2.0 Mt/a渣油加氫裝置長周期運行分析

朱金忠 張建明 莊強 韓坤鵬 劉鐵斌

摘 ?????要：?中國石化揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置已成功運轉了3個周期，在前2個周期運轉經驗的基礎上，通過采用新型催化劑、優化催化劑級配體系等措施，第三周期實現了609天的長周期運轉。工業應用表明，加氫催化劑及其級配體系具有較好的加氫性能和穩定性，對原料油性質波動具有較強適應性，加氫常壓渣油中硫、殘炭、金屬及氮含量均滿足產品設計指標要求，優化措施能夠實現裝置長周期穩定運轉。

關 ?鍵 ?詞：渣油加氫;加氫催化劑;催化劑級配;長周期運轉

中圖分類號：TE?624???????文獻標識碼：?A ??????文章編號： 1671-0460（2020）03-0721-04

Analysis on?Long-Term Running of 2.0?Mt/a Residue Hydrotreating Unit

ZHU?Jin-zhong¹， ZHANG Jian-ming¹， ZHUANG Qiang¹， HAN Kun-peng²， LIU Tie-bin²

（1.?Sinopec Yangzi Petrochemical Co.， Ltd.， Nanjing Jiangsu 210048， China;

2.?Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Dalian?Liaoning 116000， China）

Abstract： ?The residue hydrotreating unit in Sinopec Yangzi Company successfully ran for three cycles. On the basis of the previous 2 cycles running experience， the 3rd cycle achieved?609-day long-term running by the application of new hydrotreating catalysts and the optimization of catalysts grading. The commercial operation demonstrates that hydrotreating catalysts and the catalysts grading have well hydrotreating performance and stability， strongly adapt to the properties fluctuation of residue. And the content?of sulfur， carbon residue， metal and nitrogen in hydrotreating atmospheric residue can meet the design requirements of product. The long-term and stable running of the unit had been achieved by using the optimization measures.

Key words： ?residue hydrotreating; ?hydrotreating catalysts;??catalysts grading; ?long-term running

渣油富集了原油中大部分的硫、氮、金屬等雜質以及膠質、瀝青質等大分子，通過渣油加氫技術可有效脫除渣油中雜原子并降低殘炭值，加氫后渣油可作為催化裂化裝置的優質進料，提高汽、柴油等高附加值輕質油品的液體收率，實現重油高效轉化利用^[1]。中國石化揚子分公司（以下簡稱揚子分公司）2014年建成一套2.0 Mt/a渣油加氫脫硫裝置，該裝置采用中國石化大連（撫順）石油化工研究院（FRIPP）開發的S-RHT渣油加氫成套技術設計建造，裝置反應部分由單系列4臺固定床反應器構成，以減壓渣油、直餾重蠟油以及部分焦化重蠟油為混合原料油。截至2019年12月裝置已成功運轉了3個周期，第一周期在較高苛刻度下共運轉了450天，通過采取優化措施第二周期相比第一周期運轉時間延長，為550天^[2]。在前2個周期的成功運轉經驗基礎上，通過進一步采取技術優化措施，實現了渣油加氫裝置更長周期運轉，第三周期運轉時間達到了609天。以下對揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第三周期運轉情況進行分析，總結該裝置長周期運轉的經驗，為后續煉廠裝置長周期運轉提供技術支撐。

1 ?裝置長周期運行技術措施

1.1 ?新型高效催化劑開發

在渣油加氫過程中，原料中鐵、鈣等金屬脫除后容易以鐵、鈣硫化物的形式沉積在催化劑外表面或催化劑顆粒間，堵塞催化劑孔道、降低床層空隙率，降低催化劑表觀加氫活性，還會引起床層壓降上升，影響裝置長周期運行^[3-4]。針對該特點，FRIPP開發了新型加氫保護催化劑及其S-Fitrap保護催化劑組合體系^[5-6]。其中，FGF-01/FGF-02保護催化劑具有毫米級孔道結構、高孔隙率、高外表面積等特點，在改善物流分布的同時增強了對機械雜質等垢物過濾能力;加氫脫鐵/鈣保護催化劑具有微米級孔道結構、較高空隙率和外表面積等特點，能夠捕捉和容納更多的鐵、鈣等金屬雜質。在此基礎上，通過將各單一功能的保護催化劑有機組合起來，形成了“毫米級-微米級-百納米級-幾十納米級”S-Fitrap保護催化劑體系，同時包含了物理過濾和化學沉積復合功能，實現了擴散性-活性-穩定性之間的平衡。

新型脫金屬催化劑具有大孔徑、高比表面積等特點，在強化了脫除和容納金屬能力的同時還兼具一定膠質、瀝青質等大分子物質加氫轉化的能力。高活性加氫脫硫、脫殘炭催化劑孔徑分布進一步集中，增強了加氫脫硫、脫氮和膠質瀝青質等大分子加氫轉化的能力，同時還提高了對金屬沉積的耐受力。

1.2 ?催化劑級配體系優化

基于前2個周期的運轉經驗，FRIPP對裝置第三周期的催化劑級配體系進一步優化，催化劑級配優化方案見表1。

通過采用新型加氫保護催化劑及S-Fitrap技術，在相同空間體積下加氫保護催化劑體系對鐵、鈣、機械雜質等垢物有更強的脫除和容納能力，因此第三周期略微減少了加氫保護催化劑的裝填比例，以充分利用加氫反應器體積空間。主催化劑方面選用最新開發的高活性脫硫、脫殘炭催化劑，并將一部分脫硫催化劑替換為脫殘炭催化劑。因此，優化后的催化劑級配方案一方面能夠滿足裝置整個運轉周期對金屬和積炭等沉積物容納需求，另一方面又能夠滿足裝置整體加氫性能達到產品技術指標的要求，以實現裝置的長周期運轉。

1.3 ?裝置操作優化

渣油加氫裝置反應溫度具有“不可逆”的特點，在裝置運轉末期容易出現床層壓降快速升高以及“熱點”等問題，如果裝置操作波動較大，很可能縮短催化劑使用壽命，因此在裝置運轉過程中應該保證裝置能夠穩定運行。首先，需要控制好原料油性質，避免原料油金屬、殘炭值等大幅度波動的情況;其次，需要穩定裝置新氫壓力，保證裝置用氫量，避免原料油摻渣比例（以大于538 ℃餾分為準）大幅調整，為裝置長周期運行創造必要條件。

2 ?工業裝置應用效果

2.1 ?裝置生產概況

揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第三周期采用FRIPP研發的新一代FZC系列渣油加氫處理催化劑，累計運行609天，分別較第一周期和第二周期分別延長159天和59天，并超計劃運行109天，見表2。

從表2可以看出，該裝置第三周期共加工原料油3.726 Mt，其中大于538 ℃減壓渣油加工量為1.958 Mt，平均摻煉比例為52.55% （wt）。與第二周期相比，裝置第三周期原料油和大于538 ℃減壓渣油加工量分別提高13.06%、2.691%，并且單位質量催化劑加工大于538 ℃減壓渣油的量有所增加。由此可知，適當降低混合原料油中減壓渣油的摻煉比例，不僅有利于裝置長周期運轉，還可進一步提高加氫催化劑的有效利用效率，充分發揮催化劑的加氫性能。

2.2 ?裝置運行分析

圖1為渣油加氫裝置第三周期主要進料量變化情況。

從圖1可以看出，第三周期裝置進料較為平穩，整個周期內平均進料量為255.8 t/h，為設計加工負荷的102.3%。其中，整個周期內減壓渣油平均進料量為129.8 t/h，直餾重蠟油平均進料量為69.9 t/h，焦化蠟油平均進料量為17.8 t/h，催化劑中油平均進料量為12.5 t/h。由此可見，催化劑加氫性能及級配方案能夠同時滿足裝置滿負荷生產和長周期運轉的需求，提高企業經濟效益。

圖2為渣油加氫裝置第三周期原料中金屬鐵、鈣含量變化情況。從圖2可以看出，裝置第三周期內原料鐵、鈣含量波動幅度較大，其中鐵含量長期處于超標狀態。然而，該裝置第三周期依然實現了長周期運轉，說明FRIPP開發的新型加氫保護催化劑以及Fittrap體系具有較強的捕捉和容積鐵、鈣等垢物的能力，能夠形成有效的梯度保護體系，充分發揮主催化劑床層的加氫性能，從而保證裝置長周期穩定運轉。

2.3??裝置產品分析

揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第三周期原料油和加氫常渣中硫、殘炭、金屬（Ni+V）和氮含量變化及脫除轉化情況如圖3-圖6所示。

從圖3可以看出，裝置第三周期原料油平均硫含量為2.88%（wt），在2.50%（wt）～3.50%（wt）范圍內波動;產品平均硫含量為0.391%（wt），低于控制指標0.450%（wt）。整個運轉周期內平均脫硫率為86.6%，加氫催化劑一直維持著較高的加氫脫硫性能。

從圖4可以看出，裝置第三周期原料油平均殘炭值為9.68%（wt），加氫常壓渣油平均殘炭值為4.35%（wt），低于產品限定值5.70%（wt），平均脫殘炭率為54.8%，加氫催化劑同樣表現出較好加氫脫殘炭性能。

從圖5可以看出，裝置第三周期原料油平均金屬（Ni+V）含量為62.3 μg·g^-1，在40 ～80 μg·g^-1范圍內波動;加氫常壓渣油平均金屬（Ni+V）含量為13.0 μg·g^-1，低于產品控制指標15.0 μg·g^-1，平均脫金屬率達到80.6%。

從圖6可以看出，裝置第三周期原料油平均氮含量為2 958 μg·g^-1，加氫常壓渣油平均氮含量為1 662 μg·g^-1，低于產品控制指標2 000 μg·g^-1，平均脫氮率達到49.5%。

工業應用表明，該裝置第三周期總體運行平穩，裝置平均進料量達到設計負荷，加氫常壓渣油能夠滿足產品控制指標要求。加氫催化劑及其級配體系具有良好加氫性能和穩定性，容金屬能力也較好，從而保證了裝置長周期運行。

3??結 論

（1）通過采用新型高效催化劑、優化催化劑級配等措施，揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第三周期實現了609天的長周期運轉。

（2）FRIPP開發的新型加氫保護催化劑及S-Fitrap保護催化劑體系對原料中鐵、鈣含量波動具有較強適應性，能夠滿足裝置長周期穩定運行的需求。

（3）與第二周期相比，揚子分公司2.0 Mt/a渣油加氫裝置第三周期雖然大于538?℃減壓渣油平均摻煉比例略微降低，但是裝置第三周期的主要加工指標如原料油總加工量、減壓渣油的加工量均較高于裝置第二周期，提高了企業經濟效益。

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