固定床渣油加氫第一反應器切出工藝運行分析

袁 德 明

(中國石化安慶分公司，安徽 安慶 246001)

渣油加氫是渣油輕質化的主要手段之一，其工藝主要有固定床、沸騰床、懸浮床及移動床4種類型[1-2]。與其它渣油加氫技術相比，固定床渣油加氫技術最為成熟，應用最為廣泛。固定床渣油加氫技術的投資相對較低，操作費用低，運行安全簡單，占世界渣油加氫處理能力的75%以上[3]，在今后幾年仍將處于主導地位[4-5]。盡管固定床渣油加氫技術有許多優點，但在實際生產運行中，反應器床層壓降特別是第一反應器(R101)壓降的上升是制約裝置滿負荷生產和長周期運行的最重要因素之一[6]。因此，可以通過適當的工程設計，最大限度地發揮各反應器催化劑的活性，真正使催化劑的活性達到“吃干榨盡”，有效地延長裝置的運行周期。

1 反應部分工藝流程特點

與傳統工藝流程相比，安慶分公司重油加氫裝置反應部分略有不同，工藝簡圖見圖1所示，在R101入口與第二反應器(R102)入口間增設跨線，其余工藝流程相同。

圖1 安慶分公司重油加氫裝置工藝流程示意

反應部分具體工藝特點如下：①R101入口設置無變徑的三通閥，正常生產時原料由加熱爐進R101，當R101壓降達到0.70 MPa(設計值)時，通過調節三通閥，將R101物料直接改進R102；②R101入口及跨線均設置了吹掃熱氫氣，R101投用時，跨線通入一定量的氫氣，保證跨線中有流動的熱物料；R101切出時，R101入口通入氫氣，保證R101反應器床層有流動的熱物料；③停工時，將R101緩慢并入反應系統，恢復原流程，5個反應器用蠟油置換及成膜，停工換劑。

2 催化劑級配特點

由于渣油中雜原子含量高，分子結構和加氫反應均較復雜，固定床渣油加氫需采用復雜的催化劑級配體系。針對安慶分公司重油加氫裝置的工藝特點，石科院開發了適宜的催化劑級配技術，催化劑裝填情況見表1。沿江煉油廠渣油加氫裝置原料鐵和鈣的含量較高，R-101主要裝填大孔徑保護劑和脫金屬劑；由于R-101切出后原料和氫氣進入R-102，因此R-102頂部也裝填部分大孔徑的保護劑，并依次裝填脫金屬劑及少部分脫硫劑；R-103裝填脫硫劑；R104裝填脫硫劑和降殘炭劑；R105裝填降殘炭劑。第一、二周期(RUN-1，RUN-2)均采用第三代RHT系列催化劑，根據RUN-1的運行情況，對RUN-2的催化劑級配進行了優化。

表1 各反應器催化劑裝填情況

3 R-101切出工藝應用情況

RUN-1運行428天時，R-101壓降升至0.70 MPa(限定值)，緩慢將R-101切出反應系統，為配合下游裝置的改造，RUN-1運行至445天停工。

RUN-2運行至300天時，由于變壓吸附氫提純(PSA)裝置吸附劑出現問題，裝置新氫純度較低(體積分數為92%)，循環氫中氫氣體積分數僅為83%，R-101壓降接近0.70 MPa。運行至337天時，PSA裝置更換新吸附劑并投入運行，產品氫體積分數提高至99.9%，循環氫體積分數提高至95%以上，R-101壓降降至0.48 MPa，且較為穩定。但為了防止R-101催化劑板結，延長大檢修停工卸劑時間，裝置運行至458天時緩慢將R-101切出反應系統。RUN-2運行至509天時全廠停工檢修，裝置按要求停工。

RUN-1和RUN-2在R-101切出過程中，均采用緩慢分步操作進行，每次調整均穩定一段時間，觀察R-101各床層溫度變化情況，逐次調整操作，整個切換過程耗時8 h左右。切換期間機組運行平穩，高壓管線、法蘭無異常。從兩個周期的運行情況看，R101切出后，R102～R105壓降均未發生大的變化，且整體催化劑活性穩定，說明RHT系列催化劑的級配技術滿足生產要求。

3.1 R-101切出前后各反應器床層壓降變化

RUN-1各反應器床層壓降見圖2。由圖2可以看出：R-101切出后，R-101壓降下降至0.2 MPa以下；其余各反應器壓降均保持穩定，在整個運行周期內壓降基本穩定在0.35 MPa左右。RUN-2各反應器床層壓降見圖3。由圖3可以看出：R-101切出后，R-101壓降下降至0.2 MPa以下；其余各反應器壓降基本不變，在整個運轉周期內維持穩定，說明RHT系列催化劑的級配技術滿足生產要求。

圖2 RUN-1各反應器床層壓降的變化 ◆—R101； ●—R102； ▲—R103； ■—R104； ×—R105。圖3同

圖3 RUN-2 各反應器壓降的變化

3.2 R-101切出時操作條件變化情況

R-101緩慢切出過程中，進入R-101的原料油和混氫量逐漸減少，R-101床層物料分配變差，有可能產生局部“熱點”，從而加快渣油原料的結焦速率。為了降低由于分配問題產生熱點的風險，根據RUN-1切出時的經驗，RUN-2切出時對原料性質進行優化調整，改善了原料性質。RUN-1和RUN-2切出前的操作條件見表2。由表2可以看出，RUN-2切出前，原料摻渣率降低至35%。

表2 RUN-1和RUN-2切出前的操作條件

3.3 R-101切出后其床層溫度變化情況

RUN-1中R101切出后R-101上床層及中床層部分溫度點的變化分別見圖4。由圖4可以看出，RUN-1切換結束后，R101上床層溫度(4個點)及中床層(2個點)溫度均有較大幅度的升高，尤其是上床層溫度變化幅度最大且交替上升，最高點升至552 ℃，中床層部分溫度點亦出現交替上升。在R101切出過程中，殘留在上床層的油未能被完全帶出，且床層內部出現溝流現象，隨著循環氫量的減少，熱量聚集，在催化劑床層上可能發生了熱裂化反應，床層溫度呈無規律變化，反應結束后，各點溫度均下降。

圖4 RUN-1中R101上床層和中床層各點溫度的變化 —吹掃氫量，×100 m3h。上床層： —TI10801A； —TI10801B； —TI10801C； —TI10801D。 中床層： —TI10802A； —TI10802D

在總結RUN-1切換經驗的基礎上，RUN-2優化了切換方案，改善了原料性質，整個切換過程更平穩，RUN-2中R101切出后R-101上床層及中床層部分溫度點的變化分別見圖5。由圖5可以看出，切換結束后各床層溫度均緩慢下降，此時R-101入口吹掃氫量控制在17 000 m3h(標準狀態)。因R-101冷氫量較大，造成R-102入口溫度較低，反應爐提溫困難，因此將吹掃氫量降至9 000 m3h(標準狀態)，24 h后，R-101上床層2個點溫度上升，開始時上升速率較慢，很快變為快速上升，加大吹掃氫量至23 000 mh(標準狀態)以上(滿量程)，亦無法控制床層溫度的上漲，待殘留原料熱裂化反應結束后，各點溫度均緩慢下降。

圖5 RUN-2中R101上床層和中床層部分溫度點的變化 —吹掃氫量，×100 m3h。上床層： —TI10801B； —TI10801D。中床層： —TI10802A； —TI10802C； —TI10802D

3.4 催化劑活性情況

由于沿江煉油廠渣油加氫裝置主要以降殘炭為主要目標，因此可以考察整體催化劑的降殘炭率的變化來說明R-101切出前后催化劑的活性變化情況。RUN-1和RUN-2中，R-101切出前，其床層已基本沒有溫升，說明該反應器中催化劑的活性已“吃干榨盡”。以RUN-2為例，R-101切出前后，盡管空速發生了變化，但催化劑的降殘炭率基本沒有變化，RUN-2原料及加氫常壓渣油殘炭變化情況見圖6。由圖6可以看出，R-101切出后，加氫常壓渣油的殘炭均在5.5%(控制指標)范圍內，完全滿足下游催化裂化裝置的原料要求，表明R-101的切出在技術上是完全可行的，不僅能夠延長裝置的運行周期，還能最大限度發揮催化劑的活性。同時R101切出后，催化劑整體活性穩定，說明RHT系列催化劑的級配技術合理。

圖6 RUN-2原料及加氫常壓渣油殘炭的變化 ◆—原料； ●—加氫常壓渣油

4 結 論

(1)從RUN-1和RUN-2運行情況可以看出，R-101切出工藝技術可行，RHT系列催化劑級配技術合理。R-101切出對產品質量沒有影響，產品質量完全滿足下游催化裂化裝置原料的要求。同時能夠延長裝置運行周期2～3個月，最大限度地發揮催化劑的活性。

(2)在R-101切出期間，應盡早投用R101的吹掃氫，且吹掃氫量盡可能大，用于吹掃帶油，以減少存油，降低其在催化劑床層發生熱裂化反應的風險。盡管在切出結束后，R101上、中床層溫度出現較快上漲，無法有效控制，但從整個卸劑情況看，沒有大的影響。

(3)在條件允許的情況下，盡可能改善原料的性質，渣油全部退出，同時較大幅度地降低R-101入口溫度，待R101溫度降至存留在催化劑的上的油不發生反應時再切出，這樣可能會避免R101出現“熱點”。

(4)R-101切出要緩慢、分步進行，避免對機組的運行造成影響，同時應加強對高壓部位的檢查。

[1] 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)：1-5

[2] 章海春.渣油加氫裝置高苛刻度運行分析[J].石油煉制與化工，2017，48(3)：17-21

[3] 吳睿，蔣立敬，韓照明.固定床渣油加氫反應器結垢原因分析及對策[J].當代化工，2012，41(4)：366-370

[4] 方向晨.國內外渣油加氫處理技術發展現狀及分析[J].化工進展，2011，30(1)：95-104

[5] 邊鋼月，張福琴.渣油加氫技術進展[J].石油科技論壇，2010，29(6)：13-18

[6] 段貴寶，馬方偉.固定床渣油加氫反應器結垢原因分析及對策[J].化工管理，2015(5)：3-4