渣油加氫裝置高苛刻度運(yùn)行分析

章 海 春

(中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司煉油廠, 南京 210048)

渣油加氫裝置高苛刻度運(yùn)行分析

章 海 春

(中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司煉油廠, 南京 210048)

對(duì)中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第一周期的運(yùn)行情況及存在的問題進(jìn)行了分析，并提出處理措施。運(yùn)行結(jié)果表明：在處理量為設(shè)計(jì)負(fù)荷的104%的情況下，渣油加氫裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求；FZC系列催化劑具有較高的脫雜質(zhì)活性和加氫活性，加氫渣油的密度、硫含量、氮含量、殘?zhí)亢徒饘俸烤_(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，是優(yōu)質(zhì)的催化裂化原料。針對(duì)裝置原料劣質(zhì)化、熱高壓分離器氣體夾帶重?zé)N、循環(huán)氫脫硫塔發(fā)泡及高壓換熱器結(jié)垢等情況，采取相應(yīng)的對(duì)策，取得了較好的效果，初步解決了裝置高苛刻度運(yùn)行過程中存在的問題。

渣油 加氫處理 運(yùn)行分析 優(yōu)化措施

中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司(揚(yáng)子石化)渣油加氫裝置是該公司原油劣質(zhì)化及油品質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目的核心裝置。該裝置是國內(nèi)已經(jīng)建成投產(chǎn)的最大單系列渣油加氫裝置，采用中國石化撫順石油化工研究院(FRIPP)開發(fā)的固定床渣油加氫成套技術(shù)(S-RHT)，由中國石化洛陽工程有限公司設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)加工能力為2.0 Mt/a，年開工時(shí)間為8 000 h，反應(yīng)部分采用熱高壓分離工藝流程，分餾部分采用(汽提塔+分餾塔)流程，以常減壓蒸餾裝置的減壓渣油和直餾重蠟油以及焦化裝置的焦化重蠟油為原料，經(jīng)過催化加氫反應(yīng)，脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì)，降低殘?zhí)?，為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)的低硫原料，同時(shí)副產(chǎn)部分柴油和少量石腦油。該裝置于2014年7月18日開車一次成功，第一周期采用FRIPP開發(fā)的新一代FZC系列渣油加氫催化劑，于2015年10月15日停工換劑，累計(jì)運(yùn)行499天，累計(jì)加工原料油2.8 Mt，裝置處理量為設(shè)計(jì)負(fù)荷的104%。

在裝置第一周期運(yùn)行過程中，企業(yè)效益壓力大，采購劣質(zhì)原油比例高，渣油加氫裝置加工的原料相應(yīng)劣質(zhì)化，生產(chǎn)中還出現(xiàn)了熱高壓分離器氣體夾帶重?zé)N、循環(huán)氫脫硫塔發(fā)泡、高壓換熱器結(jié)垢等問題。本文主要對(duì)其運(yùn)行情況及存在的問題進(jìn)行分析，并提出處理措施。

1 運(yùn)行分析

1.1 生產(chǎn)情況

渣油加氫裝置第一周期的運(yùn)行時(shí)間與加工量均超過了設(shè)計(jì)值，催化劑發(fā)揮了良好的加氫活性和穩(wěn)定性。該裝置的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)重油平衡轉(zhuǎn)化、清潔化生產(chǎn)以及輕質(zhì)油品收率的提高發(fā)揮了重要作用，但在運(yùn)行過程中也暴露了一些問題，開工后裝置原料逐步趨于劣質(zhì)化，尤其是原料中金屬(Ni+V) 含量一度超出設(shè)計(jì)指標(biāo)。在運(yùn)行的中后期，因原料油與反應(yīng)產(chǎn)物換熱器結(jié)垢，反應(yīng)進(jìn)料換后溫度下降，反應(yīng)爐設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小，提溫困難，影響了裝置的摻渣量；運(yùn)行至末期，因第一反應(yīng)器、第二反應(yīng)器下部出現(xiàn)溫度熱點(diǎn)，也影響了裝置摻渣量。裝置的主要異常情況為：2014年11月2日至11日因受2號(hào)常減壓蒸餾裝置加工的阿曼原油被伊重原油污染的影響，原料性質(zhì)大幅波動(dòng)，9天內(nèi)反應(yīng)溫度由381.6 ℃提高至386.4 ℃；2015年3月7日因熱低壓分離空冷器泄漏，裝置停工處理5天。

1.2 催化劑初期標(biāo)定

渣油加氫裝置于2014年9月16日至9月18日進(jìn)行了催化劑運(yùn)行初期標(biāo)定，通過物料衡算及產(chǎn)品質(zhì)量考核，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的不足，為裝置運(yùn)行中后期主要操作參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。

1.2.1 原料性質(zhì) 標(biāo)定期間裝置原料油為2號(hào)常減壓蒸餾裝置(加工阿曼與巴士拉混合原油，兩者

比例1∶1)的減壓渣油、減壓蠟油與催化裂化一中抽出油的混合油。原料油性質(zhì)和新氫純度見表1。由表1可以看出：原料油性質(zhì)基本符合設(shè)計(jì)要求，但金屬(Ni+V)含量和瀝青質(zhì)含量超過設(shè)計(jì)值；新氫純度為97.99%～98.23%，低于設(shè)計(jì)值(99.2%)。新氫純度偏低會(huì)造成裝置循環(huán)氫濃度降低，不利于催化劑的長周期運(yùn)行。

表1 標(biāo)定期間的原料油性質(zhì)

1.2.2 產(chǎn)品性質(zhì) 標(biāo)定期間渣油加氫產(chǎn)品的性質(zhì)如表2所示。由表2可以看出，加氫渣油的密度、硫含量、氮含量、殘?zhí)亢徒饘俸烤_(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，是優(yōu)質(zhì)的催化裂化原料。說明FZC系列渣油加氫催化劑具有較高的脫硫、降殘?zhí)亢兔摻饘倩钚?，能夠滿足裝置運(yùn)行需求。

表2 渣油加氫產(chǎn)品的性質(zhì)

1.3 主要操作條件及分析

渣油加氫裝置催化劑床層平均溫度(CAT)及4個(gè)反應(yīng)器(一反～四反)的床層平均溫度(BAT)變化情況見圖1，不同原料油的進(jìn)料量變化情況見圖2，各反應(yīng)器的壓降變化情況見圖3。

圖1 渣油加氫裝置CAT及各反應(yīng)器BAT的變化—一反BAT; —CAT; —二反BAT; —三反BAT; —四反BAT

圖2 渣油加氫裝置不同原料油的進(jìn)料量變化◆—總進(jìn)料量； ■—渣油進(jìn)料量； ▲—蠟油進(jìn)料量； —催化裂化一中抽出油進(jìn)料量

圖3 渣油加氫裝置各反應(yīng)器的壓降變化—一反壓降； —二反壓降；—三反壓降； —四反壓降

由圖1可以看出，裝置反應(yīng)溫度控制較為平穩(wěn)，在運(yùn)行時(shí)間120～330天范圍為催化劑的穩(wěn)定期，運(yùn)行210天時(shí)僅提溫5 ℃。在2015年10月15日停工時(shí)，裝置CAT為398.5 ℃，一反、二反、三反、四反的BAT分別為385.6，395.5，402.5，405.0 ℃，一反BAT稍低，其余3個(gè)反應(yīng)器的BAT梯度分布較合理。

由圖2可以看出，裝置總進(jìn)料量基本保持在260 t/h左右，為設(shè)計(jì)負(fù)荷的104%，其中減壓渣油進(jìn)料量為150 t/h左右，蠟油進(jìn)料量為85 t/h左右(3號(hào)常減壓蒸餾裝置的深拔減四線油50 t/h左右，2號(hào)常減壓蒸餾裝置的減四線油25 t/h左右，焦化重蠟油10 t/h左右)，催化裂化一中抽出油進(jìn)料量為 20 t/h 左右。

由圖3可以看出，4個(gè)反應(yīng)器的壓降變化較為平緩，運(yùn)行300天后，二反、三反、四反的壓降有所下降，主要是受二反中溫度熱點(diǎn)的影響，摻渣率有所下降，運(yùn)行390天后，一反、二反的壓降呈現(xiàn)快速上升的趨勢(shì)，停工前一反、二反、三反、四反的壓降分別為0.32，0.48，0.32，0.30 MPa。

2 運(yùn)行中存在的問題及處理措施

2.1 原料性質(zhì)劣質(zhì)化

渣油加氫裝置開工后，為提高經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，逐步提高摻渣率。表3為 2015年中國石化5套同類渣油加氫裝置的原料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]。由表3可以看出，2015年揚(yáng)子石化渣油加氫裝置摻渣率為65.1%，遠(yuǎn)高于其它企業(yè)渣油加氫裝置，原料油的金屬含量、殘?zhí)俊⒘蚝?、氮含量等均較高，加工難度大。

表3 中國石化5套同類渣油加氫裝置的原料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

1) 摻渣率以大于538 ℃質(zhì)量餾出量為基準(zhǔn)。

2014年11月上旬渣油加氫裝置原料油過于劣質(zhì)化，特別是金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，11月4日原料中金屬(Ni+V)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)147.9 μg/g，超出控制指標(biāo)近63%，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量變差，催化劑失活速率加快。表4為2014年11月2日至17日渣油加氫反應(yīng)溫度變化情況。由表4可以看出，11月9日二反BAT為384 ℃，與三反BAT相同，說明由于原料中金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，第一周期的催化劑級(jí)配方案已不能滿足生產(chǎn)要求。如果在一反(裝有大孔保護(hù)劑)、二反(裝有大孔脫金屬催化劑)中不能將鎳和釩脫除，則會(huì)帶入三反、四反，可能造成脫硫及降殘?zhí)看呋瘎?小孔型催化劑)的堵塞失活[2]，使三反、四反的壓降快速上升。

表4 渣油加氫反應(yīng)溫度變化情況

通過梳理原油進(jìn)廠后各環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)在原油轉(zhuǎn)輸過程中，阿曼與巴士拉混合原油中混入了部分高金屬含量的伊重原油，導(dǎo)致2014年11月初的渣油加氫原料金屬含量偏高。另外，固定床渣油加氫裝置加工的原料中還必須配有適量稀釋油(輕餾分油)，起到降低渣油黏度、改善渣油流動(dòng)性能的作用，有利于渣油更好地進(jìn)入催化劑活性中心，防止其在催化劑表面快速結(jié)焦，延長催化劑的使用壽命[2]。為了起到較好的稀釋作用，一般要求稀釋油的硫含量較高，幾乎不含殘?zhí)壳吧砦锛敖饘佟Ｍㄟ^梳理發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)子石化渣油加氫稀釋油罐內(nèi)含有加氫常壓渣油、2號(hào)常減壓蒸餾裝置減四線油、重柴油等多個(gè)油種，導(dǎo)致稀釋油硫含量低、殘?zhí)扛?、餾分范圍寬，性質(zhì)不穩(wěn)定，在罐內(nèi)就已經(jīng)分層嚴(yán)重，這樣的油本身流動(dòng)性就很差，不能起到降低渣油黏度、改善流動(dòng)性的作用，也無助于渣油更好地進(jìn)入催化劑活性中心。另外，低硫稀釋油還使得一反、二反的反應(yīng)熱相應(yīng)減少，反過來又不利于金屬的脫除。

針對(duì)上述問題，采取了以下措施：①鑒于甬滬寧管線分段輸送，有時(shí)切割不到位，存在混入劣質(zhì)油的風(fēng)險(xiǎn)，將較好品質(zhì)的阿曼原油改由船運(yùn)至物流部，在物流部與巴士拉原油按1：1混合，持續(xù)做好分儲(chǔ)分煉工作，確保渣油加氫加工原料的品質(zhì)；②改變目前的固定摻渣率控制模式，以不突破內(nèi)控指標(biāo)(主要是金屬含量)為底線靈活調(diào)整摻渣率，在原料性質(zhì)較好時(shí)提高摻渣率，在原料性質(zhì)劣質(zhì)化時(shí)適當(dāng)降低摻渣率，保證原料性質(zhì)符合指標(biāo)要求；③對(duì)蠟油罐區(qū)進(jìn)行功能分類，設(shè)置渣油加氫專用稀釋油罐，不再儲(chǔ)存加氫常壓渣油、重柴油等低硫二次加工油種，避免原料罐倒油引起的稀釋油質(zhì)量波動(dòng)大等問題，盡可能用減三線、減四線、焦化重蠟油、催化裂化一中抽出油作為稀釋油。

在采取一系列措施后，原料性質(zhì)逐步好轉(zhuǎn)，金屬含量明顯降低，均能控制在要求的范圍內(nèi)，加氫產(chǎn)品的金屬含量基本穩(wěn)定并控制在指標(biāo)范圍內(nèi)。在原料油性質(zhì)穩(wěn)定后，反應(yīng)平均溫度保持在385 ℃左右，催化劑失活速率恢復(fù)正常，但失去的活性不會(huì)恢復(fù)，即反應(yīng)平均溫度不會(huì)降到381 ℃。

2.2 熱高壓分離器氣體夾帶重?zé)N進(jìn)入冷高壓分離器

在摻渣率提至65%左右時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)冷高壓分離器(冷高分)及冷低壓分離器(冷低分)油水分離不清，大量水帶入脫硫化氫汽提塔，造成分餾系統(tǒng)操作大幅波動(dòng)，冷高分及冷低分排出的酸性水也帶油嚴(yán)重。這是由于加工的原料性質(zhì)偏重，熱高壓分離器(熱高分)內(nèi)開始出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象，熱高分氣夾帶部分重?zé)N進(jìn)入冷高分，冷低分油(熱高分氣冷卻后產(chǎn)物)的90%以上餾出物基本為大于365℃的蠟油組分，這部分重?zé)N與水的分離效果較差，導(dǎo)致冷高分及冷低分油水分離不清。

針對(duì)上述問題，采取了以下措施：①通過適當(dāng)降低熱高分液位(由55%降至40%)，增加熱高分氣在熱高分內(nèi)的停留時(shí)間，減少重?zé)N夾帶量；②在氫油比有保障的情況下，優(yōu)化控制循環(huán)機(jī)轉(zhuǎn)速；③控制摻渣量，調(diào)節(jié)減四線等稀釋油的比例，避免各組分大幅波動(dòng)；④制定冷低分油帶水處理預(yù)案，在分離不好時(shí)，減少注水量，經(jīng)調(diào)整后再提高注水量，減少帶水對(duì)分餾系統(tǒng)的影響。

通過一系列的優(yōu)化調(diào)整，冷低分油沒有再出現(xiàn)大量帶水、影響分餾系統(tǒng)操作的情況。

2.3 循環(huán)氫脫硫塔易發(fā)泡

開工后，多次發(fā)生循環(huán)氫脫硫塔內(nèi)胺液發(fā)泡、胺液進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分離罐的情況，嚴(yán)重威脅裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。這是由于循環(huán)氫純度低、循環(huán)量大，導(dǎo)致循環(huán)氫脫硫塔差壓偏高，脫硫塔差壓一般為30 kPa左右，一旦超過33 kPa就容易發(fā)泡。

針對(duì)上述問題，采取了以下措施：①優(yōu)化氫氣外管，將低純度乙烯氫氣送至柴油加氫裝置，渣油加氫的新氫采用PSA高純度(大于99.2%)氫氣；②監(jiān)控循環(huán)氫純度，保證其純度在85%以上，一旦純度低于該指標(biāo)，即增加廢氫馳放量；③制定循環(huán)氫脫硫塔發(fā)泡處理預(yù)案，在循環(huán)氫脫硫塔差壓大于33 kPa時(shí)開大副線，減少胺液進(jìn)塔量。

通過一系列的優(yōu)化調(diào)整，循環(huán)氫脫硫塔沒有再出現(xiàn)胺液發(fā)泡的情況。

2.4 高壓換熱器結(jié)垢

渣油加氫反應(yīng)進(jìn)料與反應(yīng)產(chǎn)物高壓換熱器(E102)的管殼程進(jìn)料均為較重組分，屬易結(jié)垢換熱器，因此設(shè)計(jì)在原料中加注阻垢劑，以減緩換熱器的結(jié)垢速率。裝置運(yùn)行至2014年8月中旬后，E102的管殼程溫差均出現(xiàn)較快的下降趨勢(shì)，主要是由于隨著末期加氫反應(yīng)深度的提高，膠質(zhì)-瀝青質(zhì)膠溶體系被打破，瀝青質(zhì)中可溶質(zhì)減少，瀝青質(zhì)析出生成“干渣”[3]，在E102中形成結(jié)垢。自8月29日起，逐步提高阻垢劑加注量，E102管殼程溫差的快速下降趨勢(shì)得到一定程度的緩解。停工前，E102的反應(yīng)產(chǎn)物換后溫度已上升至378 ℃(設(shè)計(jì)溫度360 ℃)，說明加阻垢劑只能緩解E102的結(jié)垢情況，而且E102的設(shè)計(jì)換熱富裕量不夠，需考慮增加一臺(tái)高壓換熱器來解決反應(yīng)末期E102反應(yīng)產(chǎn)物換后溫度超過設(shè)計(jì)溫度的問題。

2.5 一反、二反中催化劑板結(jié)嚴(yán)重

在渣油加氫裝置運(yùn)行15個(gè)月后，催化劑上堆積了168 t金屬(Ni+V)，大部分堆積在一反、二反的催化劑上，一反和二反底部卸出的催化劑呈金屬光亮色，說明隨著金屬的堆積，催化劑出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。在運(yùn)行的中后期，一反、二反下部先后出現(xiàn)的溫度熱點(diǎn)亦印證了催化劑的板結(jié)。

由于一反、二反中催化劑的板結(jié)，停工后，卸劑十分困難，下部催化劑完全依靠人工，用風(fēng)鎬一塊一塊鑿出，一反、二反的裝卸劑時(shí)間比三反、四反多10天左右，成為制約裝置檢修時(shí)間的關(guān)鍵因素。

3 結(jié) 論

(1) 渣油加氫裝置的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，催化劑體系具有較高的脫雜質(zhì)活性和加氫活性，加氫渣油的密度、硫含量、氮含量、殘?zhí)亢徒饘俸烤_(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值，是優(yōu)質(zhì)的催化裂化原料。

(2) 針對(duì)裝置原料劣質(zhì)化、熱高分氣夾帶重?zé)N、循環(huán)氫脫硫塔發(fā)泡及高壓換熱器結(jié)垢等情況，采取相應(yīng)的對(duì)策，取得了較好的效果，初步解決了裝置高苛刻度運(yùn)行過程中存在的問題。

[1] 袁勝華.延長固定床渣油加氫裝置運(yùn)轉(zhuǎn)壽命的措施和方案[R].北京：石化干部管理學(xué)院，2016：177

[2] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004：1133-1175

[3] 李春年.渣油加工工藝[M].北京：中國石化出版社，2002：370-371

HIGH SEVERITY OPERATION ANALYSIS OF RESIDUE HYDROTREATING UNIT

Zhang Haichun

(RefineryofSINOPECYangziPetrochemicalCo.Ltd.Nanjing210048)

The first cycle operation of 2.0 Mt/a residual oil hydrotreating unit in SINOPEC Yangzi Petrochemical Co.Ltd. was analyzed.The operation results for 15 months show that in the case of capacity 104% of the design load，F(xiàn)ZC series catalysts showed good activities in hydrogenation and metal removal.The density，contents of S and N，residual carbon，asphaltene and metals (Ni+V) of the product can meet or even be better than the design values and can be used as a catalytic cracking feed.The negative effects of the inferior raw material，the heat high pressure separator gas entrainment with heavy hydrocarbon，and the circulating hydrogen desulfurization tower foaming，and the high pressure heat exchanger fouling are all overcome by taking corresponding optimization measures.

residue； hydrotreating； operation analysis； optimization measures

2016-07-01； 修改稿收到日期： 2016-11-16。

章海春，高級(jí)工程師，從事煉油技術(shù)管理工作，已發(fā)表論文3篇。

章海春，E-mail：zhanghch.yzsh@sinopec.com。