渣油加氫裝置裝置單系列運行分析

趙哲甫（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

渣油加氫裝置裝置單系列運行分析

趙哲甫（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

中國石化海南煉油化工有限公司渣油加氫裝置。310萬噸/年催化原料預(yù)處理裝置（RDS）共有兩列，目前每列有兩個反應(yīng)器，開工周期為330天。本裝置和國內(nèi)外同類裝置相比，設(shè)計體積空速較大（0.4h-1）。裝置所加工原料為低硫石蠟基原油的常渣/減渣（50%AR/50%VR），渣油原料的表觀性質(zhì)比較好，但相對于常規(guī)中東原油的常渣/減渣原料，該類渣油原料在加工過程中，隨著反應(yīng)溫度升高，芳香性降低，重組分（瀝青質(zhì)）比較容易聚集，導致催化劑結(jié)焦加劇以及轉(zhuǎn)化率下降。此外該原料中鐵含量非常高，沉積在催化劑的鐵具有非常強脫氫性能，會進一步加快催化劑結(jié)焦，導致反應(yīng)器壓降上升以及熱點問題。因此優(yōu)化的裝置操作以及合理的催化劑性能/級配對催化原料預(yù)處理裝置長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)非常關(guān)鍵。

渣油加氫裝置；運行；分析

1 催化劑裝填

國外公司第五代催化原料預(yù)處理催化劑設(shè)計主要基于三個方面的特點：（a）通過優(yōu)化催化劑載體的表面性質(zhì)，具有非常強的抗結(jié)焦性能，在工業(yè)裝置上表現(xiàn)出非常高的穩(wěn)定性，并很好控制了催化劑床層熱點/壓降的風險，以及降低卸劑難度；（b）催化劑系統(tǒng)對渣油重組分有非常好加氫的選擇性，這樣不僅可以降低渣油產(chǎn)品的重組分聚集/析出風險，還可以有效利用氫氣，同時改善催化裂化裝置產(chǎn)品分布；（c）“獨特”過渡劑具有多種功能（HDM/HDS/HDCCR）和極高的穩(wěn)定性，這種多功能的特點可以提高對不同類型的渣油原料的適應(yīng)性。以上三種特點，對于本裝置低硫石蠟基渣油原料來說，具有很好的針對性。

2 裝置運行情況

2.1 裝置原料

本裝置原料為低硫石蠟基輕質(zhì)原油的50%常渣/50%減渣混合渣油原料，主要原油的常渣/減渣料性質(zhì)見表1。從表1中可以看出，這些原油的渣油原料主要有四個特點：(a)渣油原料硫含量低，殘?zhí)?硫比值較高，通常該比值越高，渣油重組分的轉(zhuǎn)化難度就越大；(b)渣油原料金屬鎳+釩含量較低，但鎳/釩比較高，通常該比值越高，金屬脫除率就越低；(c)渣油原料偏石蠟基（UOPK值高于12.0），在加工過程中，隨著渣油產(chǎn)品的芳香性會進一步降低，會導致重組分（瀝青質(zhì)）聚集；（d）渣油原料的瀝青質(zhì)含量相對較低，有利于RDS裝置長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

表1 主要加工原油的常渣/減渣性質(zhì)

其中B列第九周期的加工量，裝置進料量控制非常平穩(wěn)，在最初兩周按相對較低負荷（190t/h）操作，逐漸提高到195t/h，兩個半月后將處理量提高到200t/h。在最后兩個月，為充分利用催化劑，進一步將進料量提高到205 t/h，并維持在高負荷下運轉(zhuǎn)到停工，B列在整個周期累計總加工量為178萬噸。在運轉(zhuǎn)到56～72天時，由于催化裂化裝置消缺停工，將B列進料降低了75%負荷，并回煉部分加氫渣油。

B列第九周期的減渣摻煉比基本控制在50%以上，最高達到70%，整個周期的減渣摻煉比為56.7%。

2.2 裝置操作

（1）催化劑床層溫度

B列第九周期催化劑床層平均溫度（CAT）以及每個反應(yīng)器BAT變化情況見圖1，在前9個月控制非常緩慢的升溫速度，在B列運轉(zhuǎn)到第30天時CAT為368.5℃，270天為380.5℃，平均升溫速度約為1.5℃/月，這種升溫策略對對延緩催化劑的結(jié)焦非常關(guān)鍵，同時確保催化原料預(yù)處理催化劑的高穩(wěn)定性能充分發(fā)揮。裝置運轉(zhuǎn)270天后，為了充分利用催化劑剩余活性，并考察催化劑在較高的溫度下操作的性能（活性/穩(wěn)定性），以較高的速度（4.4℃/月）升溫，直到裝置停工前CAT達到了396.1℃。在運轉(zhuǎn)的最后一個月，B列在392-396℃高溫下操作，充分考察了催化劑在高溫下的運轉(zhuǎn)性能。

圖1 RDS裝置（B列）第九周期催化劑床層平均溫度（CAT/BAT）

為降低裝置能耗，在B列運轉(zhuǎn)200天后，將兩個反應(yīng)器BAT差值也進行了優(yōu)化。在運轉(zhuǎn)開始階段將BAT差值控制在8-11℃，200天后逐漸將BAT的差值提高到18-20℃，這樣可以有效利用了反應(yīng)熱，以降低了進料加熱爐燃料氣的消耗。此外通過優(yōu)化兩個反應(yīng)器BAT差值，也很好的平衡了兩個反應(yīng)器的催化劑結(jié)焦速度。

（2）反應(yīng)器溫升

一反和二反的溫升見圖2，在裝置運轉(zhuǎn)前300天，一反溫升穩(wěn)定在18℃左右，以及二反溫升逐漸由開始階段的20℃左右的溫升上漲到24℃。裝置運轉(zhuǎn)到300天（裝置CAT達到385℃）后，隨著反應(yīng)溫度的提高，一反溫升逐漸由18℃下降到13℃，二反溫升則相應(yīng)由24℃增加到29℃。在運轉(zhuǎn)最后一月，兩個反應(yīng)器的溫升均有不同程度的下降，可見在高溫下（392-396℃）操作，催化劑失活速度加快。

圖2 RDS裝置（B列）第九周期的催化劑床層溫升

為了更好理解在反應(yīng)器內(nèi)不同位置的催化劑狀態(tài)，將兩個反應(yīng)器分成四個部分：一反上部（脫金屬劑部分）、一反下部/二反上部（過渡劑部分）、以及二反下部（深度脫硫劑部分）。從兩個反應(yīng)器上下床層的溫升變化情況來看，裝置運轉(zhuǎn)到300天后，一反R-101B總溫升下降主要是由一反下部（過渡催化劑）的溫升下降導致的，而上部脫金屬催化劑溫升則保持相對穩(wěn)定，一直到裝置停工。而R-102B在運轉(zhuǎn)300天溫升相應(yīng)上漲，則主要由于二反上部過渡催化劑床層的溫升上漲貢獻。

一反下部過渡催化劑床層溫升下降，分析認為主要由于兩個方面原因：（a）在較高的溫度下運轉(zhuǎn)，沉積在催化劑鐵的脫氫性能加劇，一反中上部催化劑結(jié)焦速度加快，出現(xiàn)了偏流現(xiàn)象，導致一反內(nèi)的催化劑（尤其下部催化劑）的利用效率下降；（b）在較高的溫度下操作，加氫產(chǎn)品的芳香性降低，大分子（瀝青質(zhì)）聚集程度提高，吸附在催化劑上，脫附難度大，導致催化劑結(jié)焦加劇。

（3）反應(yīng)器壓降/徑向溫差

圖3所示為B列第九周期各反應(yīng)器的壓降變化情況。B列在運行的前300天，一反和二反的壓降保持穩(wěn)定。在運轉(zhuǎn)到80-100天時，由于渣油進料量/減渣摻煉比例的提高，兩個反應(yīng)器的壓降在此階段均有上升。在運行到300天后，B列兩個反應(yīng)器壓降同時上升，停工前的一反和二反壓降分別達到0.59MPa和0.52MPa，均小于0.7MPa。

圖3 RDS裝置（B列）第九周期的反應(yīng)器壓降變化

為了更好說明反應(yīng)器內(nèi)的偏流情況，在圖4和圖5中列出兩個反應(yīng)器的徑向溫差。由圖4可以看出一反上部徑向溫差在330天前保持穩(wěn)定，330天后逐漸上升到停工前的7.9℃。一反中部徑向溫差保持相對穩(wěn)定，而底部徑向溫差在330天后快速上漲，停工前達到9.1℃，表明一反下部床層存在偏流，也進一步驗證了一反下部溫升下降的原因。

圖5為二反徑向溫差變化情況，可以看出二反中部徑向溫差在330天前穩(wěn)定在3～6℃，330天后則最高達到17.3℃，而底部徑向溫差則逐漸上升，停工前達到12.8oC。

圖4 RDS裝置（B列）第九周期的一反徑向溫差變化

圖5 RDS裝置（B列）第九周期的二反徑向溫差變化

2.3 渣油原料/熱低分油性質(zhì)

B列第九周期加工的原料和加氫生成油（熱低分油）中的硫含量，殘?zhí)亢浚?釩含量變化情況，總體來說，加氫生成油中硫和殘?zhí)亢磕芎芎脻M足生產(chǎn)指標要求，為下游FCC裝置提供了合格的進料。加氫生成油中的鎳+釩含量則受原料總金屬含量以及鎳/釩比變化影響，當鎳/釩比較高時，加氫產(chǎn)品的鎳+釩就相對較高。

在表2中列出了B列硫、殘?zhí)恳约敖饘俚拿總€月平均脫除率和總脫除率，可見雜質(zhì)脫除率非常平穩(wěn)，但在運轉(zhuǎn)到最后一個月，在高溫下（392-396℃）運轉(zhuǎn)，所有的脫除率均有一定的下降。

表2 B列平均雜質(zhì)脫除率

3 結(jié)語

在B列第9周期的運轉(zhuǎn)過程，單元和標準公司技術(shù)人員一直保持密切溝通，在結(jié)合標準催化劑的性能特點基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化裝置操作，充分發(fā)揮了標準催化劑的性能，同時提高了裝置性能，并降低了裝置能耗；

在B列第9周期，裝置一直按較高的負荷運轉(zhuǎn)（除催化裂化裝置停工兩周外），同時減渣的摻煉比也一直保持在較高的水平，以及渣油產(chǎn)品也很好滿足催化裂化裝置要求。