蠟油全液相加氫技術的工業應用

徐 秋 鵬

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

在現代煉油行業，加氫處理裝置往往由于操作條件較為苛刻，所以裝置投資很大。為生產滿足環保要求的清潔石油產品，世界各國煉油技術人員開發了很多加氫技術，以降低裝置的投資和能耗。其中液相加氫技術是近幾年發展起來的一種突破性加氫技術。在液相加氫技術中，反應是以液相進行的。傳統滴流床加氫技術需要大量的富氫氣循環氣與進料一起進入反應器，以確保反應所需的氫氣被充分溶解至液相中。液相加氫工藝技術反應部分不設置氫氣循環系統，依靠液相產品循環以溶解足量的氫氣，滿足加氫反應的需要[1-2]。同時，由于液相加氫工藝技術可以消除催化劑潤濕因子的影響，而且循環油的比熱容大，從而提高催化劑的利用效率，大大降低反應器的溫升，減少裂化等副反應的發生。

與傳統滴流床加氫裝置相比，液相加氫裝置具有以下顯著特點[3-4]：①由于取消了氫氣循環系統，節省了循環氫壓縮機系統、高壓分離系統及其相應設備，可以減少裝置占地，節約投資，沒有高壓空氣冷卻器后裝置低溫熱損失大幅減少，能耗也大幅降低；②裝置的生產安全性和穩定性大大提高，維護費用更低；③催化劑用量更低，實際操作壽命延長；④氫損失更少；⑤可同時做到高脫硫率和高脫氮率；⑥更安全地實現低綜合成本加氫目標。

中海油惠州石化有限公司(簡稱惠州石化)二期項目2.6 Mt/a蠟油全液相加氫裝置于2017年建成投產。在開工后的兩年時間內，因氫氣不足及循環油泵設計缺陷問題，該裝置一直處于斷斷續續的低負荷運行狀態，平均負荷只有30%左右，累計加工蠟油原料量為1.4 Mt，催化裂化柴油量約為0.1 Mt。在裝置運行了兩年多后，裝置負荷提高到設計值并進行了標定。由于原料和產品庫存受限，裝置標定的調整和標定時間都很短，只能將反應溫度調整到接近設計的初期值就開始標定，裝置的操作未達到最優化，催化劑活性仍處于初期水平，后續數據對比也取設計的初期數據。以下對裝置兩年多的運行及標定情況進行總結。

1 裝置簡介

裝置采用了杜邦公司的IsoTherming[5-6]全液相加氫技術，由上海河圖工程股份有限公司設計，是國內首套采用全液相加氫技術的蠟油加氫裝置。裝置反應系統的原則流程如圖1所示。原料經反應進料泵升壓后混入少量氫氣，經換熱和反應爐加熱后與循環油混合，再依次進入第一反應器(以下簡稱一反)和第二反應器(以下簡稱二反)，在每個床層入口的混氫器內溶入飽和的氫氣后進入催化劑床層反應；反應器出來的生成油一部分經循環油泵與新鮮進料混合進入反應器，另一部分與原料換熱后減壓進入熱低壓分離器，后續流程與傳統滴流床加氫裝置相同。一反第一床層主要裝填保護劑和低活性催化劑，第二床層裝填中等活性催化劑，第三床層裝填中高活性催化劑；二反的兩個床層均裝填高活性催化劑。

圖1 液相加氫裝置反應系統原則流程

裝置設計原料為質量分數90%的沙特中質原油(簡稱沙中原油)減壓蠟油與質量分數10%的蓬萊原油減壓蠟油的混合原料，主要產品為催化裂化裝置原料。反應器入口壓力為14.04 MPa，催化劑選用雅保公司生產的加氫精制催化劑，設計生產周期為3年，活性催化劑總體積空速與常規滴流床蠟油加氫裝置相當。

2 裝置典型運行數據及標定結果

2.1 主要原料性質

2.1.1 混合原料油性質雖然裝置設計原料為質量分數90%的沙中原油減壓蠟油和質量分數10%的蓬萊原油減壓蠟油的混合原料，但實際運行中(包括裝置標定期間)所加工的原料只有沙中原油減壓蠟油。表1所示為裝置的設計原料性質和裝置標定期間兩次采樣分析的原料性質。由表1可以看出，因未摻煉質量分數10%的低硫環烷基蠟油，故裝置實際加工原料的硫質量分數略高于設計值，氮質量分數較低，餾分也比設計值輕。

表1 原料性質

2.1.2 新氫分析數據裝置標定期間的新氫組成見表2。由表2可見，裝置設計新氫純度(φ)為99.9%，實際純度約為98%，可能會對物料平衡中的氫耗數據有較大影響。

表2 新氫組成 φ，%

2.2 裝置反應部分典型操作參數

裝置標定期間反應部分的主要操作參數見表3。

由于裝置標定調整時間短，無法將反應溫度調整到合適溫度，將反應出口溫度調整到設計初期390 ℃后就停止調整，穩定期間反應出口溫度逐漸上升到395.4 ℃。標定期間運行參數與設計值相比有一些偏離，表現在以下幾個方面：

表3 反應部分主要操作參數

一是反應器入口溫度(即一反入口溫度)比設計值高15.9 ℃，但反應器出口溫度(即二反出口溫度)僅比設計值高5.4 ℃，反應器總溫升(20.5 ℃)比設計值(31.0 ℃)偏低較多。這是由于芳烴加氫飽和是蠟油加氫反應熱的主要來源之一，而由于標定所用原料中未摻煉環烷基蠟油，因而原料中芳烴含量比設計值低，導致反應熱偏低[7]，反應總溫升低于設計值。

二是反應器入口注氫量和二反第二床層注氫量與設計值偏差較大，爐前注氫量和一反入口注氫量達到設計值的兩倍，而二反第二床層入口注氫量非常小，注氫閥開度只有5%。注氫量分布與設計值偏差較大與原料組成偏差及反應溫度有關。原料中芳烴含量低于設計值，氫氣在鏈烷烴中的溶解度高于芳烴中的溶解度[8]，因此在反應器入口有更多的氫氣溶解在油中。反應器入口溫度較設計初期高16 ℃，導致主要反應在前面催化劑床層就完成，最后一個反應器的加氫反應少，耗氫量也低，實際總注氫量與設計值基本吻合。

三是反應器總壓降比設計值高，反應器出入口壓差設計值為0.22 MPa，實際達到0.40 MPa。反應器壓降比設計值高，對循環油泵流量有較大的影響。

2.3 主要產品性質

2.3.1 加氫蠟油產品性質加氫蠟油產品性質見表4。由表4可以看出：兩個加氫蠟油標定樣品的硫質量分數分別為945 μg/g和865 μg/g，均略低于設計值；氮質量分數分別為84 μg/g和65 μg/g，均小于100 μg/g，并遠低于設計值；加氫蠟油產品性質完全滿足催化裂化裝置對原料的要求，也顯示出催化劑經過兩年的運行及多次開停工仍保持著良好的活性。

表4 加氫蠟油產品性質

2.3.2 加氫柴油產品性質加氫柴油產品性質見表5。由表5可以看出，加氫柴油產品的餾程比設計值明顯偏低，標定期間分餾塔柴油抽出側線已經全開，柴油產品仍然不能全部抽出。但從加氫蠟油餾程來看，分餾塔分離效果較好，柴油與蠟油餾程基本沒有重疊，蠟油中殘留的柴油組分較少，5%餾出溫度與設計值基本吻合。

表5 加氫柴油產品性質

3 物料平衡

裝置標定期間的物料平衡數據見表6。由表6可以看出，裝置標定期間物料平衡數據與設計值基本吻合，在補充氫攜帶烴類化合物含量高于設計值的情況下，低分氣、不凝氣收率低于設計值，說明催化劑選擇性好，副反應少，氣體產率低。石腦油和柴油產率略高于設計值，原因一是原料油餾程較設計值低，攜帶柴油組分多，二是因為裝置裝填催化劑的酸性比設計的基準催化劑略強，長鏈分子蠟油發生了部分裂化反應，生成石腦油和柴油，因此柴油和石腦油收率都稍高于設計值。

表6 物料平衡數據

4 能 耗

裝置主要耗能設備為補充氫壓縮機、反應進料泵和兩臺加熱爐，補充氫壓縮機裝有無級調量設施，反應進料泵帶液力透平回收能量。裝置標定期間的能耗數據見表7。由表7可以看出，裝置標定期間綜合能耗為274.63 MJ/t，比設計值(370.30 MJ/t)低95.67 MJ/t。

標定期間由于反應進料泵液力透平離合器故障未投用，不能通過液力透平回收電能，如果投用液力透平，可省電980(kW·h)/t，可降低能耗33.44 MJ/t。此外，用于分餾塔汽提蒸汽的分餾塔中段回流蒸汽發生器的產汽量遠低于設計值，需要補充大量低壓蒸汽用作汽提蒸汽，對能耗也有一定的影響。

5 存在的問題

(1)裝置循環油泵選用德國Hermetic公司生產的高壓屏蔽泵，在開工進油之前無法試運，首次開工過程中循環油泵軸向位移持續增加并導致最后聯鎖停運，因設備設計存在隱患，經過5次返廠維修改造才解決問題，每次維修后裝置都需要在柴油工況下開工試泵，因此在裝置加工蠟油前就經歷多次開停工。

(2)循環油泵實際流量與設計值存在較大差距，變頻電機無法達到設計的最高轉速，存在定子溫度高、接線柱溫度高的問題，裝置高負荷運行時需同時開兩臺泵。

(3)反應器每個床層底部收集器的縫隙大，需要裝填最大Ф50 mm的瓷球，瓷球裝填數量多，占用較多的空間，內構件還有很大的改進空間。

(4)裝置分餾系統設計存在一些不足，裝置低負荷運行時分餾塔中段回流無法建立；滿負荷運行下，中段回流量也遠低于設計值，導致中段回流蒸汽發生器產汽不足，不能滿足分餾塔汽提蒸汽的需求量，需要額外補充低壓蒸汽作汽提蒸汽，增加了裝置能耗。

6 液相加氫裝置催化劑保護經驗總結

惠州石化蠟油全液相加氫裝置在兩年多時間內經歷了十多次各類開停工，但是催化劑仍然維持著較好的活性水平。液相加氫裝置不管是正常操作還是在開停工時，都需要讓催化劑處于液相中。在開停工階段反應器液位不易控制時，寧可讓反應器滿液位也不能讓催化劑暴露在氣體環境中；而在裝置長時間停工時，則需用柴油循環將溫度降到較低值(此溫度由催化劑專利商提供)后再退出存油，并在氮氣環境下保護催化劑。

在裝置正常生產階段需要維持循環比盡量大，特別是在原料中少量摻煉熱裂化原料時，由于此類原料加氫飽和需要的氫耗大而且溶解氫能力低，因此需要3～5倍甚至更多的循環油來提供氫氣，避免反應中出現貧氫情況。

7 結 論

惠州石化2.6 Mt/a蠟油全液相加氫裝置以沙中原油減壓蠟油為原料生產催化裂化裝置原料。標定結果表明：對于硫質量分數大于2.7%、氮質量分數大于500 μg/g的減壓蠟油原料，加氫蠟油產品的硫質量分數小于1 000 μg/g，氮質量分數小于100 μg/g，完全滿足催化裂化裝置的進料要求；裝置標定期間的綜合能耗為274.63 MJ/t，不但低于傳統滴流床蠟油加氫裝置，而且優于裝置設計指標；裝置整體運行情況達到設計要求。