1.7 Mta渣油加氫裝置超長周期運行分析

涂 彬，夏登剛，楊 勤，陳大躍，邵志才

(1.中國石化長嶺分公司，湖南 岳陽 414012；2.中國石化石油化工科學研究院)

渣油富集了原油中大部分的金屬、硫、氮等雜質，加氫工藝不僅有利于渣油中雜原子的脫除，減少環境污染，而且渣油加氫與催化裂化工藝相結合，可大幅度提升原油煉制過程中輕質油品的收率，從而實現石油資源的清潔、高效利用。中國石化長嶺分公司(簡稱長嶺分公司)2011年新建一套1.7 Mta渣油加氫裝置，該裝置設計原料為勝利管輸原油和阿曼原油(質量比4∶6)混合油的深拔減壓渣油和直餾重蠟油，以及來自延遲焦化裝置的焦化蠟油。由于管輸原油中鐵鈣含量較高，大部分鐵鈣集中于渣油中，使裝置的操作難度加大。該裝置第一周期通過采用相應的技術手段，首次實現了高鐵鈣渣油加氫裝置的長周期運轉，第一周期共運轉了426天。截至2018年3月裝置已成功運轉了4個周期，第二周期較第一周期運轉時間更長，為471天；第三周期由于全廠大檢修，運轉了326天；第四周期在前三個周期運轉經驗的基礎上，進一步采取了優化措施，實現了加工高鐵鈣含量渣油加氫裝置的超長周期運轉，第四周期共運轉了693天。以下對長嶺分公司1.7 Mta渣油加氫裝置較長的2個周期(第二周期和第四周期)的運轉情況進行了對比，總結該裝置超長周期運轉的經驗，對其他沿江煉油廠渣油加氫裝置的高效運轉具有指導意義。

1 主要技術措施

1.1 催化劑級配優化

中國石化石油化工科學研究院(簡稱石科院)針對長嶺分公司渣油加氫原料分子相對較大的特點，通過優化載體孔結構，提高了催化劑的有效反應表面積以及活性中心的可接近性；針對原料硫含量較低，較低鍵能的C—S鍵較少[4-5]，殘炭前軀物加氫轉化反應相對較困難的特點，通過優化活性組成，提高催化劑總的活性中心數，改進活性組分負載工藝，提升催化劑活性相結構的本征活性；針對原料氮含量較高，易在催化劑表面積炭的特點，通過表面性質改性，減少催化劑運轉過程中的表面積炭量。以上述3點為基礎，開發了殘炭前軀物轉化能力更強的催化劑RCS-31。

裝置第四周期對催化劑的級配進行了進一步優化，第二和第四周期的催化劑級配方案比較見表1?；谇?個周期的運轉經驗，在原油電脫鹽裝置注入高效脫鈣劑后，有效實現了加工高鐵鈣渣油的固定床加氫裝置的長周期運轉，因此第四周期僅略微增加了保護劑的比例；考慮到第四周期需要更長時間的運轉，適當增加了脫金屬劑的比例，增加級配催化劑的容金屬能力；第四周期將大部分脫硫劑更換為殘炭前軀物轉化能力更強的降殘炭劑RCS-31，增強級配催化劑的殘炭前軀物加氫轉化能力。

表1 第二周期和第四周期渣油加氫裝置催化劑級配比例的比較 φ，%

1.2 摻煉催化裂化循環油

渣油中的各種化合物在固體催化劑上的加氫轉化過程均需要反應物流與催化劑充分接觸，反應物分子只有擴散進入到催化劑孔道的內表面才能充分利用催化劑。渣油分子大、黏度高，孔內傳質阻力大，分子擴散慢，因此內擴散常常是渣油加氫過程的速率控制步驟。渣油的黏度與分子大小是影響渣油加氫反應的兩個重要參數。石科院開發的渣油加氫-催化裂化雙向組合(RICP)工藝可以降低渣油加氫原料的黏度，促進渣油加氫脫除硫、金屬和瀝青質及降殘炭等反應的進行[6-7]。RICP技術除可促進渣油加氫反應、提高輕油收率外，還可降低催化劑上的積炭量[6-7]，提高加氫催化劑的整體性能。裝置第四周期加工的儀長管輸渣油中氮含量較高，導致其在催化劑上的積炭更嚴重。通過采用RICP技術，可以有效降低催化劑上的積炭量。基于RICP技術的理論認識，第四周期渣油加氫原料中摻入了約10%(w)的催化裂化循環油，表2為長嶺分公司催化裂化循環油的典型性質。由表2可見，催化裂化循環油芳烴含量較高，能夠實現RICP的技術效果。

表2 催化裂化循環油的性質

1.3 原料性質優化

長嶺分公司渣油加氫裝置已運轉4個周期，結合前面3個周期的運行情況及原油價格低的現狀，第四周期降低了減壓渣油的摻入比例。第四周期和第二周期原料中小于520 ℃餾分含量的比較見圖1。由圖1可以看出，第四周期原料中小于520 ℃餾分含量較第二周期明顯要高，說明第四周期減壓渣油的比例較第二周期明顯要低。

圖1 第二周期和第四周期原料小于520 ℃餾分含量的比較■—第二周期； ●—第四周期

2 運轉效果

2.1 第一反應器(R-101)壓降比較

長嶺分公司渣油加氫裝置原料鐵和鈣含量較高，渣油加氫裝置R-101壓降上升的主要因素為Fe、Ca的沉積以及沉積在催化劑表面的FeS產生的自催化作用而助長生焦。圖2為長嶺分公司渣油加氫裝置第二周期和第四周期R-101壓降變化情況。由圖2可以看出，通過實施上述措施第四周期R-101壓降上升速率明顯下降，運轉末期R-101壓降也未達到限定值0.7 MPa。

圖2 第二周期和第四周期R-101壓降的比較■—第二周期； ●—第四周期

2.2 主要加工指標比較

第四周期和第二周期的主要加工指標見表3。由表3可以看出，盡管第四周期渣油加氫裝置原料中大于520 ℃餾分的比例為51.13%，低于第二周期，但其余指標均較第二周期高。說明如果原料中減壓渣油比例降低，不僅可以延長運轉周期，還可以提高催化劑的有效利用率。

表3 第二周期和第四周期渣油加氫裝置主要加工指標比較

2.3 原料主要性質和催化劑性能比較

第四周期和第二周期的原料主要性質和催化劑性能指標見表4。由表4可以看出，第四周期渣油加氫裝置原料性質較第二周期好，但脫氮率、脫硫率及降殘炭率均較第二周期高。

表4 第二周期和第四周期渣油加氫裝置原料主要性質和催化劑性能比較

2.4 摻煉催化裂化循環油的影響

第四周期渣油加氫裝置開工正常后，逐步摻煉催化裂化循環油至20 th，運行平穩后提至25 th左右，最大量達到了30 th。進入2016年夏季，受冷高壓分離器入口溫度過高的影響，循環油摻煉量適當降低，7月對空氣冷卻器進行了噴淋措施改造，催化裂化循環油摻煉量恢復至20 th以上的水平，平均摻煉量為23 th左右。表5為摻煉催化裂化循環油前后原料性質和操作參數主要變化情況(其他操作條件保持一致)?？偨Y摻煉后的主要影響如下：

(1)摻煉催化裂化循環油后，渣油加氫裝置原料油的初餾點、黏度明顯降低，小于350 ℃餾分含量明顯提高，密度略有降低，原料油的硫、氮含量也略有下降，但殘炭下降較為明顯。

(2)在產品分布上，摻煉催化裂化循環油后，產品柴油量明顯增加，以摻煉20 th催化裂化循環油為例，在保持柴油干點不變的情況下，柴油抽出量將增加8 th左右。

(3)摻煉催化裂化循環油后，反應器的溫升和徑向溫差增加明顯，主要反映在第二反應器(R-102)和第三反應器(R-103)，較以往各周期同期增加了10 ℃左右，R-101和第四反應器(R-104)溫升變化不大，說明高芳烴含量的催化裂化循環油主要在R-102和R-103中發生芳烴飽和反應。

(4)摻煉催化裂化循環油后的氫耗增加也較為明顯，根據實際情況計算：加工催化裂化循環油的氫耗約為200 m3t左右。

(5)熱高壓分離器氣相負荷增加，冷高壓分離器入口溫度提高明顯，特別是夏季高溫天氣時會超過設計指標，對循環氫壓縮機的運行構成不利影響。同時也限制了R-104的提溫幅度，抑制了R-104中催化劑活性的發揮。

表5 摻煉催化裂化循環油前后原料性質和操作參數主要變化情況

3 結 論

(1)通過優化催化劑級配、摻煉催化裂化循環油和優化原料性質，長嶺分公司1.7 Mta渣油加氫裝置第四周期實現了693天的超長周期運轉。