淺談固定床渣油加氫裝置長周期運(yùn)行

楊鳳濱 李錫楊 陶貴金 孟祥雷

摘 要：渣油是原油經(jīng)過常減壓蒸餾后剩余的重組分，其油品質(zhì)量差，雜質(zhì)含量多，組分復(fù)雜，含硫、含氮、含金屬多，加工難度大。所以怎樣延長固定床渣油加氫的運(yùn)行周期成為了渣油加氫裝置需要重點(diǎn)解決的問題，本文介紹原料性質(zhì)、反應(yīng)器壓差、催化劑、換熱器結(jié)垢等因素對渣油加氫裝置長周期運(yùn)行的影響及控制手段。

關(guān)鍵詞：渣油加氫;長周期運(yùn)行;催化劑級配;脫硫;脫殘?zhí)?/p>

渣油加氫就是渣油在高溫高壓條件下、在渣油加氫催化劑的作用下，經(jīng)過反應(yīng)，脫除原料中的硫、氮、金屬等雜質(zhì)，降低殘?zhí)己浚瑸榇呋鸦b置提供優(yōu)質(zhì)原料，同時生產(chǎn)部分柴油，并副產(chǎn)少量石腦油和燃料氣。加氫后的渣油質(zhì)量得到明顯改善，可直接用于催化裂化的原料，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成汽油、柴油，做到吃緊榨干，提高了原油的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

1.影響因素

1.1原料的性質(zhì)影響

固定床渣油加氫原料的一般要求。在處理高金屬和高瀝青質(zhì)的原料時，固定床渣油加強(qiáng)加氫存在催化劑失活和結(jié)焦較快，床層及催化劑孔結(jié)構(gòu)易被焦炭和金屬堵塞，產(chǎn)生壓降和熱點(diǎn)，使用壽命短等問題，為保證裝置有足夠的開工周期，通常要求控制原料油的總金屬含量小于150μg/g，殘?zhí)啃∮?5%， 瀝青質(zhì)含量小于5%。具體限值還需考慮加工原油產(chǎn)地、品種及催化劑級配方案。

減壓渣油的特點(diǎn)。減壓渣油分子很大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子量一般在500-10000，硫、氮、金屬和氧位于碳原子的支鏈上或渣油分子的雜環(huán)上。渣油終餾點(diǎn)附近的光譜非常復(fù)雜，這些含有大量雜環(huán)的分子稱為瀝青質(zhì)。根據(jù)定義，瀝青質(zhì)不溶于正庚烷和其它低沸點(diǎn)直鏈烷烴。通常瀝青質(zhì)和金屬是同時存在的，而金屬是催化劑的毒物。

渣油原料一般評價指標(biāo)。渣油加氫原料主要評價指標(biāo)包括密度、餾程、粘度、殘?zhí)俊⑵骄肿恿康纫话阈再|(zhì);硫、氮、氯、酸等非烴化合物含量，鐵、鎳、釩、鈉、鈣、鹽等微量金屬元素;飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等族組成，其中瀝青質(zhì)又可分為渣油加氫條件下相對難轉(zhuǎn)化和相對易轉(zhuǎn)化的組分。

避免加工低硫高氮、低釩高鎳特性的原油。該類原料較難進(jìn)行渣油加氫處理， 若要將該類原料加氫轉(zhuǎn)化到RFCC裝置進(jìn)料指標(biāo)范圍，渣油加氫裝置的操作苛刻度會非常高，使裝置操作平穩(wěn)度降低，催化劑壽命得不到保證。加工此類原料時， 催化劑的級配方案要做相應(yīng)的調(diào)整，高活性催化劑的比例要大幅度提升，甚至達(dá)到 75%～80%時，才能滿足脫硫和脫殘?zhí)康闹笜?biāo)要求，而此時因反應(yīng)器空間限制，脫金屬劑裝填量不足，脫金屬又將成為新的限制因素。

綜上所述原料的性質(zhì)是影響固定床渣油加氫長周期運(yùn)行的一個重要因素，因此采取措施如下：原料中的粘度、殘?zhí)俊⒔饘俸俊r青質(zhì)及催化重循環(huán)油催化劑粉末都將影響渣油加氫裝置的運(yùn)行，它們會造成催化劑活性的降低，催化劑床層壓降的上升而是裝置被迫停工。原料性質(zhì)監(jiān)測。為監(jiān)測催化劑活性，提供油品調(diào)和依據(jù)，指導(dǎo)生產(chǎn)，保證渣油加氫長周期運(yùn)行，需對原料及產(chǎn)品性質(zhì)做出及時有效的分析。原料中硫、殘?zhí)俊⒚芏戎辽龠_(dá)到每日分析;金屬、粘度、氮、餾程、鹽分析頻次每周至少1次;飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)每月至少1次;酸和氯可以根據(jù)需要適時提分析計劃;產(chǎn)品分析頻次應(yīng)與原料相對應(yīng)，最主要的作用是可以計算出催化劑上金屬沉積量;建立瀝青質(zhì)分類試驗(yàn)方法，至少每月監(jiān)測一次原料和產(chǎn)品的難轉(zhuǎn)化瀝青質(zhì)含量。建立臺賬，隨時監(jiān)測原料的性質(zhì)，確保整個周期原料性質(zhì)的穩(wěn)定。同時對氫氣中的氯離子含量進(jìn)行跟蹤。

1.2反應(yīng)器壓差的影響

反應(yīng)器床層壓差高是渣油加氫長周期運(yùn)行的一個瓶頸，在運(yùn)的渣油加氫裝置，60%-70%是由于床層壓差高而導(dǎo)致無法繼續(xù)生產(chǎn)，只能停工換劑。第一反應(yīng)器、第二反應(yīng)器床層壓差在運(yùn)行到催化劑末期時（300d）后快速上升，其中第一反應(yīng)器在停工前的壓差已達(dá)0.75MPa，第二反應(yīng)器的0.62MPa，已經(jīng)超過了允許的最大壓差，迫使裝置停工換劑。

1.3高壓換熱器結(jié)垢

高壓換熱器的結(jié)垢問題是制約渣油加氫裝置長周期運(yùn)行的另一個重要原因之一，渣油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高，膠體穩(wěn)定性較差，渣油再加氫過程中，破壞了膠體穩(wěn)定性，溶瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的能力下降，導(dǎo)致瀝青質(zhì)、膠質(zhì)更容易析出，其次，在原料換熱過程中，瀝青質(zhì)在低溫部位，特別是在換熱器管束表面析出、結(jié)焦生垢，造成換熱效率下降，裝置能耗增加，嚴(yán)重時會造成反應(yīng)器入口溫度提不上去，另外膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也可能在催化劑的床層析出，導(dǎo)致催化劑結(jié)焦，物料偏流，行程局部熱點(diǎn)，床層壓降增加從而迫使裝置提前檢修。

1.4催化劑的級配

催化劑按尺寸、形狀和活性進(jìn)行級配，以盡量避免潛在的壓降增長過早發(fā)生。按物流流向來看，渣油加氫催化劑級配總體原則是顆粒從大到小，孔徑從大到小，活性從低到高，酸性從弱到強(qiáng)，體積比表面從小到大，體積孔容從大到小，金屬含量從少到多。脫金屬劑裝填比例。基于金屬含量選擇：40～70μg/g金屬含量適中，選擇催化劑時，主要考慮脫金屬（容金屬）能力與其它雜質(zhì)脫除能力的均衡問題，通常脫金屬催化劑占裝填催化劑的40v%～50v%;70～110μg/g金屬含量較高，選擇催化劑級配時優(yōu)先考慮催化劑體系的脫金屬（容金屬）能力，選擇脫金屬（容金屬）能力強(qiáng)的催化劑，通常脫金屬催化劑占催化劑裝填總量的50v%～55v%。

2.保持渣油加氫長周期運(yùn)行的主要措施

保證催化劑裝填效果，在催化劑裝填過程中要進(jìn)行全面跟蹤保證級配裝填的裝填效果和裝填質(zhì)量，避免開工后出現(xiàn)催化劑床層坍塌，造成物流偏流現(xiàn)象。催化劑硫化時嚴(yán)格執(zhí)行催化劑廠家的硫化方案，不超溫、不還原，保證硫化效果，保證催化劑硫化后的活性。產(chǎn)品分析對確保操作條件不十分苛刻是非常重要的。保證產(chǎn)品分析的準(zhǔn)確性能夠防止在不必要高的脫金屬/脫硫/轉(zhuǎn)化率苛刻度下的操作而導(dǎo)致催化劑壽命縮短。嚴(yán)格監(jiān)控反應(yīng)器入口壓力、氫純度、補(bǔ)充氫和循環(huán)氫組成、進(jìn)料性質(zhì)以避免對催化劑壽命造成大的影響。較高的氫分壓能抑制催化劑生焦從而延長催化劑壽命。反應(yīng)器內(nèi)較高的氫分壓是通過保持較高的反應(yīng)器總壓、保持和進(jìn)料油一起通過反應(yīng)器的循環(huán)氫量盡可能高、持續(xù)排放部分循環(huán)氫去膜分離氫回收單元進(jìn)行提純來實(shí)現(xiàn)。同時需要用新氫來補(bǔ)充反應(yīng)所消耗的氫氣、高壓回路排放的氫氣和生成油中溶解的氫氣。用部分冷的富氫循環(huán)氫作為急冷氫注入到反應(yīng)器之間和反應(yīng)器的催化劑床層間來控制加氫處理反應(yīng)的溫升。嚴(yán)格控制催化劑平均溫度。嚴(yán)格對照專利商提供的升溫曲線控制催化劑平均溫度和各床層入口溫度，嚴(yán)禁快速提溫。在提溫提量操作過程中，嚴(yán)格遵循“先提量后提溫”和“先降溫后降量”操作流程進(jìn)行操作。在提量操作過程中，每次提量不超過10%。

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