淺析催化柴油加氫轉化裝置超低負荷生產優化

周維

（中國石化長嶺煉化分公司，湖南岳陽414012）

自新冠肺炎疫情發生以來，國內汽柴油市場需求大幅下降，煉廠原油加工量隨之降低。2020年2月，某煉廠生產負荷僅60%左右。為了應對市場需求變化，該煉廠對產品結構進行了調整，增產乙烯裂解原料，少產汽柴油。同時，1#催化裝置由于反再系統出現問題進行停工消缺，導致該煉廠100萬t/a催化柴油加氫轉化（FD2G）裝置的原料催化柴油大幅減少，負荷降至歷史最低，最低時僅為設計負荷的31.5%。因此需要根據公司產品結構調整要求，進行工藝優化和調整，保證裝置的安全平穩運行。

1 FD2G裝置簡介

FD2G裝置是該煉廠汽柴油質量升級，調整產品結構、降低柴汽比，提高汽油生產能力的關鍵裝置之一，于2017年7月建成投產。以1#和3#催化混合柴油為原料，生產硫含量滿足國Ⅴ質量標準的精制柴油和汽油，同時副產液化氣、干氣及含硫氣體，設計規模100萬t/a，操作彈性60%~110%，滿負荷加工量為2 857 t/d，最低1 714 t/d。

2 超低負荷運行存在的主要問題

裝置自投產以來，受氫氣供應不足的因素限制，一般正常加工負荷維持在2 400 t/d，為設計負荷的84%左右，但自2020年1月下旬以來，裝置加工量一路走低。從1月19日到4月4日，有77天時間加工量低于平時正常加工量（2 400 t/d），有51天時間加工量低于設計最低加工量（1 714 t/d）。其中2月15日到3月1日，半個月的時間里加工量甚至低于1 000 t，負荷率僅為31%~34%，創歷史最低負荷。

2.1 反應熱不足

由于裝置在遠低于設計最低負荷（60%）的情況下運行，并且加大了精制柴油循環量，新鮮料少，加氫精制反應深度越來越低，精制反應器R1101溫升較難維持，導致轉化反應器R1102入口溫度低，溫升也隨之大幅度降低。一反（R1101）溫升由正常運行時的80℃左右，降低到45℃左右，二反（R1102）溫升由正常運行時的60~70℃，降低到38~45℃，反應熱嚴重不足，一反入口溫度甚至低至300℃以下。另外，溫升的不足進而導致冷氫閥位過低，溫升的調節彈性變低，容易造成后續分餾穩定部分操作波動。

2.2 分餾穩定部分熱源不足

由于反應熱不足，為了保證反應部分加熱爐的入口溫度，裝置反應熱前移，加上加工量低，分餾穩定塔底熱源——精制柴油量不足，導致分餾穩定部分熱源不足。加熱爐F1101和F1201的供熱能力受限，設計爐管表面溫度分別為F1101≯620℃，F1201≯425℃。

2.3 產品質量控制難度加大

隨著反應熱前移，分餾部分熱源減少，分餾部分加熱爐負荷增加，分餾穩定塔底吹汽量調整、裝置產品中乙烯裂解石腦油比例增加等條件變化，導致裝置產品控制難度加大。

2.4 設備運行困難

1）裝置超低負荷運行時，新鮮進料量僅40~50 t/h，只有裝置正常運行時的40%~50%，對反應進料泵的安全運行造成較大影響。

2）新氫量由正常運行時的32 000~35 000 m3/h，降低到超低負荷運行時的17 000~18 000 m3/h，嚴重低于新氫壓縮機的最低設計負荷，對新氫壓縮機的安全運行造成較大影響。

3）裝置正常運行時，通過蒸汽發生器回收多余熱量，控制熱高分溫度，超低負荷運行時，由于反應熱不足，需要控制蒸汽發生器回收的熱量，保障反應熱源，因此，對蒸汽發生器的安全運行造成較大影響。

2.5 裝置能耗增加

裝置超低負荷運行時，反應熱不足，迫使加熱爐高負荷運行，瓦斯耗量加大，同時機泵處于低負荷運行狀態，效率下降，無效動力增加，導致裝置能耗大幅度增加，綜合能耗由正常運行時的16.1 kgOE/t增加到61.4 kgOE/t，增加了281%。

2.6 操作控制難度增加

裝置超低負荷運行時，幾乎所有設備均處于非設計工況運行，且偏離幅度巨大，部分流程需要進行調整，與正常運行時相比，操作控制難度顯著增加。尤其是穩定部分操作波動變大，穩定部分的脫丁烷塔和脫乙烷塔物料主要為液態烴和輕石腦油等輕烴組分，當處于低負荷生產時，輕烴產量較小，操作彈性變得極小，安全性變差。反應部分微小波動就會引起穩定部分較大幅度的溫度壓力變化，嚴重時易造成安全閥啟跳。

3 優化調整措施

3.1 流程調整

3.1.1 柴油循環流程

圖1為裝置低負荷運行時的熱油循環流程，通過熱油循環可以在保證T1203、T1204塔底熱源足夠的前提下（柴油量≮40 t/h），盡可能提高循環柴油的溫度，從而提高原料混合溫度，提高入爐溫度，保護加熱爐的熱負荷不至于過大。

由圖1可看出，精制柴油出裝置流程上停運空冷A1203全部走副線，再通過循環線進E1112殼程再回原料罐。其中熱水換熱器E1204也可以進一步調節副線閥，控制精制柴油溫度，同時通過出裝置控制閥和去E1112的循環線閥控制循環量，從而可以根據加熱爐負荷控制原料混合溫度。

圖1 熱油循環原則流程

3.1.2 分餾塔底換熱流程

裝置在正常運行時分餾塔底重沸器是換熱器E1101（反應后生成油—塔底柴油換熱器），為在低負荷運行時保證分餾塔底熱負荷，同時讓更多反應熱為原料供熱，將E1101跨線開大，將塔底循環柴油改進F1201，增開重沸爐F1201的火嘴，加大熱負荷。通過該措施，解決了反應熱負荷不足的問題，混合原料溫度可以達到140℃以上，甚至可以帶煉部分罐區的冷料。

3.2 工藝控制指標調整

3.2.1 工藝控制指標

為使裝置超低負荷運行平穩，調整關鍵工藝指標，詳見表1。

表1 低負荷運行時關鍵工藝指標調整

在此關鍵工藝指標下，能維持裝置在超低負荷運行，并建立新的熱量平衡和物料平衡，降低溫升，降低柴汽比，以保證有足夠柴油用于循環維持原料罐液位。同時能保證柴油、汽油、液態烴等產品的質量，維持生產平穩。

3.2.2 設備控制指標

為保護進料泵，同時防止偏流，進料泵后處理量仍保持90~93 t/h，同時大幅加大柴油循環量。針對蒸汽發生器低負荷的問題，調整換熱網絡，低控蒸汽發生器E1105入口溫度，保持在219~221℃，控制產汽量在1.5~3 t/h，最大限度節省反應熱少產汽。

3.3 操作管理

超低負荷運行下，裝置操作彈性低，操作難度加大。為提高班組操作水平，多次下發作業指導書，加強班組管理。操作員緊盯裝置運行情況，勤調細調，同時加強了對機泵、高壓分離罐液位等部位的巡檢，保障了裝置運行平穩。裝置各部分操作要點如下。

3.3.1 反應加熱爐部分

1）加強換熱，調整熱油循環量，提高原料入爐的溫度，盡量保持在275℃以上。

2）適當關小煙氣余熱回收換熱器跨線閥，增加余熱回收，提高加熱爐熱效率。

3）調節好鼓風機和引風機頻率，控制好爐膛負壓和氧含量。

4）均勻調節12個火嘴火勢大小，在不超過爐管表面最大溫度的前提下最大限度供熱。

3.3.2 分餾穩定部分

1）控制汽提塔T1201回流量不低于3 t/h，保證精餾效果。

2）提高汽提塔吹氣量，蒸汽量按2.66 t/h控制，同時提高其回流溫度。

3）通過調節汽提塔頂空冷和水冷，提高回流罐溫度。

4）提高分餾塔塔底重沸爐F1201熱負荷，保證返塔溫度在281℃以上。

5）脫丁烷塔的液位改手動控制，保證塔的液位不發生大幅波動。

6）穩定脫乙烷塔的壓力，塔底出裝置流量改手動控制。

7）控制穩定部分塔熱源精制柴油的穩定，控制流量≮40 t/h，保證脫丁烷塔和脫乙烷塔的最低熱負荷。

3.4 節能優化

1）投運裝置進料泵的液力透平，每小時節約電量46 kW·h。

2）投運新氫壓縮機C1101A無級氣量調節系統，大幅度降低了設備的無效動力，每小時節約電量1 120 kW·h。

3）充分利用低溫熱發電機組JT1401對裝置余熱進行利用，低負荷運行期間，平均每小時發電694 kW·h。

4 裝置超低負荷運行效果分析

4.1 產品分布

分別選取近期三個時間點，對裝置不同負荷下的產品分布進行了分析。三個時間點分別是4月15日至4月16日（負荷率87.3%，正常負荷）；4月19日至4月20日（67%負荷）；3月1日至3月2日（35%負荷）。產品分布情況見表2。

表2 不同負荷下的產品分布

4.2 產品質量

表3為裝置超低負荷運行期間關鍵產品化驗指標，數據來源Lims系統。

由表3可以看出裝置超低負荷運行期間，產品質量保持良好，并沒有因低負荷運行而出現較大波動，合格率均在96%以上。

4.3 經濟效益

由表2所述的產品分布，依據公司班組經濟核算價格體系，計算不同負荷下的效益發現，隨著負荷的提高裝置總效益越高，噸油能耗越低。在噸油利潤上，34%超低負荷時裝置的噸油利潤最低，而67%低負荷時的噸油利潤高于高負荷時的噸油效益，主要是因為67%低負荷時，氫氣相對比較充足，此時的裝置轉化率較高，汽油收率高，所以噸油效益會更高。另外，超低負荷運行時，噸油能耗非常高，比正常負荷生產時增加290%，主要是因為此時裝置反應熱少，能量利用率不高，加熱爐負荷高，瓦斯用量大，噸油能耗較高。且由于裝置必須產出一定量精制柴油以保證汽油穩定單元的塔底熱源，故在裝置產品總量下降的前提下，汽油收率降低，所以噸油利潤較低。雖然裝置超低負荷生產下，經濟效益不容樂觀，但通過針對性的優化和調整，保證了全裝置的平穩安全運行，產品質量的合格，最大限度地減少了損失，為平穩渡過市場低迷期作出了貢獻。

表3 低負荷運行時關鍵產品化驗指標

5 結論

1）通過改精制柴油熱油循環，增加分餾塔底重沸爐F1201負荷，優化換熱網絡等積極措施，成功使100萬t/a催化柴油加氫轉化裝置在遠低于設計最低負荷下安全平穩運行，產品質量合格率良好。

2）低負荷下熱量平衡和物料平衡會發生變化，通過精細化日常操作，找到裝置在超低負荷下的平衡點，對未來裝置平穩運行提供指導。