渣油加氫運行初期高分波動原因分析及應對措施

姚 迅

（中國石化揚子石油化工有限公司，江蘇南京 210048）

1 概述

隨著社會經濟的不斷發展，各國對綠色清潔燃料的需求量逐年增加，而全球原油開采難度卻逐年增大，原油劣質化的趨勢越發突出，追求渣油深度轉化成為石油化工行業長期追求的目標。渣油加氫技術路線具有液收高、投資回報率高等優勢，已經成了目前國內外煉油技術研究與發展的熱點。

渣油加氫是以渣油為原料，在適當的溫度、壓力、氫油比和空速條件下，原料油和氫氣在催化劑的作用下進行反應，所發生的化學反應很多，也非常復雜，主要的化學反應有加氫脫硫反應、加氫脫氮反應、烯烴飽和反應、芳烴飽和反應、加氫裂化反應、加氫脫金屬反應、加氫脫殘碳反應、加氫脫氧反應、縮合生焦反應等，使油品中的雜質，即硫、氮、氧化物轉化成為相應的易于除去的H2S、NH3和H2O而脫除，重金屬雜質與H2S反應生成金屬硫化物沉積在催化劑上，稠環芳烴及一部分不飽和烴加氫得到飽和，為下游裝置生產出合格的原料油，同時副產部分柴油及石腦油。

目前，渣油加氫按照反應器類型主要分為固定床、沸騰床、移動床和懸浮床。沸騰床渣油加氫能夠加工高硫、高殘炭、高金屬的劣質渣油，具有較高的轉化率，但存在投資大、操作技術復雜等問題。懸浮床渣油加氫技術具有原料適應性強、轉化率高、產品質量好等優點，但對于加工常規重油，其經濟效益難以體現。移動床渣油加氫具有催化劑利用率高、裝置運轉周期長等優點，但裝置投資成本較高，操作難度較大。固定床渣油加氫發展于20世紀60年代，相較于其他渣油加氫路線，固定床渣油加氫技術較為成熟，投資及操作費用低，操作難度適中，追求短周期運行效益，是目前渣油加氫技術的首選方案，也是目前工業應用最多的渣油加氫技術。在未來渣油加氫裝置的投資建設中，固定床渣油加氫技術仍然占據著主導地位。

在固定床渣油加氫裝置運行初期，時常發生熱高壓分離器（熱高分）液位、冷高壓分離器（冷高分）液位及界位大幅波動的情況，高壓串低壓風險增加，操作難度明顯增大，嚴重影響到裝置的安全平穩運行，同時，高分持續波動會導致裝置處理量的下降從而使公司油品物料難以平衡，最終導致公司的煉油能力下降，影響經濟效益。

2 流程簡述及高分波動現象

2.1 裝置流程簡述

固定床渣油加氫裝置主要流程如圖1所示，爐前混氫，避免反應進料加熱爐爐管結焦，反應部分采用熱高分工藝流程，反應流出物在熱高壓分離器（熱高分）中氣液分離，頂部出來的熱高分氣經換熱后進入熱高分氣空冷器，冷卻后進入冷高壓分離器（冷高分）進行氣、油、水三相分離，冷高分氣進入循環氫脫硫系統，水相進入酸性水系統，冷高分油進入冷低壓分離器（冷低分），熱高分底部出來的熱高分液進入熱低壓分離器（熱低分）進行氣液分離，熱低分氣經換熱后進入冷低分，冷低分再經過三相分離，低分氣去下游產品精制單元，水相去酸性水罐，冷低分油換熱后并熱低分油去汽提塔，汽提塔頂部氣相經冷卻后進入塔頂回流罐三相分離，塔底液去分餾塔系統進一步分離成石腦油、柴油及加氫常渣，如圖1所示。

圖1 渣油加氫裝置方塊流程圖

2.2 高分波動現象

（1）熱高分液控閥開度減小，油量下降，熱低分油量明顯減少，重油夾帶至冷高分。

（2）熱高分氣與循環氫換熱器的出口溫度波動，混合進料與熱高分氣換熱器出口溫度波動，高壓空冷出口溫度波動。

（3）冷高分液位大幅波動且油量明顯增多，冷高分界位波動，存在高壓串低壓風險，冷低分油量明顯增多。

（4）現場檢查冷高分油發現明顯夾帶渣油組分，冷高分水相檢查發現明顯的油水分離不清，油相隨水相進入酸性水罐，酸水帶油，嚴重影響下游裝置安全生產。

（5）硫化氫汽提塔進料氣化率變化而且進料組成發生突變，從而造成汽提塔熱平衡、相平衡、物料平衡被打破而發生大幅波動及其整個分餾系統（分餾塔、柴油塔）的波動，嚴重時會造成沖塔、塔頂溫度劇變和空冷管束變形的重大事故發生。

通過對以上現象進行分析，能夠確定發生這樣的波動是由于熱高分油氣分離不好，熱高分氣夾帶著重油的泡沫連續不穩定地進入到換熱器、高壓空冷以及冷高分從而引起換熱溫度和空冷后溫度的波動，也因為有重油組分引入到冷高分從而引起冷高分油水分離不清。

3 運行初期高分波動原因分析

3.1 反應溫度的影響

根據相關文獻研究，反應生成油中含有較多膠質或瀝青質以及膠質的不完全反應中間產物是造成其發泡并引起高分波動的主要原因。原料油中膠質及瀝青質的反應深度主要由反應器催化劑床層溫度的加權平均值（CAT）決定。渣油具有類似膠體的性質，在渣油膠體體系中，瀝青質和膠質構成分散相，芳烴和烷烴構成連續相，石油體系膠體溶解模型是以瀝青質為核心，向外依次包裹膠質、芳香分和飽和分。渣油加氫裝置運行初期，催化劑活性較高，外圍的芳香分和飽和分快速反應，瀝青質及膠質析出，同時由于CAT較低，大分子瀝青質及膠質擴散速率低且反應不完全，易造成發泡從而引起高分波動。

3.2 摻渣比的影響

渣油加氫進料的摻渣比實際反映了其“重度”，摻渣比越高原料油越“重”，從而其性質更加惡劣，具體表現為雜質和非理想組分含量多，黏度大等。所以進料摻渣比過高不利于加氫反應的進行。在裝置運行初期，若摻煉減壓渣油過多，摻渣比高，原料瀝青質及膠質含量高，而此時反應溫度低，瀝青質、膠質的反應不完全，反應中間產物不易被溶解，易導致發泡并造成重油夾帶。

3.3 氫油比的影響

氫油體積比簡稱氫油比。氫油比一般指反應器入口氫油比，即反應器入口單位時間所需通過的氫氣標準體積量與反應器入口單位時間通過的進料標準體積量之比，氫氣由新氫壓縮機補充的氫氣和部分循環氫氣組成，通過調整循環氫氣的流量來控制反應器入口氫油體積比。循環氫量過大或者過小都會加劇高分波動，循環氫流量過大會導致系統壓降變大，氣體停留時間短從而降低油氣分離效果，加重熱高分氣帶液的情況。循環氫流量過小會改變油氣的流動狀態，尤其在換熱器中易產生液體的積聚而產生脈沖式的波動。

4 高分波動應對措施

4.1 降低摻渣及反應注水量

減少進料減壓渣油量，降低摻渣比，改善原料油性質是緩解高分波動最直接的措施。同時，可以降低裝置注水量，渣油加氫裝置高壓注水點位置一般位于高壓空冷前，注水的主要目的是為了溶解在加氫反應過程中形成的銨鹽，防止這些銨鹽在某一溫度下結晶析出，堵塞管道以及換熱器和空冷器管束。高分波動主要是熱高分油氣分離不好，熱高分氣夾帶重油至冷高分從而引起油水分離不清，適當減少注水量同樣有助于緩解高分波動，盡快恢復平穩運行，但不可長時間減少或停注水，避免高壓空冷有銨鹽結晶，造成其偏流和銨鹽腐蝕。

4.2 提高CAT溫度及熱高分入口溫度

適當提高反應器催化劑床層溫度（CAT），渣油中膠質及瀝青質擴散速率增加，黏度減小，反應深度增加，降低發泡概率。同時，適當關小高壓換熱器（反應產物/混合原料）的旁路閥，改變反應產物的換熱，以此來提高熱高分的入口溫度，入口溫度高使液相黏度減小，表面張力減小，不易產生重油夾帶。高分入口溫度也不宜過高，熱高分入口溫度過大會導致重組分揮發并且難以冷凝下來，導致熱高分氣夾帶重油，從而使高分產生波動。

4.3 調整循環氫量

當反應器入口氫油比過高，熱高分氣重油夾帶嚴重時，可以適當降低循環氫壓縮機的轉速，適當開大廢氫排放，同時適當提高胺液循環量增加循環氫中的H2S脫除率以提高循環氫純度達到減小循環氫質量流量的目的。若氫油比較低，循環氫量不足，氫分壓低造成瀝青質及膠質反應不完全時，及時提高循環機轉速同時關小排廢氫量，提高循環氫量，緩解高分波動。

4.4 熱高分液位適當低控

高分液位過高導致容器內部上方揮發空間較小，熱高分油表層泡沫層被夾帶，從而加劇波動影響。操作中盡量按照液位正常控制范圍的下限控制，同時加強對高分界位的校對工作，一當發現界位指示有異常要馬上聯系儀表及時處理正常，同時也要讓儀表人員定期核對液位指示的真實準確性。高分液位也不可控制過低，過低存在高壓串低壓的風險。此外，還可對熱高分進行改造，在其內部增設專門的油氣分離設備，提高油氣分離效果。

5 結束語

1）固定床渣油加氫裝置開工運行初期，摻渣比過高，原料油劣質化，反應器催化劑床層平均溫度低，瀝青質和膠質含量高且反應不完全，氫油比不合理等因素是造成高分波動的主要原因。

2）通過降低摻渣及反應注水量，提高CAT溫度，保證熱高分入口溫度，同時調整循環氫量，熱高分液位低控，可以有效緩解高分波動，維持裝置穩定生產。