固定床渣油加氫裝置催化劑工業使用中的壽命預測方法

魏翔（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

固定床渣油加氫裝置催化劑工業使用中的壽命預測方法

魏翔（中國石化海南煉油化工有限公司，海南洋浦578101）

固定床渣油加氫裝置工業過程中使用的催化劑具有量大、費用高、壽命短并且不可再生的特點。并且現在很多煉廠均為全加氫路線煉廠，所有重油均需通過渣油加氫裝置，因此各個煉廠對渣油加氫裝置的運行周期，催化劑的采購過程都十分重視。首先盡可能準確確定催化劑的使用時間，提高利用率，增加煉廠的經濟效益，此外在安排生產計劃時，可根據測算所剩余周期內渣油加氫的減渣加工能力的不同情況來匹配原油種類和全廠加工量，而對正在運轉的渣油加氫裝置運行周期做出快速準確的預測，具有重要意義。根據多周期數據分析，工業應用上可根據加工減渣量、加工脫除殘炭量和加工脫除金屬量來對渣油加氫裝置運行周期進行有效預測，實際運用中發現根據加工減渣量預測的運行周期較為準確，可以作為生產安排的重要依據。

渣油加氫；運行周期預測；減渣量

渣油加氫技術在渣油深度加工改質及利用方面起著重要作用，其中以固定床工藝過程最為成熟，占主導地位。該技術在國內已工業應用多年，并取得了較好的經濟效益。近幾年總共建成投產15套裝置，加工能力已達35.6Mt/a，正在建設或規劃建設的達十套之多。渣油是原油蒸餾出輕質油品后的高沸點烴類的混合物，殘留了原油中大部分硫、氮和近乎全部的金屬和瀝青質等雜質，因此渣油加氫工藝過程要比餾分油加氫復雜、困難。首先渣油加氫反應器中至少裝填三種類型以上的催化劑，如保護劑、加氫脫金屬(HDM)催化劑及加氫脫硫(HDS)催化劑等。這些催化劑按一定比例依次分級裝填在反應器內。其次渣加氫工藝條件比較苛刻，需要較高的氫分壓、反應溫度，特別是體積空速，通常只有0.2h-1遠低于餾分油加氫過程的空速，較低的體積空速意味著處理相同量的原料時，渣油加氫反應器中需要裝填大量的催化劑，以本廠海南煉化為例，空速為0.4 h-1，單系列裝填催化劑約為285噸左右，單系列總價在2000萬左右，運行周期為11個月，每年均需停工換劑。因此對于如何有效的延長運轉時間，提高催化劑使用效率，尤其中后期如何準確的確定換劑時間，調整原油結構顯得尤為重要。

由此可見，渣油加氫工業過程中使用的催化劑具有用量大、費用高、壽命短并且不能重復再生使用的特點。因此盡可能的延長現有催化劑使用時間，提高利用率，增加煉廠的經濟效益成為企業最關心的問題。通常催化劑廠商在將催化劑出售給煉廠同時也提供一份催化劑設計的失活曲線，但它是根據工業裝置的設計條件及加工某一種特定的原料時預測作出的。而眾所周知在實際工業運轉過程中，渣油加氫裝置可能加工各種來源的渣油及它們的混合物，本廠原油更是種類多，變化頻繁，加工負荷也會隨著計劃波動。因此煉廠無法根據催化劑廠商提供的設計失活曲線來指導工業生產，在這種情況下，就需要根據現有的工業裝置運轉數據，通過一些經驗方法，進一步預測催化劑壽命，從而指導生產。本文即論述了在這方面研究工作的情況。

1 工業應用中預測渣油加氫裝置運行周期所運用的方法

在煉油廠實際生產中，需要通過簡單，實際可操作性強的方法來幫助生產部門預測渣油加氫裝置的運行周期，并指導生產。通過本廠海南煉化近十年的實踐經驗發現，渣油加氫裝置催化劑使用壽命主要與催化劑的金屬沉積量和催化劑殘炭脫除量關系密切，其裝置的運行周期可通過計算裝置剩余加工減渣量，脫除殘炭量和脫除金屬量來進行測算。

固定床渣油加氫所裝催化劑是固定量，在加工原料與設計原料匹配度較大的情況下，可認定此套裝置所能加工的減渣量為固定值，可脫除殘炭量和脫除金屬量也為固定值。通過對裝置物料平衡和油品性質進行數據分析，計算裝置本運行周期已加工的減渣量，脫除殘炭量和脫除金屬量，再通過本周期已運行月份的物料平衡數據，計算出本周期每月加工量的平均值，從而進一步算出已加工減渣量、脫除殘炭量和脫除金屬量的平均值。這樣就可推算出裝置本周期的剩余運行時間，進而指導實際生產。

2 實例

海南煉油化工有限公司于2006年9月建成投產了一套310萬噸/年的RDS裝置，該裝置為兩系列固定床渣油加氫裝置，并且可以單開單停。其設計數據見表1.截止到2015年10月，該裝置已經平穩運行了8個周期，第八周期兩系列所用催化劑分別為A列石科院催化劑和B列ART催化劑。在本年度2月和9月初分別對A/B兩列催化劑進行催化劑壽命預測，以指導煉廠的生產安排。

表1 海南煉化RDS裝置設計數據

6反應溫度/℃SOR/EOR 370/410殘炭/% Ni+V/pg·g-114

2.1 對裝置第八周期兩列不同廠商催化劑進行壽命預測的分析數據

由表1可計算出本裝置催化劑設計金屬容量為每列45.14噸，殘炭脫除量為每列66243.12噸，純減渣加工量為每列948708噸。（注：減渣計算公式：實際加工減渣量=（常渣表觀量+減渣表觀量）*大于540℃組分的百分比）

由于A/B兩列運行時間不同，因此在不同時間段分別按照設計指標對A/B兩列第八周期催化劑使用壽命進行測算。

2.1.1 第八周期A列催化劑使用壽命預測分析

第八周期A列催化劑測算時間為2015年1月30日，截止2015年1月30日渣油加氫A列催化劑金屬容量、殘炭脫除量和純減渣加工量見表2。

表2 A列金屬、殘炭、減渣數據表

按照化驗室分析數據，本周期A列原料Ni+V含量30.3PPm，殘炭含量10.37%，生成油A列Ni＋V含量14.75PPm，殘炭含量6.21%。結合本周期A列加工量，根據催化劑金屬容量，殘炭脫除量和純減渣加工量分別測算催化劑使用壽命情況見表3。

表3 A列催化劑運行時間預測

A列截止2015年1月30日已運行260天，根據殘炭脫除量預測可運行至2015年3月7日；根據催化劑金屬容積量預測可運行至2015年10月22日；根據純減渣加工量預測可運行至2015年4月28日。最終A列停工換劑時間為5月4日。

2.1.2 第八周期B列催化劑使用壽命預測分析

第八周期B列催化劑測算時間為2015年8月30日，截止2015年8月30日渣油加氫B列催化劑金屬容量、殘炭脫除量和純減渣加工量見表4。

表4 B列金屬、殘炭、減渣數據表

按照化驗室分析數據，本周期B列原料Ni+V含量30PPm，殘炭含量10.25%，生成油B列Ni＋V含量14.55PPm，殘炭含量5.25%。結合本周期B列加工量，根據催化劑金屬容量，殘炭脫除量和純減渣加工量分別測算催化劑使用壽命情況見表5。

表5 B列催化劑運行時間預測

B列截止2015年8月30日已運行243天，根據殘炭脫除量預測可運行至2015年12月3日；根據催化劑金屬容積量預測可運行至2016年7月28日；根據純減渣加工量預測可運行至2015年12月24日。最終B列停工換劑時間為11月1日。

2.2 渣油加氫裝置運行周期的影響因素

根據國內同類裝置和本裝置前七周期的運行經驗以及催化劑專利商提供的參考依據，影響固定床渣油加氫裝置運行周期的因素有：床層徑向溫差和一反差壓。當床層徑向溫差達到峰值或者一反差壓到設計最高值時，裝置不得已也必須得停工換劑，否則無法正常加工減渣。

2.2.1 第八周期A列床層徑向溫差和一反壓降分析

第八周期A列截止目前為止床層內最大徑向溫差為12℃，高于同期水平。第八周期A列運行至200天后，一反上部徑向溫差開始上漲，目前穩定在12℃左右，最高溫度點已經達388℃，大于一反下部溫度點。

第八周期A列一反差壓運行至250天后已經有拐點形成且上漲較快，有待進一步觀察。

2.2.2 第八周期B列床層徑向溫差和一反壓降分析

第八周期B列截止目前為止床層內最大徑向溫差為12℃，高于同期水平。第八周期B列運行至160天后，一反上部徑向溫差開始上漲，目前穩定在12℃左右，最高溫度點已經達392℃，大于一反下部溫度點。

第八周期B列一反差壓運行至130天后已經有拐點形成且上漲較快，有待進一步觀察，目前已經到0.64Mpa。

3 結語

（1）根據國內同類裝置和本裝置前七周期的運行經驗以及催化劑專利商提供的參考依據，可通過計算裝置剩余加工減渣量，脫除殘炭量和脫除金屬量來進行運行周期的測算。可由于煉油廠化驗力量薄弱，金屬含量化驗準確率偏低，因此通過計算裝置剩余加工減渣量和脫除殘炭量進行運行周期預測的方法較為準確，有可參考性，可根據此指導生產。

（2）床層徑向溫差和一反差壓是影響固定床渣油加氫裝置運行周期的兩個最重要影響因素。當任何一個因素達到影響最大值時，裝置均需進行停工換劑，無法繼續正常生產。這兩個因素應該予以重視。