104。R101、R102反應(yīng)溫度偏低，沒有達(dá)到重金屬脫除的要求，R103和R104的反應(yīng)溫度偏高超出了脫硫、脫殘?zhí)康囊?，影響裝置長周期運(yùn)行。

1.2.3 泡罩式分配盤對渣油加氫裝置適應(yīng)性差

由于渣油加氫反應(yīng)器直徑達(dá)到了5.4 m，傳統(tǒng)的泡罩式的分配盤對于高粘度的原料分配效果較差，造成床層徑向溫差偏大。裝置運(yùn)行末期，R101最大徑向溫差達(dá)到了35 ℃，R102最大徑向溫差達(dá)到了25 ℃。徑向溫差的擴(kuò)大造成了R102熱點(diǎn)的形成，熱點(diǎn)的形成又加劇了床層徑向溫差，反應(yīng)條件更加惡化，對裝置正常運(yùn)行產(chǎn)生了不良影響，圖4為第二周期各床層徑向溫度分布。

1.2.4 床層壓降

混合原料中鐵、鈣離子含量連續(xù)超標(biāo)較多，造成R102差壓出現(xiàn)快速上升趨勢，而且由于E102換熱效率下降，F(xiàn)101設(shè)計(jì)負(fù)荷不足，造成各反應(yīng)器溫度分布不均衡，運(yùn)行10個月時R102差壓已突破500 kPa，并緩慢上升，最終接近限定值800 kPa，見圖5。為保證運(yùn)行只能降低渣油摻煉量，降低了裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

2 裝置優(yōu)化的措施

2.1 原料管理

2.1.1 原料性質(zhì)控制

上游裝置加強(qiáng)對渣油及重蠟油性質(zhì)的控制，根據(jù)原油性質(zhì)及時調(diào)整脫鈣劑的注入量。利用LIMS系統(tǒng)加強(qiáng)對上游裝置操作情況監(jiān)控，上游裝置操作異常，導(dǎo)致渣油、蠟油性質(zhì)大幅度變化時，及時將相應(yīng)的原料切出，保證裝置原料性質(zhì)處于平穩(wěn)水平。圖6為2016年裝置第3周期原料中的鐵、鈣平均含量均降低到5 mg/kg以下。

2.1.2 摻渣率控制

在裝置運(yùn)行初期催化劑及過濾器使用情況較好的前提下，裝置摻渣率可適當(dāng)提高。當(dāng)裝置減壓渣油進(jìn)料采用罐供時，由于渣油在罐區(qū)經(jīng)過了一定時間的沉淀，機(jī)械雜質(zhì)得以沉淀，避免了過多的雜質(zhì)帶入裝置過濾器，原料過濾器差壓穩(wěn)定上升，對裝置正常生產(chǎn)影響較小，在裝置處理量保持250 t/h進(jìn)料時，摻渣率可提至62%；而裝置減壓渣油改為直供熱渣時過濾器差壓上升較快，反沖洗頻繁，反沖洗油通過過濾器轉(zhuǎn)閥漏入濾后原料中，嚴(yán)重影響裝置的新鮮料加工量，因此裝置對摻渣率稍微下調(diào)，以滿足過濾器的正常運(yùn)行，提高了裝置新鮮進(jìn)料處理量。

裝置運(yùn)行至中后期負(fù)荷維持在90%～100%，摻渣率在50%～55%。根據(jù)原料性質(zhì)、床層溫升情況，加氫常渣質(zhì)量情況以及催化裝置運(yùn)行情況，對摻渣率進(jìn)行微調(diào)。

同時在原料采購方面，由于適宜渣油加氫裝置加工的阿曼原油價格較高，公司采購了其他低成本的原油，但單純加工單品種的低成本原油會限制裝置摻渣率的提高，因此，裝置在加工低成本原油時，摻混一定比例的阿曼原油，提高了摻渣率，降低了原料成本。

通過根據(jù)上述生產(chǎn)實(shí)際情況對裝置摻渣量的適時控制調(diào)節(jié)，裝置摻渣率從第二周期的55.0%左右提高到第三周期的58.0%以上，最高時達(dá)到并保持了63.5%的優(yōu)異水平。

2.2 精細(xì)化操作

根據(jù)各反應(yīng)器溫升，調(diào)整反應(yīng)器冷氫量注入量，控制一反溫升在15 ℃左右，二、三反溫升在22 ℃左右，四反溫升在15 ℃左右，防止各床層溫度出現(xiàn)大幅度波動。優(yōu)化各反應(yīng)器溫升，保持均衡狀態(tài)，使4個反應(yīng)器的反應(yīng)平均溫度呈現(xiàn)依次提高的趨勢。

針對原料油硫含量較高的問題，裝置人員精心調(diào)整，及時與催化劑廠家溝通，分配好四個反應(yīng)器入口的溫度梯度，根據(jù)床層溫升、床層急冷氫閥開度、產(chǎn)品質(zhì)量，以0.5 ℃的幅度微調(diào)二反、三反入口溫度，以提高摻渣量，將摻渣率維持在60.0%左右。

加強(qiáng)各工藝控制指標(biāo)控制與檢查，保證工藝參數(shù)平穩(wěn)率達(dá)到99.8%以上。

2.3 設(shè)備管理

加熱爐增加爐管，增大加熱爐負(fù)荷。裝置在停工檢修時，將反應(yīng)進(jìn)料加熱爐增加一排爐管，加熱爐負(fù)荷由原來的9.6 MW增加到12.8 MW，增加了33%，而加熱爐爐管面積增加了50%，加熱爐的爐管表面熱強(qiáng)度得以降低；另外對加熱爐燃燒器進(jìn)行了改造，使燃燒器火焰方向背離加熱爐爐管的方向，因此降低了反應(yīng)爐爐管管壁溫度。

采用新型的分配盤。新型分配盤將物料通過催化劑的方式從滴流變?yōu)閲娚洌行庖悍植冀咏?00%，確保催化劑充分均勻利用，降低了熱量分布不均的風(fēng)險(xiǎn)，解決了傳統(tǒng)的泡罩分配盤徑向分布性能差的問題。采用新分配盤后，在運(yùn)行初期各床層最大徑向溫差5～8 ℃，運(yùn)行效果較好。

3 生產(chǎn)優(yōu)化的實(shí)施效果

通過對各個影響因素的分析，穩(wěn)定了裝置的處理量和摻渣量，合理控制系統(tǒng)總溫升，保證脫硫率在89%左右，脫殘?zhí)柯试?0%左右，脫鎳、釩率分別為75%和85%，產(chǎn)品質(zhì)量維持在較好的水平。各反應(yīng)器壓差處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，反應(yīng)均溫在371℃左右，摻渣率在52%左右，R102壓差維持在200 kPa，情況穩(wěn)定。

經(jīng)過近3個周期的工作，渣油加氫的長周期優(yōu)化工作取得了一定的效果，裝置一周期連續(xù)運(yùn)行500天，累計(jì)處理減壓渣油124.57萬t，2周期連續(xù)運(yùn)行497天，累計(jì)處理減壓渣油151.47萬t。第3周期連續(xù)運(yùn)行430天，累計(jì)處理減壓渣油133.6萬t。第1周期裝置摻煉渣油比例在50%以上，第2周期達(dá)到了55%以上，第3周期維持在58%以上，原料渣油從1周期的100%阿曼渣油逐步過渡到3周期的阿曼+沙輕+科威特+巴士拉渣油，原料的性質(zhì)在逐步的劣質(zhì)，但是裝置的運(yùn)行周期中沒有出現(xiàn)溫度、壓差等參數(shù)大幅度的波動，說明優(yōu)化調(diào)整工作取得了一定的成果。

4 結(jié) 論

加強(qiáng)原料的管理和裝置的精細(xì)化操作對于裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，有利于催化劑性能的發(fā)揮，為裝置長周期運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

床層壓降和徑向溫差是影響渣油加氫裝置長周期運(yùn)行的重要因素，通過對加熱爐、換熱器、分配盤等設(shè)備的升級改造，采取針對性的優(yōu)化措施，消除了瓶頸，取得了良好的效果。

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