國(guó)內(nèi)固定床渣油加氫裝置概況

摘 " " "要： 對(duì)國(guó)內(nèi)7套固定床渣油加氫裝置（分別建于中國(guó)石油天然氣股份有限公司大連石化分公司、廣西石化分公司，中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司、長(zhǎng)嶺分公司、金陵分公司1#、金陵分公司2#、中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司）的裝置概況以及生產(chǎn)運(yùn)行等方面進(jìn)行了對(duì)比比較，分析得出固定床渣油加氫裝置的缺點(diǎn)不足。

關(guān) "鍵 "詞：固定床；渣油加氫；生產(chǎn)運(yùn)行；對(duì)比分析

中圖分類號(hào)：TE96 " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）03-0366-04

隨著原油不斷趨向重質(zhì)化和劣質(zhì)化[1]，對(duì)加工原油的煉化技術(shù)和設(shè)備要求在不斷提高[2]，實(shí)現(xiàn)重質(zhì)渣油的輕質(zhì)化與清潔化成為了世界煉油業(yè)的主要話題[3]。渣油加氫已經(jīng)成為煉油業(yè)主流的技術(shù)方 "案[4]。渣油加氫根據(jù)反應(yīng)器的類型可分為：固定床加氫、移動(dòng)床加氫、懸浮床加氫和沸騰床加氫[5]。截至2020年底，全國(guó)固定床渣油加氫裝置投產(chǎn)已達(dá)到20多套，渣油加氫能力已達(dá)到7 540萬t·a-1 [6]。

國(guó)內(nèi)有代表性的7套固定床渣油加氫裝置，分別建于中國(guó)石油天然氣股份有限公司大連石化分公司（下簡(jiǎn)稱大連）、中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司（下簡(jiǎn)稱上海）、中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司（下簡(jiǎn)稱茂名）、中國(guó)石油化工股份有限公司長(zhǎng)嶺分公司（下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)嶺）、中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司1#（下簡(jiǎn)稱金陵1）、中國(guó)石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司（下簡(jiǎn)稱廣西）和中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司2#（下簡(jiǎn)稱金陵2），本文對(duì)這些裝置加工規(guī)模和屬性、工藝流程以及裝置運(yùn)行情況進(jìn)行了對(duì)比。

1 "國(guó)內(nèi)固定床渣油加氫裝置概述

1992年，中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司引進(jìn)Chevron-Lummus公司的VRDS技術(shù)，建成投產(chǎn)了我國(guó)第一套固定床渣油加氫裝置[7]。1999年底，茂名石化建成國(guó)內(nèi)首套應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的渣油加氫裝置[8]。隨著固定床渣油加氫技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化[9]，國(guó)內(nèi)固定床渣油加氫裝置不斷增多。其中，大連石化、上海石化、茂名石化、長(zhǎng)嶺煉化、金陵1#、廣西石化和金陵2#共7套渣油加氫裝置在規(guī)模、工程設(shè)計(jì)、原料還有工藝流程以及生產(chǎn)運(yùn)行情況都存在一定的差異，本文主要從這7套裝置的差異性進(jìn)行對(duì)比比較。

2 "渣油加氫裝置情況

2.1 "渣油加氫裝置對(duì)比

7套裝置的加工規(guī)模及屬性如表1所示。

7套裝置包含美國(guó)Chevron-Lummus公司（CLG）、美國(guó)UOP公司（UOP）、中國(guó)石油化工集團(tuán)（Sinopec）3家專利商，分別由中石化洛陽工程有限公司（LPEC）和中國(guó)石化工程建設(shè)公司（SEI）兩家單位設(shè)計(jì)。加工原油主要為俄羅斯原油（低硫低氮）、管輸原油（低硫高氮）及中東原油（高硫低氮）3類。主要原料組成包括有催化柴油、油漿輕餾分、減壓瓦斯油（VGO）、焦化瓦斯油（CGO）、脫瀝青油（DAO）、減壓渣油（VR）、常壓渣油 " （AR）等。

2.2 "工藝流程對(duì)比

在工藝流程方面主要的不同體現(xiàn)在：換熱流程的不同，廣西原料油、氫氣單獨(dú)換熱后進(jìn)爐，其余裝置混合換熱再進(jìn)爐；注水及酸性水排出方式不同，廣西、上海酸性水從冷低分出，其余裝置設(shè)置酸性水閃蒸罐；分餾流程不同，茂名單塔流程，其余為雙塔流程。在酸性水排水方式上，上海、廣西采用高分水排入低分，從低分直接出裝置，其余裝置采用酸性水低壓閃蒸后泵送出裝置。而不設(shè)酸性水低壓閃蒸罐及泵，利用低分壓力直接出裝置，節(jié)約能耗，但對(duì)下游裝置存在串壓風(fēng)險(xiǎn)。渣油加氫主要為催化裝置供料，產(chǎn)品精度要求相對(duì)較低，在柴油質(zhì)量升級(jí)背景下，渣油加氫柴油多數(shù)切輕至后續(xù)精制裝置處理，對(duì)柴油質(zhì)量要求相對(duì)較低。且酸性氣壓縮機(jī)性能較以往有所提高，因此對(duì)渣油加氫裝置，單塔也可滿足要求。目前多數(shù)選擇雙塔工藝。在對(duì)分流系統(tǒng)的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)茂名為單塔工藝（無酸性氣壓縮氣），其余裝置均為雙塔。

3 "渣油加氫裝置運(yùn)行情況

3.1 "原料性質(zhì)

7套渣油加氫裝置原料情況包括硫含量、氮含量、殘?zhí)恐狄约敖饘伲∟i+V）的含量如圖1至圖4所示，實(shí)際硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.1%～3.3%之間，長(zhǎng)嶺和大連最低，上海最高。實(shí)際氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 " " " "1 334～6 168 μg·g-1之間，金陵1最低，長(zhǎng)嶺最高且長(zhǎng)嶺氮含量實(shí)際值高于設(shè)計(jì)值。大連硫、氮含量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，反應(yīng)溫升小于設(shè)計(jì)值，造成運(yùn)轉(zhuǎn)末期提溫困難。實(shí)際殘?zhí)恐翟?.7%～12.3%之間，長(zhǎng)嶺最低，廣西最高；實(shí)際金屬（Ni+V）質(zhì)量分?jǐn)?shù)在35.3～76.1 μg·g-1之間，大連最低，上海最高。裝置實(shí)際原料性質(zhì)大多優(yōu)于設(shè)計(jì)值。綜合對(duì)比，幾套裝置中金陵原料性質(zhì)相對(duì)較好，廣西、茂名性質(zhì)相對(duì)較差。

3.2 "產(chǎn)品雜質(zhì)脫除

7套渣油加氫裝置對(duì)雜質(zhì)的脫除率包括脫硫率、脫氮率、脫殘?zhí)柯室约懊摻饘伲∟i+V）率如圖5所示。由圖5可知，脫硫率在83.9%～90.3%之間，長(zhǎng)嶺最高，上海最低；脫氮率在33.2%～44.5% 之間，上海最高，廣西最低；脫金屬（Ni+V）率在71.2 %～85.5%之間，金陵2最高，大連最低；脫殘?zhí)柯试?7.9 %～56.8%之間，金陵2最高，大連最低。大連雜質(zhì)脫除率均較低，長(zhǎng)嶺脫殘?zhí)柯?、脫氮率較低，說明俄羅斯渣油、管輸油等低硫油在固定床渣油加氫裝置中反應(yīng)性能較差，也說明了高硫低氮原料更適合固定床渣油加氫裝置。

3.3 "催化劑運(yùn)行

7套渣油加氫裝置在催化劑運(yùn)行時(shí)的各反應(yīng)器的最大徑向溫差、平均溫升、反應(yīng)器切線高度以及反應(yīng)器壓降如圖6至圖9所示。由圖6和圖7可以看出，反應(yīng)放熱和反應(yīng)器分配器均會(huì)影響催化劑床層的徑向溫差，長(zhǎng)嶺三反、上海二反、金陵1的三反及茂名三反周期平均溫升較高，反應(yīng)負(fù)荷較大，需優(yōu)化催化劑級(jí)配，合理分配反應(yīng)放熱。從圖8來看，除金陵2和大連外，其他裝置后續(xù)反應(yīng)器均為等高設(shè)置。等高分布雖然工程設(shè)計(jì)、布局相對(duì)簡(jiǎn)單，但不利于反應(yīng)放熱合理分配，在新建裝置時(shí)，應(yīng)綜合考慮選擇合適反應(yīng)器分布（例如反應(yīng)器入口分配盤的改善），避免過早產(chǎn)生熱點(diǎn)。由圖9可知，大連反應(yīng)器壓降較高，長(zhǎng)嶺其次，而反應(yīng)器壓降根據(jù)埃爾根方程計(jì)算：

。 （1）

其中：△p—反應(yīng)器壓降，Pa；

d—顆粒直徑，m；

e—空隙率；

ρ—流體密度，kg·m-3；

μ—流體動(dòng)力黏度，kg·（m·s）-1；

u—固定床流體速度，m·s-1。

可知，反應(yīng)器壓降與催化劑高度、進(jìn)料黏度、進(jìn)料量和催化劑床層空隙率等因素有關(guān)，大連加工俄羅斯油黏度高，壓降大；長(zhǎng)嶺加工管輸原油，鐵鈣含量高，催化劑床層空隙率下降快，壓降也高。

3.4 "開停工時(shí)間及檢修時(shí)間

7家企業(yè)的渣油加氫裝置的開停工及檢修時(shí)間為大連51天、上海35天、茂名31天、長(zhǎng)嶺56天、金陵（1）31天、廣西31天、金陵（2）33天，平均為44天，其中金陵1和廣西的開停工時(shí)間較短。金陵在開工時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)在于金陵在氮?dú)鈿饷茏龅降獨(dú)饪偣軌毫?，即引氫氣氣密，不用壓縮機(jī)打氮?dú)庠偕龎?，起到縮短氣密時(shí)長(zhǎng)的效果，同時(shí)也取消了干燥環(huán)節(jié)。金陵在裝置交出前，落實(shí)安全措施后，對(duì)公用工程及分餾部分先進(jìn)行氮?dú)鈿饷?，也縮短了開工時(shí)間。茂名在反應(yīng)系統(tǒng)氮?dú)庵脫Q合格后，優(yōu)先隔離出反應(yīng)系統(tǒng)，使卸劑和吹掃鈍化同步進(jìn)行，縮短了整個(gè)檢修時(shí)長(zhǎng)。廣西在反應(yīng)器在置換系統(tǒng)時(shí)，就將反應(yīng)器出入口法蘭螺栓進(jìn)行隔一拆一工作，節(jié)約檢修時(shí)間，還可以采取如下措施：

1）讓循環(huán)氫壓縮機(jī)盡可能保持最高轉(zhuǎn)速。

2）在反應(yīng)爐熄火后，繼續(xù)鼓風(fēng)進(jìn)爐膛，增加爐膛空氣流動(dòng)，加快爐管降溫。

3）全開高壓空冷風(fēng)機(jī)，盡可能降低冷后溫度，夏季氣溫高，可以在高壓空冷撒少量干冰加速冷卻。

4）提前外甩渣油，減少換熱器的取熱，減少反應(yīng)器的放熱，加速反應(yīng)降溫。

4 "結(jié)束語

固定床渣油加氫工藝因產(chǎn)品收率高、脫硫率高、工藝成熟，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。但通過這7套裝置的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)固定床渣油加氫裝置中原料的金屬和殘?zhí)亢?、催化劑的低性能是牽制其技術(shù)發(fā)展的兩大原因。

1）固定床渣油加氫裝置對(duì)于低硫原料反應(yīng)性能較差，對(duì)于高硫低氮的原料反應(yīng)性能較好，但又很難將高硫原料中的硫含量脫除至100～200 μg·g-1。同時(shí)原料中的金屬和殘?zhí)咳菀自诖呋瘎┍砻嫘纬沙练e和結(jié)焦直接影響到催化劑活性。

2）固定床渣油加氫裝置中催化劑用量大，催化劑使用壽命較短，從而導(dǎo)致固定床渣油加氫工藝的運(yùn)行周期較短，工業(yè)應(yīng)用局限性較大[10]。

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Overview of Domestic Fixed Bed Residue Hydrotreating Units

HU Yong-hong 1， HU Yong-qun 2， QI Yong-liang1， ZHANG Chao1， LI Xin-long1

（1. China National Petroleum Corporation Guangxi Petrochemical Branch， Qinzhou Guangxi 535020， China;

2. School of Petroleum and Engineering， Xi'an Shiyou University， Xi'an Shaanxi 7100065， China）

Abstract： "Seven sets of domestic fixed-bed residual oil hydrogenation units （built in Dalian Petrochemical Branch， Guangxi Petrochemical Branch of PetroChina Co.， Ltd.， Maoming Branch， Changling Branch， and Sinopec Jinling Branch 1 #， Sinopec Jinling Branch 2#， Sinopec Shanghai Petrochemical Co.， Ltd.） were compared from the aspects of the device overview and production operation， and the shortcomings of the fixed-bed residual oil hydrogenation devices were analyzed.

Key words： "Fixed-bed; Residue hydrogenation; Production run; Comparative analysis