渣油加氫裝置第一周期運行情況分析

陳 鍇

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部， 200540)

渣油加氫裝置第一周期運行情況分析

陳 鍇

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部， 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司3.9 Mt/a渣油加氫裝置已運行一個周期，分析第一周期裝置運行情況和主要設備存在問題，提出解決辦法，為同類裝置的運行分析及優化提供參考。

渣油加氫 催化劑 運行

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)3.9 Mt/a渣油加氫裝置是上海石化煉油改造工程的核心裝置，該裝置以常壓渣油、減壓渣油、直餾重蠟油和焦化蠟油混合油為原料，加氫處理后為下游3.5 Mt/a重油催化裂化裝置提供原料，同時副產部分柴油和石腦油等。經過加氫后的渣油性質得到大大改善，作為重油催化裂化原料可以減少催化裂化裝置的生焦量，提高輕質油品收率，改善催化裂化汽油產品性質，提高煉廠經濟效益并滿足環保要求。上海石化渣油加氫裝置采用中國石化石油化工科學研究院(以下簡稱石科院)的渣油加氫處理RHT技術數據包，由中國石化工程建設公司(SEI)設計，采用兩個反應器系列(A/B)，每列有5個反應器，A/B兩個系列可以單獨開停工。3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一、二周期使用石科院開發、中國石化催化劑有限公司長嶺分公司和淄博齊茂催化劑有限公司生產的第三代RHT系列渣油加氫催化劑。

渣油加氫裝置A系列于2012年11月26日切換渣油，B系列于12月1日切換渣油，裝置在2014年對兩個系列反應系統進行換劑檢修。為了保證渣油加氫裝置A/B列換劑時間錯開，同時考慮到第一周期運行過程中B列熱高分氣與混氫油換熱器E-1802內漏，末期循環氫壓縮機干氣密封運行情況惡化等因素，決定先進行B系列換劑檢修。渣油加氫裝置第一周期實際裝填RHT系列催化劑四大類，共13個牌號，合計1 330.93 t。

根據第一周期裝置催化劑運行情況、原料及產品性質，第二周期與第一周期相比增加兩種牌號催化劑，增加脫金屬催化劑裝填量、采用高效脫殘炭劑、降低脫殘炭劑裝填量，級配更符合裝置實際運行需要。渣油加氫第二周期實際裝填RHT系列催化劑四大類，共15個牌號，合計1 315.75 t。

B系列于2014年2月18日停工換劑，催化劑運行時間445 d，裝置檢修33 d，于3月22日投料開車。A系列于2014年6月30日停工換劑，催化劑運行時間582 d，裝置檢修37 d，于8月5日投料開車。

1 渣油加氫裝置概況

1.1 渣油加氫裝置物料分布

3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一周期共加工原料4 747.3 kt，平均負荷為99.84%，摻渣比為62.35%，較設計摻渣比61.44%高0.91%。表1為渣油加氫裝置第一周期的物料分布。

表1 渣油加氫裝置第一周期物料平衡

1.2 渣油加氫裝置能耗

3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一周期能耗情況見表2。

表2 渣油加氫裝置第一周期能耗情況

2 渣油加氫裝置運行情況

2.1 渣油加氫裝置主要運行參數

(1)渣油加氫裝置進料量

3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一周期前30 d，A/B兩列一直沒有達到滿負荷，30 d后進料量增加到設計負荷，90 d后進料量略高于設計負荷。渣油加氫裝置A/B列進料量變化情況見圖1～2。

圖1 渣油加氫裝置A列進料量變化情況

圖2 渣油加氫裝置B列進料量變化情況

(2)渣油加氫裝置提溫曲線

渣油加氫裝置運行第一周期A列換劑前催化劑的床層平均溫度(CAT)為401.5 ℃，其中一反至五反的反應器床層平均溫度(BAT)分別為391.6，397.0，402.9，406.0，405.0 ℃；B列換劑前CAT為383.9 ℃，一反至五反BAT分別為369.7，384.0，392.3，387.8，378.7 ℃。兩列一反和五反溫度均較低。一反溫度偏低主要是由于二反冷氫管線小，為控制二反溫升，裝置通過適當降低反應爐出口溫度保證二反溫升穩定。五反溫度偏低是由于下游催化裝置對原料殘炭要求不低于4.5%，五反主要為脫殘炭劑，為保證加氫常渣滿足催化要求，適當降低五反溫度，控制脫殘炭效果。

(3) 渣油加氫裝置反應器徑向溫差

渣油加氫第一周期兩列各反應器徑向溫差較小且較穩定，都在6 K以下，說明反應器物流分布較均勻，反應器泡罩的分布效果好。

(4)渣油加氫裝置反應器壓降

渣油加氫第一周期運轉前45 d，二反、三反、四反和五反壓降逐漸增加，其后隨著反應溫度的升高，壓降逐漸下降，壓降穩定在0.5 MPa以下。 A列在運行至420 d之后壓降逐步上升，二反壓降最高(見圖3)，達到0.7 MPa。此外A/B兩列反應器在運行末期均出現壓力引出點堵塞的情況，造成壓降指示波動，需要在檢修時對引出點伴熱進行整改。

圖3 渣油加氫裝置A列二反壓降變化情況

(5)渣油加氫裝置反應器溫升

第一周期兩列二反溫升較高，一反和五反溫升較低，三反和四反居中。由于控制一反及五反的反應溫度，因此造成一反及五反反應溫升較低。催化劑溫升情況見表3。

表3 渣油加氫裝置第一周期A/B列催化劑溫升情況

2.2 渣油加氫裝置設備運行情況

裝置在第一周期運行過程中主要設備經過磨合，總體運行情況平穩。

(1)原料反沖洗過濾器

裝置原料反沖洗過濾器SR-1101/1801由美國伊頓公司生產制造，每個系列10組過濾器并聯運行，每組過濾器有6個濾筒，呈梅花型，每次沖洗一個濾筒。開車初期由于反沖洗過濾器壓差大，沖洗程控閥動作頻繁，閥芯部位滲漏嚴重，通過更換閥芯填料有所好轉。為解決壓差大的問題，裝置通過手動沖洗、解體檢查等方法均效果不好，經討論分析為原料機械雜質高的原因。裝置加工原料中有部分常減壓減四線口對口供料，由于加工原油變化，減四線抽出量會相應調整。在減四線抽出量變化時，反沖洗過濾器出現明顯的壓差上升情況。通過將原料中減四線由口對口供料改至進罐區，與減壓渣油混合后送至裝置，反沖洗過濾器壓差趨于穩定，目前壓差較低，程控閥運行情況較好。但是期間幾次原料波動或者罐區罐底油翻罐，過濾器壓差均上升到700 kPa左右，導致濾后原料罐液位下降，裝置被迫降負荷，因此裝置對原料機械雜質要求較高。在防止程控閥閥芯滲漏方面，一方面裝置加強對該區域巡檢，定期對閥芯進行緊固；另一方面根據閥芯填料更換效果，每套閥芯使用周期大約為3個月，因此做好閥芯填料備件，對程控閥閥芯填料進行定期更換。

在裝置B列第二周期開工過程中，反沖洗過濾器出現原料油與反沖洗油竄料現象，表現為B列反沖洗過濾器壓差較A列低，裝置新鮮進料負荷較反應系統負荷低。排查反沖洗過濾器各程控閥閥位以及運行情況，切出一組過濾器解體檢查，分析為過濾器導向閥與濾筒間存在泄漏量，裝置通過調整反沖洗油和原料油的壓力后，竄料現象有所改善。

(2)新氫壓縮機

裝置新氫壓縮機K-1101A/B/C由美國德萊賽蘭公司設計制造，在第一周期運行過程中故障出現頻率較高，經整改及更換配件后運行正常。

開車初期新氫壓縮機K-1101A三級出口緩沖罐D-1706A在巡檢時發現放空接管與罐體角焊縫區域出現裂縫，導致氫氣泄漏。在之后的運行及檢測時間內，K-1101A/B/C 3臺新氫壓縮機級間緩沖罐均出現開裂或者缺陷情況。在對各開裂部位以及缺陷處進行處理、拆除緩沖罐頂部放空底部排污閥門和增加盲法蘭等工作后，問題得到解決，同時繼續加強對新氫壓縮機區域定期捉漏。

開車初期新氫壓縮機K-1101C出現一級出口壓力高的情況，經過更換氣閥、活塞環填料等措施，仍沒有改善。對壓縮機解體檢查的過程中發現二級活塞頭背面出現裂縫，導致余隙增大，引起一級出口壓力高。更換備件后又出現活塞頭背面開裂情況，為此更換實心活塞頭，并且對3臺壓縮機二級活塞頭全部進行更換。K-1101A二級活塞頭更換后，新氫壓縮機運行情況正常。在此期間新氫壓縮機二級出口安全閥多次出現內漏情況，為此裝置對壓縮機一級、二級、三級出口安全閥準備備件，出現內漏及時更換，進行檢修。

在裝置運行中期新氫壓縮機K-1101A因三返一線壓力表焊縫泄漏切至K-1101C檢修，在K-1101A檢修結束置換過程中，新氫壓縮機K-1101B一級氣缸端蓋螺栓5根發生斷裂，氫氣泄漏。裝置緊急停K-1101B，進料負荷調整維持系統壓力，同時K-1101A緊急投用。經材質分析端蓋螺栓存在缺陷，因此對3臺新氫壓縮機一級氣缸端蓋螺栓進行更換，并對二級、三級氣缸端蓋螺栓進行檢測。

3 渣油加氫裝置B列第一周期換劑檢修情況

為了保證渣油加氫裝置A/B列換劑時間錯開，同時考慮到第一周期運行過程中B列熱高分氣與混氫油換熱器E-1802內漏，末期循環氫壓縮機干氣密封運行情況惡化等因素，決定對B列進行換劑檢修工作。B列換劑檢修過程卸劑用時14 d，裝劑用時8 d，實際裝填RHT系列催化劑五大類15個牌號，共計666.1 t。此次裝置B列換劑過程中對第一周期運行過程存在問題進行處理，包括：(1)B列進料部分流量孔板指示不準；(2)B列循環氫壓縮機轉速低及干氣密封泄漏量大；(3)B列熱高分氣與混氫油換熱器E-1802內漏；(4)B列冷低分D-1806油水分離效果差。

3.1 B列循環氫壓縮機檢修

B系列的循環氫壓縮機K-1802/ST是由沈陽鼓風機集團股份有限公司生產的單缸、單段、8級、垂直剖分式、蒸汽輪機驅動的離心壓縮機，汽輪機是由杭汽生產的背壓式汽輪機。在第一周期運行過程中主要存在以下問題：(1)汽輪機轉速逐步下降，輪室壓力升高，汽輪機能力不足；(2)驅動端干氣密封主密封氣泄漏較大。

在汽輪機開缸后發現：進汽過濾網內網破損，主汽閥過濾網有雜物，流通部分沒有發現結垢情況，內外汽封沖蝕情況嚴重，許多部位汽封片已經全部沖蝕掉，轉子葉片也有較多的沖蝕麻點等現象。判斷汽輪機能力不足是由于沖蝕嚴重，造成蒸汽不能完全從正常流道中做功，影響汽輪機的能力，造成轉速降低。因此將內缸、轉子、上缸蓋等外送杭州汽輪機股份有限公司修理。

在更換壓縮機干氣密封過程中，現場拆卸舊密封后發現：前后端干氣密封主密封氣環槽內都有凝液(油)現象，主密封氣過濾器、除濕器底部都有積液。說明干氣密封有帶液(油)現象，引起干氣密封的泄漏量增大。經分析主密封氣為飽和狀態，由于主密封氣溫度下降，進入干氣密封系統時可能使凝液析出造成積液。因此在主密封氣管線上加蒸汽伴熱和保溫，保證主密封氣在進入干氣密封系統時溫度達到80～100 ℃，凝液無法形成，保證干氣密封系統干燥。

3.2 B列高壓換熱器檢修

B列熱高分氣與混氫油換熱器E-1802為螺紋鎖緊環形式的高壓換熱器，在第一周期運行初期就發現E-1802管殼程有內漏現象，主要是：(1)B列冷高分油水分離效果差；(2)B列冷低分油相量大于A列；(3)B列冷低分油分析硫含量及密度明顯高于A列。

在本次檢修中，首先對E-1802換熱器進行了解體，發現：(1)螺紋環外壓圈有明顯的劃痕，導致密封盤密封效果差；(2)頂壓螺栓全部松動，導致管殼程密封效果差；(3)管程分程箱隔板出現變形，導致管程分隔差；(4)管板纏繞墊片損壞嚴重，導致管殼程密封效果差。

在E-1802檢修結束進行殼程水壓實驗過程，出現壓力無法建立，經排查發現反應產物與混氫油換熱器E-1801也存在內漏現象，裝置增補檢修內容。由于停車過程未對E-1801進行注油工作，因此在拆卸外壓緊螺栓時有21根咬死無法拆除。檢修過程發現頂壓螺栓全部松動，導致管殼程密封效果差，分析原因為出廠前安裝未達到要求緊力以及裝置開停工過程熱脹冷縮造成。

3.3 B列冷低分整改

裝置在第一周期運行過程，B列冷高分D-1805、冷低分D-1806均存在油水分離不清的情況，主要是：(1)冷低分酸性水帶油影響下游酸水汽提裝置操作；(2)冷低分油帶水影響分餾系統進料溫度及柴油水分分析。

在對冷高壓分離器D-1805進口除沫器、內部凝聚器進行檢查及更換過程發現，內部凝聚器側篩網油泥較多，與高壓換熱器E-1802內漏有一定關系。

在對冷低壓分離器D-1806進行檢查發現，D-1806內部也含有少量的油泥，同時對儀表引出口進行了疏通，更換除沫器。針對D-1806油相分液包油水分離效果差的情況，對D-1806內部進行整改，在注水倉至油相倉部分增加了防沖擋板，擋板下沿接近分液包，降低對油相的沖擊，提高油水分離效果。

3.4 B列熱高分增加蒸汽伴熱

由于熱高分底部為升溫“死角”，在開車升溫過程中熱高分底部溫度上升緩慢，為保證裝置開車過程中熱高分表面溫度可以達到最低升壓溫度，裝置在B列熱高分D-1803增加外盤管伴熱以及4支現場雙金屬溫度計。在裝置開車準備時就將伴熱蒸汽投用，充分預熱D-1803，同時通過現場雙金屬溫度計觀察D-1803表面溫度，在此次B列開車過程中效果明顯，縮短系統升溫時間。

4 運行效果分析

4.1 第三代RHT系列催化劑反應性能

3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一周期原料油和加氫常渣的硫含量、金屬鎳+釩(Ni+V)含量和殘炭值的變化情況分別見圖4～6。從圖中可以看出：原料油硫質量分數為3.0%～4.0%，殘炭值主要集中在10.0%～12.0%，金屬(Ni+V)含量為60～140 mg/kg，波動較大。第一周期加氫原料的硫平均質量分數為3.62%，平均殘炭值為11.4%，平均金屬(Ni+V)含量為79.6 mg/kg。

產品加氫常渣性質見表4，加氫常渣的硫平均質量分數為0.536%；金屬(Ni+V)含量均在20 mg/kg以下，近期大都在10 mg/kg左右；平均殘炭值為5.19%，能夠滿足催化裂化裝置進料的要求。第一周期催化劑脫硫、脫殘炭、脫氮、脫金屬效果見表5。

圖4 原料油和加氫常渣硫含量變化情況

圖5 原料油和加氫常渣金屬(Ni+V)含量變化情況

圖6 原料油和加氫常渣CCR變化情況

表4 渣油加氫裝置第一周期產品加氫常渣性質

表5 渣油加氫裝置第一周期催化劑使用效果 %

4.2 渣油加氫裝置摻煉催化柴油

為緩解催化柴油出路困難的情況，制定渣油加氫摻煉催化柴油方案，一方面消耗部分催化柴油，另一方面為渣油加氫兩系列原料調整做準備。2013年6月初裝置A列摻煉催化柴油12 t/h，反應進料泵及反應器運行情況良好，裝置耗氫以及一反溫升略有上升，柴油十六烷指數由45降至42，柴油質量略有波動。裝置加強對柴油質量的調整工作，同時做好催化柴油同時進兩個系列的摻煉方案。裝置開始催化柴油同時進裝置A/B兩個系列，將催化柴油摻煉量逐漸提至25 t/h，后又將催化柴油摻煉量逐漸提至30 t/h。對柴油產品質量的影響主要在柴油的十六烷指數上，從原來的40降低到37左右，此外柴油的硫含量略有下降。在第三階段提高摻煉催化柴油的過程中，當柴油抽出量提至55 t/h時，柴油的銅片腐蝕不合格，分析原因主要是因為在試驗過程中，分餾系統調整操作出現波動，脫硫化氫汽提塔塔底汽提蒸汽量沒有及時調整造成柴油銅片腐蝕不合格，在經過對分餾系統的操作調整后，柴油銅片腐蝕合格?？偟膩碚f在催化柴油30 t/h摻煉量下，渣油加氫裝置摻煉催化柴油的方案是仍然可行的。裝置在2014年持續進行催化柴油的摻煉工作，催化柴油摻煉量在10～35 t/h，由于催化柴油借用開工柴油管線進裝置，因此裝置在單系列換劑檢修過程停止催化柴油摻煉，并在檢修過程做好催化柴油分別進A/B系列的甩頭，待外管具備條件可直接引催化柴油進裝置。

5 結論

(1)上海石化3.9 Mt/a渣油加氫裝置第一周期運行總體平穩，B列運行445 d，A列運行582 d，平均負荷99.84%，產品質量合格。裝置所使用的催化劑加氫性能良好，加氫常壓渣油可以作為合格的催化裂化原料。

(2)裝置第一周期運行過程發現的問題在此次換劑檢修過程均得到解決，通過此次換劑積累了寶貴的經驗，為下一階段換劑檢修打好基礎。

(3)在第一周期裝置運行過程中，RHT系列催化劑，在較低溫度時反應活性較高，能達到雜質脫除的要求。根據第一周期原料及產品性質，第二周期B列催化劑級配進行調整，符合裝置實際生產需要。

中國煤(甲醇)制烯烴項目甲醇消費增長

亞化咨詢研究表明，中國2019 年底前建成投產可能性在50%以上的中國煤/甲醇制烯烴項目(CTO/MTO) 項目有45 個，其中22 個項目將新增甲醇消費,預計2019年中國CTO/MTO 甲醇消費將達26.32 Mt/a。

由于甲醇原料完全外購的CTO/MTO項目甲醇需求量巨大，需要便利的運輸條件與倉儲設施，因此中國新增甲醇消費的CTO/MTO 項目大部分位于遼寧、山東、江蘇和浙江等地區，靠近港口，而部分外購甲醇的項目則主要位于現有煤制甲醇的聚集地——寧東、榆林和鄂爾多斯。對于部分外購甲醇的CTO/MTO 項目，為了確保甲醇的穩定和低價供應，擁有煤炭資源的業主往往規劃后續裝置，補足原料甲醇產能。

2014 年3 月，中煤能源集團有限公司公告，其全資子公司中煤鄂爾多斯能源化工有限公司擬建設圖克氣化島及相關工程項目，該項目是中煤圖克大化肥項目二期工程，并通過長輸管線為蒙大新能源500 kt/a工程塑料項目甲醇原料合成提供4.1×109m3/a合成氣。

神華寧夏煤業集團4 Mt/a間接液化煤制油項目生產的合成氣在用于費托合成之外，還生產2.2×109m3/a合成氣用于1.0 Mt/a甲醇裝置。在原有兩套甲醇裝置產能(共計850 kt/a)的基礎上，該合成氣制甲醇裝置在2016 年建成后，將完全滿足神華寧夏煤業集團甲醇制丙烯(MTP) 二期項目的原料需求。

對于完全外購甲醇MTO 項目，鎖定供應穩定且價格合理的甲醇原料來源是最重要的課題。因為單個裝置甲醇需求量巨大，也為了分散供應渠道單一的風險，預計此類項目將積極尋求多元化的甲醇供應，既采購國產甲醇，也采購進口甲醇。

2015 年中國將投產的9 個煤(甲醇)制烯烴項目中，僅有蒲城清潔能源、青海鹽湖與寧夏寶豐3 個項目屬于一體化煤制烯烴，而另6 個項目——山東神達、陽煤恒通、中煤蒙大、久泰能源、神華榆林和浙江興興將新增9.08 Mt/a甲醇需求量，預計2015 年中國甲醇行業將出現產銷兩旺的局面。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Bayer新的TDI生產裝置投產

Bayer材料科學在德國西部Chempark Dormagen的300 kt/a甲苯二異氰酸酯(TDI)新裝置開始工業化生產，其產品將在歐洲市場上出售。該裝置采用Bayer的氣相法工藝技術，與采用常規工藝的同等規模裝置相比，可節能60%以上，溶劑消耗可節省80%。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Analysis on Operation Situation of Residue Hydro-processing Unit in the First Period

Chen Kai

(PetroleumRefineryDivision，SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

The 3.9 Mt/a residue hydro-processing unit in SINOPEC Shanghai Petrochemical Co., Ltd. finished running of the first period. The operation situation of plant, existing problems in main equipment and the solutions were reviewed to provide reference for operation analysis and optimization of similar units.

residue hydrogenation, catalyst, operation

2014-11-15。

陳鍇,男，1985年出生，2005年畢業于華東理工大學化學工程與工藝，本科，工程師，主要從事加氫裝置工藝技術管理工作。

1674-1099 (2015)01-0039-06

TE624

A