單系列渣油加氫煉廠渣加換劑生產方案優化

王偉　陳光

摘????? 要：目前渣油加氫催化劑使用壽命與全廠檢修周期不同步，僅有一套渣油加氫裝置的煉油廠，在渣油加氫裝置停工換劑時，致使全廠的汽柴油生產和渣油平衡變得相當困難。為完成渣加停工換劑工作，某煉廠在停工換劑前，對全廠的加工變化進行預測。通過采購低硫原油和低硫蠟油做好物料配置，保證全廠加工流程在渣加停工期間的處理量，降低了渣加停工對經濟效益的影響。

關? 鍵? 詞：渣油加氫;硫平衡;加工流程;停工

中圖分類號：TQ206?? ???文獻標識碼： A?? ????文章編號： 1671-0460（2020）07-1452-04

Optimization of Production Plan During the Shutdown

of Residue Hydrogenation Unit in a Refinery

WANG Wei1， CHEN Guang2

（1. Sinopec Jiujiang Branch， Jiujiang Jiangxi 332004， China;

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

Abstract： At present， the service life of residual hydrogenation catalyst is not synchronized with the overhaul cycle of the whole plant， for a refinery with single residual hydrogenation unit， when the residue hydrogenation unit is shut in order to replace the catalyst， the balance control between gasoline and diesel production and residue becomes difficult. In order to complete the replacement work of residue hydrotreating catalyst， before the catalyst replacement in a refinery， the processing change of the whole plant was predicted. By purchasing low sulfur crude oil and low sulfur wax oil， the processing capacity of the whole process during the shutdown was ensured; the effect of residue hydrotreating unit shutdown on economic benefit was reduced.

Key words： Residual hydrogenation; Sulfur balance; Process flow; Shutdown

近年來，隨著國家汽柴油標準的提高，各地建設了多套的固定床渣油加氫裝置。渣油加氫裝置能顯著改善蠟渣油性質，增強煉廠對原油的適應性，增加輕質油產率，還有利于生產清潔汽油產品。但由于渣油加氫裝置催化劑壽命運行周期一般在一年到兩年，而煉廠的檢修周期一般在三到四年，由于周期不同步，使得部分僅有一套渣油加氫裝置的煉油廠，在渣油加氫裝置停工換劑時期，致使全廠的清潔汽油生產和渣油平衡變得困難^[1-2]。

1? 停工換劑期間加工瓶頸

某煉廠170萬t·a^-1的渣油加氫裝置在2015年建成后，2018年年底因催化劑壽命運行周期與煉廠檢修周期不匹配，需要單獨停工換劑。該煉廠有兩套常減壓裝置，皆為500萬t·a^-1的處理能力，年加工原油控制在800萬t。

該煉廠原油中渣油收率平均值28%，正常工況下渣油的加工途徑為45%進入渣油加氫，35%進焦化，20%進溶劑脫瀝青。正常運行時，為“大加氫，小焦化”的加工路線，在渣油加氫裝置停工時，不能通過簡單的做大焦化裝置負荷實現渣油平衡。為實現整體流程的穩定運行，在裝置換劑期間需要大幅度調整加工流程和原料，換劑期間的裝置運行和物料管理均有很大難度。根據測算，渣油裝置停運期間，占原油收率11%的渣油不能轉化為蠟油進入二次加工裝置。如根據以往的其他煉廠經驗，需要陪停部分裝置，大幅壓減整體加工量實現全廠加工流程的物料平衡，一方面大幅度影響煉廠的運營創效，另一方面大規模動改加工流程造成裝置運行風險的大幅提高。

渣油加氫裝置換劑工作量大，裝置存在4個反應器，本周起催化劑裝填量高達650 t，加上裝填的瓷球和沉積的重金屬，以及床層殘存蠟油，卸劑量高達1 300 t。同時臨氫系統多，涉及面廣，停工檢維修項目多，停工檢修一般在一個月以上，所以不能簡單通過罐區收儲上下游物料實現渣油加氫停工期間的物料平衡。

2? PIMS預測

渣油加氫工藝較焦化脫碳工藝更能適應加工硫含量高的原油，加氫路線的液體產品和輕質油收率遠較焦化路線高。在正常工況下，渣油加氫裝置加工渣油硫脫除率為85%，因此渣油加氫裝置換劑期間，全廠上對脫硫加氫能力減弱，流程上加工原料適應性變差，確保下游汽柴油產品質量也是難點之一 ^[3]。

某煉廠為做好首次渣油加氫裝置停工換劑期間的安全生產，保證換劑期間其他裝置安全運行，環保排放達標，應用PIMS軟件預測多種全廠不同生產工況物料平衡，做好計劃方案。以當月原油加工量與產品配置為基準，根據原油市場價格，測算多個對應渣油加氫裝置停工前后的月度加工方案。

根據PIMS方案預測，渣油加氫停工期間催化原料硫含量會有明顯增長，同時需要增開選擇性加氫裝置3^#加氫。

PIMS預測匯總見表1、表2。

3? 停工換劑期間原料性質

3.1? 原油性質

渣油加氫裝置停工后，為保證產品質量受控，采購6.0萬t低硫南巴原油，在渣加裝置停工期間南巴原油與原有原油進行混煉，降低原油硫含量，低硫蠟油和加氫重油進催化原料混煉，降低催化裂化裝置原料硫含量。

3.2? 催化原料

正常工況下，加工流程上的兩套催化裝置原料為加裂尾油、直餾蠟油和加氫重油。渣加停工后，為平衡全廠加工流程，1^#催化原料主要是加裂尾油、直餾蠟油、外購蠟油、焦化蠟油和部分溶脫蠟油，同時為控制殘炭摻煉10 t·h^-1常壓重油;2^#催原料主要為加裂尾油、直餾蠟油、外購蠟油和部分溶脫蠟油。

從原料性質來看，1^#催化因加工焦化蠟油和常壓渣油，芳烴、金屬含量上升，殘炭、膠質、瀝青質含量下降;2^#催化因摻煉溶脫蠟油，芳烴上升，飽和烴、膠質、瀝青質、殘炭、金屬含量下降，見表4。

3.3? 焦化原料

渣油加氫停工后，根據重油平衡情況，焦化裝置渣油摻煉量增加，原料中硫含量基本不變，金屬鎳、鐵、鈉含量下降，四組分中飽和烴含量上升，膠質含量下降，殘炭和芳烴基本維持不變，對焦化裝置主要影響裝置負荷，對原料性質影響較小。

4? 停工換劑期間生產組織

4.1? 重油平衡

渣加停工換劑期間，溶脫、焦化維持裝置最大負荷，溶脫處理量平均值控制在最大負荷62 t·h^-1，焦化實行“21 h”生焦，盡全力消化渣油庫存，兩套裝置均達到110%負荷。通過罐區提前預備儲存空間，收儲部分渣油。在總處理量下降至95%正常處理量情況下，實現了渣油的平衡，見表5。

為補足因渣油加氫停工后產生的二次蠟油缺口，按照測算后的方案策劃，在渣油加氫裝置停工前采購一部分低硫蠟油，同時將部分渣加產品加氫重油改至重油罐區收儲。通過提前儲存和采購蠟油實現了蠟油的平衡。

渣油庫存日平均上漲840 t，渣油庫存于1月10日達到最高，當日庫存為27 849 t，11日渣油庫存開始逐步下降，為穩定渣油庫存，分別于12月23日和12月29日以燃料油出廠部分渣油。蠟油庫存日平均下降1 180 t，蠟油庫存于1月2日達到最低，當日庫存為15 878 t。

4.2? 汽油生產

渣油加氫裝置一旦停工，催化裂化裝置原料供應難以維持，將嚴重影響全廠清潔汽油的生產。結合渣油加氫停工造成的汽油加工瓶頸^[4]，采取以下優化調整措施：一是優化兩套催化原料組成，摻煉低硫的加裂尾油和外購蠟油，從源頭上控制汽油硫含量，換劑期間兩套催化汽油硫含量分別為550、530 mg·kg^-1;二是結合兩套催化汽油產量，動態優化汽油選擇性加氫與S Zorb兩套裝置的組合操作，使加氫精制重汽油進吸附脫硫，保證催化汽油硫含量脫除率;三是適當降低重整裝置負荷，同時二甲苯按最大抽出量（約27 t·h^-1）控制，保證汽油芳烴含量受控;四是加氫裂化輕石腦油調和汽油，輔以外購MTBE和工業異辛烷，確保汽油辛烷值與烯烴含量合格。

渣油加氫停工期間，相關汽油產品的性質如表6所示。

與正常加工流程相比，主要表現為催化汽油硫含量上升。裝置停工前，兩套催化汽油硫質量分數為220 mg·kg^-1，根據預測，如不采取控制措施，催化汽油硫質量分數將上升至700 mg·kg^-1。在原有加工流程中，催化汽油經輕重切割后，重汽油進入吸附脫硫，再進入汽油池，輕汽油進入脫硫醇后，再進入汽油池。

4.3? 柴油生產

催化柴油（簡稱催柴） 是催化裂化的重要副產物，富含芳烴，尤其是多環芳烴。隨著燃油質量快速升級，催柴已難以作為車用柴油的調和組分。同時柴油市場持續低迷，壓減催柴是煉廠主要的優化方向。在正常渣加運轉時，由渣加和加裂同時摻煉催柴，提高汽油轉化率，提高催柴品質^[5]。

渣加停工后，一方面是缺少渣加裝置加工占比20%的催化柴油，另一方面是渣加停工后，催化裝置原料整體變重，催化柴油的硫含量和不飽和程度上升。

為了平衡柴油加工流程變化，避免催化柴油性質變化造成柴油加工流程困難，兩套常減壓常三線、減一線改進蠟油。柴油加氫裝置在渣油加氫裝置停工換劑期間均以二次加工柴油為主，催柴摻煉比由10%增大至30%，直餾柴油由40%降至20%，做大催化柴油處理量。一是通過降低兩套催化柴油干點，以減少聯苯并噻吩復雜組分硫的含量，干點較渣油加氫停工前降低約15～20 ℃;二是根據加氫料平衡情況，控制柴油加氫裝置負荷在105～110 t·h^-1左右，使得柴油加氫料加工能夠平衡

5? 停工換劑期間硫分布

5.1 ?常減壓物料硫含量情況

渣加停工前，常減壓采取少量摻煉高硫原料，渣加停工后，常減壓采取摻煉低硫原料，1^#常原料硫質量分數由1.015%下降至平均0.899 3%，2^#常原料硫質量分數由1.041%下降至0.855 3%。

5.2 ?二次裝置物料硫含量情況

渣加停工后，大部分裝置原料硫含量均接近預測的測算值。渣油加工裝置中，焦化裝置原料與產品的性質變化較小，溶脫裝置原料與產品性質變化較小，與PIMS預測方案中一致。

蠟油加工裝置中，1^#催化原料硫質量分數由0.533%提高至0.894%;2^#催化原料硫質量分數由0.449%提高至0.798%;加裂裝置原料硫含量略微下降，有0.914%下降至0.809%。渣油加氫停工后，催化裝置原料硫含量翻倍，是受停工影響生產工況的主要裝置。

輕油加工裝置中，2^#汽柴油加氫和4^#柴油加氫裝置原料的性質變化較小。吸附脫硫裝置原料得益于3^#加氫裝置開工，原料硫質量分數由0.020 2%下降至0.009 5%，與測算值存在明顯的差異，有明顯的降低。二次裝置原料性質硫質量分數見表7。

6? 結 論

某煉油廠提前做好優化測算，通過PIMS對渣油加氫停工期間的各種月度原油加工方式進行測算，得出了最優的加工方案。然后在2018年裝置停工換劑的30 d中，通過采購低硫南巴原油和低硫蠟油，安排了相應的加工方案，保障了換劑期間加工流程上的各裝置合理負荷，保障了換劑期間的加工效益，全廠物料平衡受控、產品質量受控，為下次渣加單停換劑積累了經驗。

在裝置停工換劑的30 d中，一是優化全廠生產流程，渣油加氫停工情況下，陪停裝置少，除渣油加氫裝置停工外，其他裝置都可正常運轉，對總負荷影響小;二是通過提前計劃協調原料，通過采購低硫南巴原油和低硫蠟油保障各裝置加工物料硫分布正常，其中蠟油加工路線與測算相比，硫含量偏低，可采購部分低硫蠟油，繼續做大裝置加工量;三是實現了全廠物料平衡穩定，單系列渣油加氫煉廠渣加裝置停工后，從重油平衡上看，渣油庫存會持續上漲，可適當出廠，緩解庫存壓力。

參考文獻：

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

[2] 邵志才，戴立順，楊清河，等. 沿江煉油廠渣油加氫裝置長周期運行及優化對策[J]. 石油煉制與化工，2017，48（8）：1-4.

[3] 張金旺，劉鐵斌，張寶龍，等. 中石化天津分公司升級改造重油加工方案[J]. 當代化工，2018，47 （6）：1251-1253.

[4] 邵志才，戴立順，聶紅，等. 渣油加氫裝置高效運行的影響因素及應對措施[J]. 石油煉制與化工，2018，49（11）：17-21.

[5]周立進，秦煜棟. 渣油加氫與催化裂化組合優化提高煉油總體效益[J]. 能源化工，2017，38（3）：26-29.

收稿日期： 2019-10-20

作者簡介：王偉（1985-），男，江西九江人，工程師， 2007年畢業于中南大學化學工程與工藝專業，現從事技術管理工作。E-mail：

wangwei.jjsh@sinopec.com。