蠟油加氫裝置催化劑運(yùn)行分析及優(yōu)化措施

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

1 前言

洛陽(yáng)分公司220 萬t/a蠟油加氫處理裝置從2009年至今已運(yùn)行9年時(shí)間，以減壓蠟油、焦化蠟油和脫瀝青油的混合油為原料，主要生產(chǎn)精制蠟油，為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)原料。

蠟油加氫處理裝置于2017年11月進(jìn)行催化劑撇頭，一床層主要更換為FDM-21脫金屬劑，二床層裝填一部脫金屬劑FDM-21、一部分過渡劑FF-33和一部分主劑FF-34。第三床層催化劑未動(dòng)，為2015年11月大檢修裝填的經(jīng)過一次再生的FF-24催化劑。截至2018年8月，蠟油加氫催化劑已運(yùn)轉(zhuǎn)9個(gè)月，離2019年4月大檢修還有6個(gè)月。為保證蠟油加氫催化劑活性能保持到2019年大檢修，需要對(duì)蠟油加氫的原料以及操作條件進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2 催化劑運(yùn)行分析

影響催化劑活性的主要因素為催化劑的積碳和金屬沉積，其中積碳失活可以通過催化劑的再生進(jìn)行活性恢復(fù)，而金屬沉積則造成催化劑永久失活。

2.1 催化劑金屬沉積量的控制

蠟油加氫反應(yīng)器第一床層、第二床層裝填FDM-21脫金屬劑107.72m3,保護(hù)劑金屬容量為107.72×0.2=21.54t，第二床層裝填催化劑FF-33 19.84m3,保護(hù)劑容金屬總量為19.84×0.15=2.98t。保護(hù)劑總?cè)萁饘倭浚?1.54+2.98=24.52t。

通常保護(hù)劑金屬沉積量大于自身沉積能力65%時(shí)，超出部分在保護(hù)劑床層脫除率為85%，其余15%金屬將進(jìn)入主催化劑床層，使其中毒失活；因此催化劑容金屬最大為24.52×0.65+24.52×(1-0.65)×0.85=15.93+7.29=23.22t。

根據(jù)安排，大檢修后FF-34催化劑需再生回用。因此需控制原料油中的重金屬在主催化劑上的保護(hù)劑上完全脫除，防止主催化劑FF-34受到重金屬的污染造成主催化劑再生活性下降。圖1為2017年12月—2018年6月原料油金屬含量，表1為2017年11月—2018年6月原料油中金屬含量，表2為2017年11月—2018年6月原精制蠟油金屬含量和催化劑金屬沉積量。

由圖1可以看出，濾后原料油中金屬含量呈逐漸上升趨勢(shì)，自2018年4月下旬增加趨勢(shì)變大。

由表1、表2可以看出，產(chǎn)品蠟油中化驗(yàn)分析Ni、V含量都小于1μg/g，可以認(rèn)為原料油中金屬全部被保護(hù)劑脫除。Fe+Ni+V平均值8.46ug/g，估算Ca，Na等金屬和Si～2.0ug/g，每個(gè)月金屬沉積1.59t/月。由表1可以看出，目前蠟油加氫催化劑金屬沉積量已達(dá)10.42t，至8月金屬沉積量：10.42+1.59×2.5=14.4t，剩余金屬沉積量為23.22-14.4=8.82t。

圖1 2017年12月—2018年6月原料油金屬含量

表1 蠟油加氫裝置原料油金屬含量

表2 蠟油加氫裝置精制蠟油金屬含量和催化劑金屬沉積量

在裝置280t/h負(fù)荷條件下，每個(gè)月的金屬沉積量：8.82t/6.5個(gè)月=1.35t/月，則原料中金屬含量：1.35t/月/20.75wt/月=6.51μg/g；故建議原料中金屬總量+Si≤6.51μg/g。此處并未考慮積碳對(duì)催化劑活性的影響。

六月份蠟油加氫原料油中金屬含量平均為8.688μg/g，脫瀝青油金屬貢獻(xiàn)率按83%，若要控制原料油中金屬含量小于6.51μg/g，則脫瀝青油量由目前41t/h降至25t/h。

如果維持脫瀝青油量不變，通過降低脫瀝青油中金屬含量來使原料油中金屬含量小于6.51μg/g，則脫瀝青油中金屬含量需要降低至30μg/g。

此外，目前日?；?yàn)分析金屬只有Fe、Ni、V，無法分析Ca、Na、Si的含量。且當(dāng)分析數(shù)據(jù)<1μg/g時(shí)，分析結(jié)果不準(zhǔn)確，系統(tǒng)記錄<1μg/g,不能精確計(jì)量原料、產(chǎn)品的金屬含量，因此目前催化金屬沉積量應(yīng)該大于統(tǒng)計(jì)值10.42噸。

2.2 催化劑加權(quán)平均溫度控制

目前蠟油加氫催化劑加權(quán)平均溫度為371℃，按催化劑末期加權(quán)平均溫度為388℃(2017年撇頭前數(shù)據(jù))計(jì)，則提溫空間為17℃，運(yùn)行至2019年4月份需6個(gè)月，則提溫速度需控制在2℃/月。

圖2 2017年12月-2018年6月加權(quán)平均溫度

2.3 催化劑積碳的影響

除了重金屬沉積造成催化劑失活，催化劑的積碳也會(huì)影響催化劑的活性。影響催化劑積碳的主要因素有原料油的殘?zhí)贾怠⒌亢头磻?yīng)溫度、氫分壓。原料油殘?zhí)贾翟礁?、有機(jī)氮化物含量越高、反應(yīng)溫度越高、氫分壓越低，則催化劑積碳越多。

圖3 濾后原料油殘?zhí)?/p>

圖4 濾后原料油氮含量

由圖3、圖4可以看出，濾后原料油的氮含量、殘?zhí)贾刀继幱谏仙厔?shì)，且當(dāng)氫氣量不足時(shí)，蠟油加氫常作為調(diào)整氫氣平衡的裝置，系統(tǒng)壓力經(jīng)常低于10.5MPa，從而容易造成催化劑積碳增加，催化劑失活速度加快。

2.4 反應(yīng)器壓差的控制

自2017年12月開工至今，蠟油加氫反應(yīng)器壓差趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 蠟油加氫反應(yīng)器壓差趨勢(shì)(2017年12月-2018年6月)

由圖5可以看出，催化劑各床層壓差趨勢(shì)緩慢上升，第一床層壓差由0.045MPa上升至0.076MPa，遠(yuǎn)小于控制值0.3MPa。目前看因第一床層壓差過高造成提前停工的可能行較小。

3 優(yōu)化措施

3.1 原料優(yōu)化

(1)定期分析濾后原料油、產(chǎn)品蠟油中金屬Si、Na、Ca的含量，同時(shí)提高化驗(yàn)分析的準(zhǔn)確性。

(2)濾后原料油、產(chǎn)品蠟油金屬分析次數(shù)增加至兩天一次。

(3)按處理量280t/h，脫瀝青油量由目前的41t/h降至25t/h，或?qū)⒚摓r青油中金屬含量由49μg/g降至30μg/g，控制濾后原料油中金屬含量≯6.51μg/g。

(4)控制進(jìn)裝置原料密度、95%點(diǎn)溫度、硫、氮、金屬、殘?zhí)?、瀝青質(zhì)等指標(biāo)不超限制值。

(5)對(duì)于固定床加氫工藝來說，在催化劑固定，工藝參數(shù)調(diào)整措施有限的情況下要延長(zhǎng)催化劑運(yùn)轉(zhuǎn)周期，最有效的措施就是優(yōu)化原料油的性質(zhì)。因此建議逐步減少脫瀝青油的量，觀察催化劑的運(yùn)行狀況，確定最適宜的脫瀝青油摻煉比例。

3.2 操作控制優(yōu)化

(1)保證氫氣量的供應(yīng)，將反應(yīng)系統(tǒng)壓力由目前10.5MPa提至設(shè)計(jì)操作壓力11.0MPa，避免因氫氣不足造成系統(tǒng)壓力降低增加催化劑積碳。

(2)控制反應(yīng)器入口氫油體積比≮600，抑制積碳。

(3)保證循環(huán)氫純度≮87V%，可外排少量廢氫，滿足純度要求。

(4)保持裝置處理量，原料性質(zhì)穩(wěn)定，避免大幅波動(dòng)。

(5)建議反應(yīng)器入口溫度控制≮355℃，保持一床層溫升≮10℃，若溫升<10℃，可提高入口溫度來滿足控制指標(biāo)；通過二、三床層之間的冷氫量，來控制反應(yīng)器出口溫度≯395℃。

(6)裝置運(yùn)行末期，為了滿足產(chǎn)品控制指標(biāo)，可以將反應(yīng)器出口溫度放寬(可大于395℃)，通過提高催化劑體系的平均反應(yīng)溫度，來滿足產(chǎn)品指標(biāo)要求。

3.3 產(chǎn)品控制優(yōu)化

(1)目前，控制加氫精制蠟油硫含量3000～3500μg/g，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量降低操作苛刻度，降低氫耗，延長(zhǎng)催化劑運(yùn)行周期。

(2)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，催化劑金屬沉積量和積碳增加，可適當(dāng)放寬精制油硫含量控制指標(biāo)。