渣油加氫裝置摻渣率的影響因素及提高措施

摘要：為提高重油轉(zhuǎn)化率，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高資源利用率，中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司新建一套200萬(wàn)t/a渣油加氫處理裝置，目前裝置的實(shí)際摻渣率為58％左右，實(shí)際摻煉渣油率還未達(dá)到裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。分析裝置運(yùn)行現(xiàn)狀，對(duì)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，研究如何通過(guò)改善原料油性質(zhì)，改善催化劑裝填級(jí)配，優(yōu)化過(guò)濾器工況可以提高裝置的摻渣率，將摻渣率由58％提高至60％以上。

關(guān)鍵詞：渣油加氫；摻渣率；原料性質(zhì)；過(guò)濾器；催化劑；反應(yīng)溫度1裝置簡(jiǎn)述

渣油加氫處理技術(shù)是在高溫、高壓和催化劑存在的條件下，使渣油和氫氣進(jìn)行加氫反應(yīng)，渣油中硫、氮和金屬等有害雜質(zhì)，分別與氫和硫化氫發(fā)生反應(yīng)，生成硫化氫、氨和金屬硫化物。同時(shí)，渣油中部分較大的分子裂解并加氫，變成分子較小的理想組分，加氫處理后的渣油質(zhì)量得到明顯改善，可直接用作催化等裝置的原料，將其全部轉(zhuǎn)化成市場(chǎng)急需的汽油和柴油。所以提高裝置的摻煉渣油量可以直接提高資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益［1］。

2現(xiàn)狀分析

經(jīng)過(guò)對(duì)某石化公司渣油加氫裝置摻渣率數(shù)據(jù)的收集整理，可知該裝置的摻渣率一直維持在58%～59%之間，538 ℃餾出量基本在55％以上。證明實(shí)際摻煉的重油（渣油）較少，并沒(méi)有達(dá)到裝置的滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。因此裝置摻渣率還有較大提升空間，提高摻渣率從客觀上可行性較大，從而經(jīng)濟(jì)效益可以有較大提高。

3影響因素

3.1原料性質(zhì)

3.1.1混合原料油中殘?zhí)亢康挠绊?/p>

殘?zhí)坎⒎窃偷挠袡C(jī)組成部分，它只是反映渣油原料中不易揮發(fā)物或易生焦物的多少。原料油的殘?zhí)亢扛弑砻髌湟捉Y(jié)焦物質(zhì)多，對(duì)催化劑活性的發(fā)揮不利。在其他條件相同的情況下，沉積在催化劑上的焦炭量，隨原料殘?zhí)恐档奶岣叨€性增加。

脫殘?zhí)柯逝c渣油的轉(zhuǎn)化率相關(guān)聯(lián)。在一定范圍內(nèi)，渣油轉(zhuǎn)化率越高，脫殘?zhí)柯试礁?，但在催化劑上縮合生焦反應(yīng)速率越高，亦即催化劑的失活反應(yīng)速率也越高，裝置運(yùn)行周期越短。因此，渣油固定床加氫過(guò)程對(duì)原料油的殘?zhí)恐涤幸欢ǖ囊?。集中的孔分布和較大的比表表面有利于脫殘?zhí)糠磻?yīng)的進(jìn)行。通過(guò)分析可知原料中殘?zhí)亢烤诠に囍笜?biāo)范圍內(nèi)，只要繼續(xù)保持，則對(duì)裝置摻渣率的提高影響不大。

3.1.2混合原料油中雜質(zhì)及微量金屬含量的影響

渣油加氫原料油中所含的微量金屬雜質(zhì)主要有Fe、Ni、Cu、V、Pb、Na、Ca等。在正常情況下，渣油加氫原料油的Fe離子含量是很低的。渣油加氫原料油Fe離子主要是上游裝置和加氫裂化裝置本身的設(shè)備、容器及管、閥件腐蝕帶來(lái)的。原料油中的Fe離子進(jìn)入加氫反應(yīng)器，與循環(huán)氫中的H2S反應(yīng)生成FeS，F(xiàn)eS便沉積在反應(yīng)器頂部催化劑上，并形成一層硬殼，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部的床層壓強(qiáng)急劇上升，直至裝置被迫中途停工。要確保渣油加氫裝置能夠長(zhǎng)期平穩(wěn)操作，一般要求加氫裝置原料油的Fe離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)lt;2 μg/g，最好能控制在lt;1 μg/g。本裝置工藝指標(biāo)要求≥12 μg/g。

原料中鹽分主要是鈉、鈣及鉀的氯化物。渣油中的固體顆粒及鹽分主要造成反應(yīng)器內(nèi)床層壓強(qiáng)上升，液體流向分配不均產(chǎn)生熱點(diǎn)等。原料中鈣、鐵離子超標(biāo)頻繁，易導(dǎo)致金屬沉積量增長(zhǎng)速度較快，嚴(yán)重影響了裝置摻渣率的提高。

通過(guò)收集分析2018年1～12月份的原料性質(zhì)數(shù)據(jù)可知，該時(shí)間段內(nèi)原料鐵、鈣等金屬含量超標(biāo)頻繁，原料油中雜質(zhì)較多，增加了過(guò)濾器的工作負(fù)荷，也導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)金屬沉積量增大，床層壓強(qiáng)升高，且裝置運(yùn)行到末期時(shí)催化劑的容垢能力有限。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，只有通過(guò)降低渣油，影響裝置摻渣率的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.2過(guò)濾器工況的影響

原料油中的雜質(zhì)沉積在過(guò)濾器的濾芯上，導(dǎo)致過(guò)濾器的差壓不斷增高，當(dāng)差壓達(dá)到120 kPa時(shí)，過(guò)濾器將自動(dòng)進(jìn)行反沖洗，若過(guò)濾器反沖洗的頻率較高或差壓突然增高甚至反沖洗無(wú)法降低差壓，都會(huì)被動(dòng)地通過(guò)降低摻渣量來(lái)緩解過(guò)濾器的不良工況，從而會(huì)對(duì)裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)和摻渣量的提高有較大的影響。

3.3催化劑裝填級(jí)配及反應(yīng)溫度的影響

渣油加氫的反應(yīng)溫度是裝置反應(yīng)部分最重要的工藝參數(shù)，溫度對(duì)反應(yīng)速度有直接的影響。加氫反應(yīng)溫度是由催化劑的活性和原料油品的性質(zhì)決定的。加氫脫硫是一個(gè)高放熱反應(yīng)。從動(dòng)力學(xué)化學(xué)平衡的角度來(lái)看，高溫不利于反應(yīng)徹底進(jìn)行，但從熱力學(xué)上加快反應(yīng)速度來(lái)看，提高反應(yīng)溫度會(huì)加快加氫反應(yīng)的反應(yīng)速度，提高脫硫率、脫氮率和脫金屬率，烯烴飽和度也會(huì)有所提高，同時(shí)裂化反應(yīng)速度將加快，裂解程度加深，生成油中低沸點(diǎn)組分和氣體產(chǎn)率增加。過(guò)高的反應(yīng)溫度將降低催化劑對(duì)芳烴的加氫飽和能力，使芳烴的加氫飽和更加困難，同時(shí)將使稠環(huán)化合物縮合結(jié)焦，生成焦炭，造成催化劑失活，縮短催化劑的使用壽命。溫度過(guò)高對(duì)催化劑壽命及設(shè)備都有不利影響。

反應(yīng)溫度是反應(yīng)過(guò)程最重要的工藝參數(shù)，其他參數(shù)對(duì)反應(yīng)的影響，可用調(diào)整反應(yīng)溫度來(lái)補(bǔ)償。影響反應(yīng)溫度的主要因素是反應(yīng)床層平均溫度，反應(yīng)床層平均溫度則影響了該反應(yīng)器總均溫的變化。

如圖1所示的反應(yīng)總均溫和渣油量及新鮮進(jìn)料量可知，為了保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，反應(yīng)溫度制約了裝置摻渣率的提高，催化劑的活性和裝填級(jí)配對(duì)反應(yīng)溫度的穩(wěn)步提高有重要影響。同時(shí)在開(kāi)工初期，催化劑的活性較高，反應(yīng)較劇烈，輕組分多，冷高分油水分離不好，容易發(fā)泡，影響裝置的操作平穩(wěn)性。為了減輕發(fā)泡，只有通過(guò)降低渣油量來(lái)調(diào)整，從而影響了裝置摻渣量的提高［2］。

4提高措施

4.1優(yōu)化原料性質(zhì)

優(yōu)化渣油加氫裝置的原料油性質(zhì)，降低原料油中各組分超標(biāo)的頻次，同時(shí)加強(qiáng)裝置自控率的提高，保證上游裝置來(lái)的進(jìn)料平穩(wěn)和本裝置運(yùn)行平穩(wěn)。經(jīng)分析2019年6月至2019年8月的原料油性質(zhì)，經(jīng)過(guò)溝通與調(diào)整，原料中各指標(biāo)超標(biāo)的情況得到有效改善，原料中鐵、硫、鎳+釩等超標(biāo)的情況大大減少，原料油性質(zhì)得到改善。各項(xiàng)重金屬含量和硫含量基本在指標(biāo)范圍內(nèi)，裝置生產(chǎn)平穩(wěn)，裝置的摻渣率有了穩(wěn)步的提高，摻渣率穩(wěn)步提高到59.7%［3］。

4.2優(yōu)化催化劑的裝填級(jí)配

為保證裝置的摻渣率，增加裝置的經(jīng)濟(jì)效益和資源利用率，金陵石化200萬(wàn)t/a渣油加氫裝置于2019年6月進(jìn)行了開(kāi)工后的第一次停工檢修。在進(jìn)行催化劑的采購(gòu)更換時(shí)，要求催化劑廠家按我公司提供的原料性質(zhì)相應(yīng)地進(jìn)行催化劑級(jí)配方案的優(yōu)化。該次檢修中裝置更換了某催化劑廠家的新型殼牌催化劑，新的催化劑具有更高的穩(wěn)定性和加氫反應(yīng)活性，相比于上一周期的同時(shí)期，本周期內(nèi)的反應(yīng)總均溫和各反應(yīng)器溫升均較平穩(wěn)，反應(yīng)總均溫對(duì)比上一周期有所提高（見(jiàn)圖2、圖3），為裝置摻渣率和處理量的提高提供了工藝保障。

由圖4可以看出，各反應(yīng)器的均溫都有所提高，并且穩(wěn)定性較好，反應(yīng)總均溫維持在378.5 ℃，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下?lián)皆靠梢灾鸩教岣咧?55 t/h，處理量可以提高至255 t/h，從而使裝置的摻渣率逐步提高至60.7%［4］。

4.3優(yōu)化過(guò)濾器的工況

本裝置所采用的過(guò)濾器共有8組（A～H組），每一組有9個(gè)濾芯，針對(duì)過(guò)濾器工況不良、沖洗頻繁的情況，通過(guò)將過(guò)濾器的各組濾芯分批次切出，拆卸清洗并引柴油浸泡清理雜質(zhì)，根據(jù)相似相溶原理，柴油浸泡時(shí)可以有效溶解附著在過(guò)濾器濾芯上的重油及雜質(zhì)，從而達(dá)到清洗過(guò)濾器濾芯的目的，有效延長(zhǎng)過(guò)濾器的工作周期，降低了反沖洗頻次，從而保證裝置平穩(wěn)運(yùn)行，為提高摻渣率提供了設(shè)備保障。

通過(guò)引柴油浸泡及更換濾芯等手段優(yōu)化過(guò)濾器工況后，過(guò)濾器的工作周期明顯延長(zhǎng)，差壓上升的速度大幅度降低，同時(shí)本裝置近期開(kāi)始摻煉Ⅳ常減壓的直供渣油，使原料溫度提高至144 ℃左右，隨著原料溫度的提高，過(guò)濾器濾芯上的重油和雜質(zhì)沉積速度降低，也有效延長(zhǎng)了過(guò)濾器的反沖洗周期，沖洗頻次由30 min/次降低至150 min/次，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，大大提高了裝置運(yùn)行的平穩(wěn)率，為后續(xù)提高裝置的摻渣率提供了設(shè)備保障［5］。

5總結(jié)

通過(guò)嚴(yán)控原料性質(zhì)，優(yōu)化過(guò)濾器工況，優(yōu)化催化劑的裝填級(jí)配和平穩(wěn)反應(yīng)溫度，裝置處理量由240 t/h提高至250 t/h，摻渣率由58％有效地提高至60％以上，且能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，提高了資源利用率和裝置的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)計(jì)算，在維持裝置處理量250 t/h的情況下，優(yōu)化后每日可多加工120 t渣油。本裝置月均效益約為2 641.8萬(wàn)元，每噸渣油日效益為0.11萬(wàn)元，每日增收效益13.14萬(wàn)元，全年開(kāi)工天數(shù)按365日計(jì)算，則全年增收效益4 796.1萬(wàn)元。且裝置可以在提高產(chǎn)值的情況下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，大大提高了資源的利用率和裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］李大東，聶洪，孫麗麗.加氫處理工藝與過(guò)程［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2016：9596.

［2］王剛，王永林，孫素華.渣油加氫催化劑孔結(jié)構(gòu)對(duì)反應(yīng)活性的影響［D］.撫順：中石化撫順石油化工研究院，2002.

［3］孫昱東，趙元生，楊朝合，等.原料對(duì)渣油加氫處理殘?jiān)褪章屎托再|(zhì)的影響［D］.青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)工程學(xué)院，2013.

［4］金環(huán)年，鄧文安，闕國(guó)和.渣油膠質(zhì)和瀝青質(zhì)在分散型催化劑作用下的臨氫熱反應(yīng)行為［J］．石油煉制與化工，2006（6）：37.

［5］楊利強(qiáng).渣油加氫技術(shù)發(fā)展概況及工藝特點(diǎn)［J］.中國(guó)化工貿(mào)易·中旬刊，2018（7）：7173.

作者簡(jiǎn)介：董沛林，男，江蘇南京人，助理工程師，本科，學(xué)士，從事石油化工研究。