蠟油加氫裝置催化劑運行分析及優化措施

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471012)

1 前言

洛陽分公司220 萬t/a蠟油加氫處理裝置從2009年至今已運行9年時間，以減壓蠟油、焦化蠟油和脫瀝青油的混合油為原料，主要生產精制蠟油，為催化裂化裝置提供優質原料。

蠟油加氫處理裝置于2017年11月進行催化劑撇頭，一床層主要更換為FDM-21脫金屬劑，二床層裝填一部脫金屬劑FDM-21、一部分過渡劑FF-33和一部分主劑FF-34。第三床層催化劑未動，為2015年11月大檢修裝填的經過一次再生的FF-24催化劑。截至2018年8月，蠟油加氫催化劑已運轉9個月，離2019年4月大檢修還有6個月。為保證蠟油加氫催化劑活性能保持到2019年大檢修，需要對蠟油加氫的原料以及操作條件進行優化調整。

2 催化劑運行分析

影響催化劑活性的主要因素為催化劑的積碳和金屬沉積，其中積碳失活可以通過催化劑的再生進行活性恢復，而金屬沉積則造成催化劑永久失活。

2.1 催化劑金屬沉積量的控制

蠟油加氫反應器第一床層、第二床層裝填FDM-21脫金屬劑107.72m3,保護劑金屬容量為107.72×0.2=21.54t，第二床層裝填催化劑FF-33 19.84m3,保護劑容金屬總量為19.84×0.15=2.98t。保護劑總容金屬量：21.54+2.98=24.52t。

通常保護劑金屬沉積量大于自身沉積能力65%時，超出部分在保護劑床層脫除率為85%，其余15%金屬將進入主催化劑床層，使其中毒失活；因此催化劑容金屬最大為24.52×0.65+24.52×(1-0.65)×0.85=15.93+7.29=23.22t。

根據安排，大檢修后FF-34催化劑需再生回用。因此需控制原料油中的重金屬在主催化劑上的保護劑上完全脫除，防止主催化劑FF-34受到重金屬的污染造成主催化劑再生活性下降。圖1為2017年12月—2018年6月原料油金屬含量，表1為2017年11月—2018年6月原料油中金屬含量，表2為2017年11月—2018年6月原精制蠟油金屬含量和催化劑金屬沉積量。

由圖1可以看出，濾后原料油中金屬含量呈逐漸上升趨勢，自2018年4月下旬增加趨勢變大。

由表1、表2可以看出，產品蠟油中化驗分析Ni、V含量都小于1μg/g，可以認為原料油中金屬全部被保護劑脫除。Fe+Ni+V平均值8.46ug/g，估算Ca，Na等金屬和Si～2.0ug/g，每個月金屬沉積1.59t/月。由表1可以看出，目前蠟油加氫催化劑金屬沉積量已達10.42t，至8月金屬沉積量：10.42+1.59×2.5=14.4t，剩余金屬沉積量為23.22-14.4=8.82t。

圖1 2017年12月—2018年6月原料油金屬含量

表1 蠟油加氫裝置原料油金屬含量

表2 蠟油加氫裝置精制蠟油金屬含量和催化劑金屬沉積量

在裝置280t/h負荷條件下，每個月的金屬沉積量：8.82t/6.5個月=1.35t/月，則原料中金屬含量：1.35t/月/20.75wt/月=6.51μg/g；故建議原料中金屬總量+Si≤6.51μg/g。此處并未考慮積碳對催化劑活性的影響。

六月份蠟油加氫原料油中金屬含量平均為8.688μg/g，脫瀝青油金屬貢獻率按83%，若要控制原料油中金屬含量小于6.51μg/g，則脫瀝青油量由目前41t/h降至25t/h。

如果維持脫瀝青油量不變，通過降低脫瀝青油中金屬含量來使原料油中金屬含量小于6.51μg/g，則脫瀝青油中金屬含量需要降低至30μg/g。

此外，目前日常化驗分析金屬只有Fe、Ni、V，無法分析Ca、Na、Si的含量。且當分析數據<1μg/g時，分析結果不準確，系統記錄<1μg/g,不能精確計量原料、產品的金屬含量，因此目前催化金屬沉積量應該大于統計值10.42噸。

2.2 催化劑加權平均溫度控制

目前蠟油加氫催化劑加權平均溫度為371℃，按催化劑末期加權平均溫度為388℃(2017年撇頭前數據)計，則提溫空間為17℃，運行至2019年4月份需6個月，則提溫速度需控制在2℃/月。

圖2 2017年12月-2018年6月加權平均溫度

2.3 催化劑積碳的影響

除了重金屬沉積造成催化劑失活，催化劑的積碳也會影響催化劑的活性。影響催化劑積碳的主要因素有原料油的殘碳值、氮含量和反應溫度、氫分壓。原料油殘碳值越高、有機氮化物含量越高、反應溫度越高、氫分壓越低，則催化劑積碳越多。

圖3 濾后原料油殘碳

圖4 濾后原料油氮含量

由圖3、圖4可以看出，濾后原料油的氮含量、殘碳值都處于上升趨勢，且當氫氣量不足時，蠟油加氫常作為調整氫氣平衡的裝置，系統壓力經常低于10.5MPa，從而容易造成催化劑積碳增加，催化劑失活速度加快。

2.4 反應器壓差的控制

自2017年12月開工至今，蠟油加氫反應器壓差趨勢如圖5所示。

圖5 蠟油加氫反應器壓差趨勢(2017年12月-2018年6月)

由圖5可以看出，催化劑各床層壓差趨勢緩慢上升，第一床層壓差由0.045MPa上升至0.076MPa，遠小于控制值0.3MPa。目前看因第一床層壓差過高造成提前停工的可能行較小。

3 優化措施

3.1 原料優化

(1)定期分析濾后原料油、產品蠟油中金屬Si、Na、Ca的含量，同時提高化驗分析的準確性。

(2)濾后原料油、產品蠟油金屬分析次數增加至兩天一次。

(3)按處理量280t/h，脫瀝青油量由目前的41t/h降至25t/h，或將脫瀝青油中金屬含量由49μg/g降至30μg/g，控制濾后原料油中金屬含量≯6.51μg/g。

(4)控制進裝置原料密度、95%點溫度、硫、氮、金屬、殘炭、瀝青質等指標不超限制值。

(5)對于固定床加氫工藝來說，在催化劑固定，工藝參數調整措施有限的情況下要延長催化劑運轉周期，最有效的措施就是優化原料油的性質。因此建議逐步減少脫瀝青油的量，觀察催化劑的運行狀況，確定最適宜的脫瀝青油摻煉比例。

3.2 操作控制優化

(1)保證氫氣量的供應，將反應系統壓力由目前10.5MPa提至設計操作壓力11.0MPa，避免因氫氣不足造成系統壓力降低增加催化劑積碳。

(2)控制反應器入口氫油體積比≮600，抑制積碳。

(3)保證循環氫純度≮87V%，可外排少量廢氫，滿足純度要求。

(4)保持裝置處理量，原料性質穩定，避免大幅波動。

(5)建議反應器入口溫度控制≮355℃，保持一床層溫升≮10℃，若溫升<10℃，可提高入口溫度來滿足控制指標；通過二、三床層之間的冷氫量，來控制反應器出口溫度≯395℃。

(6)裝置運行末期，為了滿足產品控制指標，可以將反應器出口溫度放寬(可大于395℃)，通過提高催化劑體系的平均反應溫度，來滿足產品指標要求。

3.3 產品控制優化

(1)目前，控制加氫精制蠟油硫含量3000～3500μg/g，在滿足產品質量的前提下，盡量降低操作苛刻度，降低氫耗，延長催化劑運行周期。

(2)隨著運轉時間延長，催化劑金屬沉積量和積碳增加，可適當放寬精制油硫含量控制指標。