沿江煉油廠首套渣油加氫裝置的運(yùn)行分析

廖述波，陳章海，楊 勤

（中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司，湖南 岳陽(yáng)414012）

1.7Mt/a渣油加氫裝置是中國(guó)石化長(zhǎng)嶺分公司“十一五”原油劣質(zhì)化改造升級(jí)的主要配套裝置之一，是沿江煉油廠中首套渣油加氫裝置，也是國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率最高的渣油加氫裝置。該裝置采用中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱石科院）開(kāi)發(fā)的渣油加氫處理RHT技術(shù)［1-3］及工藝包，由中國(guó)石化洛陽(yáng)工程建設(shè)公司（LPEC）設(shè)計(jì)，采用單系列4個(gè)反應(yīng)器、汽提和分餾雙塔工藝流程。第一周期使用的催化劑為石科院開(kāi)發(fā)的第二代RHT系列渣油加氫催化劑［2］。該裝置以儀長(zhǎng)管輸原油的減壓渣油為主要原料，加工的原料油具有硫含量低、氮含量高、鐵、鈣含量高等特點(diǎn)，加氫重油作為優(yōu)質(zhì)催化裂化原料，同時(shí)副產(chǎn)柴油與石腦油。該裝置于2010年6月動(dòng)工興建，2011年5月30日中交，2011年8月25日開(kāi)車一次成功，2012年10月23日停工換劑，第一周期累計(jì)運(yùn)行426天。

1 第一周期總體生產(chǎn)情況

1.1 催化劑裝填和開(kāi)工

催化劑裝填從2011年7月24日22：00時(shí)開(kāi)始，至7月31日7：00時(shí)結(jié)束，累計(jì)耗時(shí)153h，共裝入第二代RHT系列催化劑565.26t，惰性瓷球16.625t。

2011年8月13—15日催化劑干燥；8月20—23日催化劑預(yù)硫化；8月24日引入減三線蠟油，8月25日引入減壓渣油轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。

1.2 原料性質(zhì)

表1列出了第一周期典型原料油主要性質(zhì)。從表1可以看出：裝置第一周期原料油的殘?zhí)恐狄话阍谠O(shè)計(jì)指標(biāo)（不大于12%）范圍內(nèi)；原料油的硫含量低于設(shè)計(jì)值，也低于國(guó)內(nèi)同類裝置原料油硫含量；原料油的總氮含量相對(duì)較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在6 200～7 500μg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)值，是一種典型的低硫高氮原料油。

表1 第一周期裝置典型原料油性質(zhì)

第一周期主要操作條件列于表2，物料平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表2 第一周期裝置主要操作條件

表3 第一周期裝置物料平衡

2011年8月為裝置開(kāi)工階段，裝置能耗較高，達(dá)到了1 004MJ/t。2011年10—12月進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化工作，通過(guò)優(yōu)化工藝流程、加強(qiáng)裝置間的熱聯(lián)合、提高加熱爐效率、維護(hù)液力透平機(jī)安穩(wěn)運(yùn)行等措施，裝置的能耗逐月降低。2012年10月，由于裝置停工，大量使用蒸汽等介質(zhì)，裝置能耗相應(yīng)增加。全周期的裝置平均能耗為718MJ/t，比裝置設(shè)計(jì)能耗838MJ/t降低了120MJ/t。裝置全周期大負(fù)荷運(yùn)行，加工負(fù)荷平均為102%，最高負(fù)荷達(dá)到113%。

第一周期加氫重油質(zhì)量總體達(dá)到設(shè)計(jì)要求，加氫重油性質(zhì)見(jiàn)表4。重油的殘?zhí)拷档吐?、脫硫率、脫金屬率等均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)水平，受冷、熱高壓分離器溫度高的影響，全周期第四反應(yīng)器溫度未達(dá)設(shè)計(jì)最高值，導(dǎo)致脫氮率略低于設(shè)計(jì)水平，第一周期雜質(zhì)脫除率見(jiàn)表5。

表4 加氫重油性質(zhì)

表5 第一周期加氫重油雜質(zhì)脫除率 %

2 第一周期主要工藝參數(shù)變化

2.1 反應(yīng)溫度

第一周期反應(yīng)器總體平均溫度（CAT）及各反應(yīng)器催化劑床層平均溫度（BAT）的變化情況見(jiàn)圖1，各反應(yīng)器催化劑床層徑向溫差見(jiàn)圖2。裝置開(kāi)工運(yùn)行1個(gè)月后，隨著減壓渣油摻煉量的增加，反應(yīng)器的溫度同步提升，日均CAT提溫幅度為0.26℃，經(jīng)過(guò)2個(gè)月后CAT提溫至378℃。穩(wěn)定約2個(gè)月后CAT繼續(xù)以0.14℃/d的速率提至390℃，此后一直維持在此溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，直至裝置運(yùn)行末期才適當(dāng)提高反應(yīng)溫度。

從圖1可以看出：第一反應(yīng)器（一反）和第二反應(yīng)器（二反）的溫度趨勢(shì)平緩，主要原因在于一反徑向溫差較大，為避免形成熱點(diǎn)，確保裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，限制了一反和二反的提溫速率；隨著周期的延長(zhǎng)，一反催化劑活性逐步下降，反應(yīng)負(fù)荷向二反、三反轉(zhuǎn)移，同時(shí)隨著溫度的提高，放熱反應(yīng)加劇，二反、三反、四反溫升隨之升高。

圖1 第一周期各反應(yīng)器溫度變化

圖2 第一周期各反應(yīng)器催化劑床層徑向溫差

2.2 反應(yīng)器壓降

第一周期裝置各反應(yīng)器壓降變化情況見(jiàn)圖3。運(yùn)行前半個(gè)月內(nèi)，緩慢提高裝置摻渣量至70t/h，在此階段內(nèi)，各反應(yīng)器壓差同步緩慢升高。運(yùn)行至52天時(shí)，裝置摻渣量達(dá)到100t/h，此時(shí)各反應(yīng)器壓差基本穩(wěn)定，沒(méi)有明顯上漲的趨勢(shì)。各反應(yīng)器壓差隨摻渣比的趨勢(shì)變化而變化，一反、二反尤其明顯。在裝置運(yùn)行前期，各反應(yīng)器BAT低于360℃時(shí)，原料油的黏度對(duì)反應(yīng)器的壓降變化起到?jīng)Q定性作用。

在裝置運(yùn)行前期，提高反應(yīng)器溫度，有利于降低反應(yīng)器壓差，在裝置運(yùn)行中后期，一反的壓降呈現(xiàn)緩慢上漲趨勢(shì)，運(yùn)行后期，一反的壓降上升的速率大幅增加，此時(shí)需要綜合考慮全廠的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)決定是保周期還是盡早停工換劑，可通過(guò)改善原料性質(zhì)等方法延緩與控制壓差上漲的趨勢(shì)。

圖3 第一周期各反應(yīng)器壓降變化

3 第一周期催化劑運(yùn)行情況

本周期使用的石科院開(kāi)發(fā)的第二代RHT系列渣油加氫催化劑總體性能優(yōu)越，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。主要表現(xiàn)如下：

（1）脫金屬的效果明顯，鎳的脫除率一般為75%～78%，釩的脫除率一般為80%～85%，都達(dá)到了裝置設(shè)計(jì)金屬脫除率72%以上的要求。

（2）在裝置運(yùn)行的前10個(gè)月，原料油中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為0.9%。在運(yùn)行的后4個(gè)月，原料油的硫含量有所上升，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般約為1.2%，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)原料中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.08%。在裝置運(yùn)行前期，硫的脫除率一般約為87%，略低于設(shè)計(jì)脫硫率89%。裝置運(yùn)行至中后期，隨著反應(yīng)器CAT的提高，脫硫率逐步提高并達(dá)到了91%，這說(shuō)明催化劑的脫硫能力較強(qiáng)，活性和穩(wěn)定性較好。

（3）催化劑的脫氮效果隨著反應(yīng)器平均溫度CAT的升高而升高，而裝置原料油中實(shí)際氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為6 200～7 500μg/g，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)4 900μg/g，使得催化劑的脫氮率為33%～36%，低于設(shè)計(jì)脫氮率41%。

（4）第一周期的運(yùn)行初期，原料的殘?zhí)恐祷驹谠O(shè)計(jì)值12.0%以下，但由于反應(yīng)溫度較低，殘?zhí)拷档吐室话銥?7%～50%，略低于設(shè)計(jì)值50%。裝置運(yùn)行中后期，隨著反應(yīng)溫度的提高，降殘?zhí)柯手鸩教岣?，殘?zhí)拷档吐蔬_(dá)到了58%，超出設(shè)計(jì)值8百分點(diǎn)，說(shuō)明催化劑的脫殘?zhí)炕钚暂^好，滿足了裝置的生產(chǎn)要求。

（5）隨著裝置運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)及反應(yīng)溫度的提高，催化劑的脫硫活性、脫殘?zhí)炕钚院兔摰钚允冀K保持在較高活性區(qū)內(nèi)，并且可通過(guò)調(diào)整各反應(yīng)器的反應(yīng)溫度靈活地控制各種雜質(zhì)合適的脫除率，這說(shuō)明催化劑穩(wěn)定性強(qiáng)，其整體級(jí)配是合理的。

（6）2012年7月，一反的床層壓降開(kāi)始緩慢上漲，10月23日，一反床層壓降達(dá)到0.7MPa，達(dá)到了換劑的條件，裝置停工換劑。表6列出第一周期裝置雜質(zhì)脫除總量。除原料油硫含量比設(shè)計(jì)值低很多，造成脫硫總量偏低外，脫金屬、脫氮、脫殘?zhí)靠偭慷汲^(guò)設(shè)計(jì)值。

表6 第一周期裝置雜質(zhì)脫除量

4 第一周期主要設(shè)備運(yùn)行情況

第一周期，除發(fā)生了一起因循環(huán)氫壓縮機(jī)出口反飛動(dòng)線流量孔板一次閥前焊縫裂紋氫氣泄漏導(dǎo)致裝置停工的事件外，裝置其它主要設(shè)備總體運(yùn)行平穩(wěn)，國(guó)產(chǎn)化設(shè)備經(jīng)受住了考驗(yàn)，但新氫壓縮機(jī)和高壓空冷器在運(yùn)行過(guò)程中還是暴露出了一些問(wèn)題。

4.1 新氫壓縮機(jī)

裝置新氫壓縮機(jī)為一開(kāi)一備，1臺(tái)國(guó)產(chǎn)1臺(tái)進(jìn)口，設(shè)備編號(hào)為C102A/B。

新氫壓縮機(jī)C102A為進(jìn)口壓縮機(jī)，美國(guó)德萊賽蘭公司設(shè)計(jì)制造，第一周期運(yùn)行平穩(wěn)。

新氫壓縮機(jī)C102B臥式4列對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)，為國(guó)產(chǎn)，其型號(hào)為4M125-39/24-185-BX。2011年8月25日19：30，在監(jiān)護(hù)運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)C102B三級(jí)氣缸填料處側(cè)蓋（靠近二級(jí)缸）石棉墊片突然撕裂，大量氫氣泄漏。迅速停機(jī)后，連夜對(duì)三級(jí)氣缸填料密封解體檢查，發(fā)現(xiàn)三級(jí)填料密封的第一級(jí)高壓“O”型丁氰橡膠密封圈未能壓緊，在高壓氫氣作用下撕裂。由于其它各級(jí)均有泄漏情況，于是將各級(jí)填料均解體，對(duì)O型圈進(jìn)行更換，以確保機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。此后運(yùn)行過(guò)程中相繼出現(xiàn)了機(jī)組及出入口管線震動(dòng)大，管卡震松，熱偶絲震斷導(dǎo)致連鎖停機(jī)等事件。其中以壓縮機(jī)二級(jí)缸振動(dòng)最大，為8.0mm/s，經(jīng)分析認(rèn)為振動(dòng)是由于氣體脈動(dòng)引起。經(jīng)核算采用一級(jí)出口及二級(jí)入口緩沖罐與管線之間的墊片改為孔板后機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，管線震動(dòng)有明顯改善，二級(jí)缸振動(dòng)減弱至2.2mm/s，目前運(yùn)行情況良好。

4.2 高壓空氣冷卻器

裝置高壓空氣冷卻器A101A/B/C/D型號(hào)為G-TF36B4-Vs22，管束管箱材質(zhì)使用國(guó)產(chǎn)Incoloy825，管束按GB 150—1998在廠家進(jìn)行了水壓試驗(yàn)。裝置開(kāi)工后運(yùn)行不久，相繼出現(xiàn)空氣冷卻器堵頭輕微泄漏，采取降壓對(duì)泄漏堵頭緊固后泄漏情況得到消除。整個(gè)第一周期高壓空氣冷卻器均在監(jiān)護(hù)中運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)大小泄漏點(diǎn)30余次，均采用降壓緊固予以消除。在第一周期停工換劑過(guò)程中對(duì)發(fā)生泄漏的堵頭墊片予以更換，同時(shí)對(duì)所有堵頭進(jìn)行緊固，在第二周期運(yùn)行過(guò)程中較為正常。

5 技術(shù)分析

5.1 裝置原料問(wèn)題

裝置原料流程原設(shè)計(jì)為減二線、減三線蠟油與減壓渣油熱進(jìn)料在裝置外混合后進(jìn)裝置。受原料性質(zhì)及常減壓蒸餾裝置操作（減壓深拔，減三線蠟油和減壓渣油性質(zhì)較差）的影響，裝置運(yùn)行初期，渣油加氫裝置原料性質(zhì)波動(dòng)較大，無(wú)法預(yù)知與控制原料性質(zhì)的變化并作出相應(yīng)的調(diào)整。因此開(kāi)工運(yùn)行初期裝置反應(yīng)壓差、溫升及壓力波動(dòng)較大。為消除這一不利因素，理順原料供給流程，增設(shè)相應(yīng)原料專線，達(dá)到了減二線油、減三線油、減壓渣油單獨(dú)進(jìn)料控制，確保了裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.2 分餾塔吹汽問(wèn)題

分餾塔設(shè)計(jì)為0.5MPa過(guò)熱蒸汽汽提。低壓汽包產(chǎn)汽后部分經(jīng)分餾爐對(duì)流室過(guò)熱后進(jìn)分餾塔氣提，部分低壓汽包產(chǎn)汽外送去系統(tǒng)0.5MPa管網(wǎng)，設(shè)計(jì)外送汽量4t/h左右。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，從節(jié)能考慮，分餾爐低負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)際負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的20%，導(dǎo)致分餾塔系統(tǒng)溫度低于設(shè)計(jì)溫度，產(chǎn)汽量與設(shè)計(jì)不符。運(yùn)行初期，產(chǎn)汽量少于分餾塔的吹汽需求。運(yùn)行中期很長(zhǎng)一段時(shí)間處于產(chǎn)用平衡狀態(tài)；同時(shí)吹汽溫度設(shè)計(jì)為280℃，因分餾爐過(guò)熱負(fù)荷低，實(shí)際僅為170℃。在裝置運(yùn)行中期，低壓汽包產(chǎn)汽與分餾塔吹汽相當(dāng)時(shí)，由于0.5 MPa蒸汽系統(tǒng)管線長(zhǎng)，在裝置與系統(tǒng)連接管網(wǎng)中出現(xiàn)大量凝結(jié)水，在低壓汽包產(chǎn)汽波動(dòng)時(shí)，凝結(jié)水隨分餾塔吹汽入塔導(dǎo)致沖塔的時(shí)有發(fā)生。裝置只能將0.5MPa蒸汽與系統(tǒng)蒸汽隔離，自產(chǎn)自用，在產(chǎn)汽量稍大時(shí)只能放空處理，調(diào)節(jié)難度也隨之增大。目前，已考慮增加低壓汽包壓力控制，后路去系統(tǒng)的0.5MPa蒸汽系統(tǒng)，但有可能造成0.5 MPa蒸汽系統(tǒng)帶水。

5.3 一反壓降上升原因分析

從第一周期的運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看，導(dǎo)致渣油加氫裝置停工的最直接因素為一反壓降升高至上限值0.7MPa。由此可以推斷，一反催化劑床層空隙率已降至較低值，與原料中鐵、鈣含量特別是鐵含量高有關(guān)。

5.4 一反徑向溫差問(wèn)題

從第一周期的運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)看，到了運(yùn)轉(zhuǎn)的中后期，一反徑向溫差較大?？赡芘c該反應(yīng)器入口分配器分配效果不佳有關(guān)。

6 結(jié) 論

（1）1.7Mt/a渣油加氫裝置第一周期生產(chǎn)總體平穩(wěn)，共運(yùn)行426天，全周期加工負(fù)荷平均為102%，最高負(fù)荷達(dá)到113%，產(chǎn)品質(zhì)量合格，為催化裂化裝置提供了優(yōu)質(zhì)原料，總體上達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）RHT系列催化劑起始反應(yīng)溫度低，在較低溫度時(shí)就能達(dá)到雜質(zhì)脫除的要求，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，反應(yīng)溫升分布較為合理，熱點(diǎn)容易控制。因此，RHT系列催化劑有較高的活性和較好的穩(wěn)定性，確保了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（3）裝置應(yīng)用的大量國(guó)產(chǎn)化設(shè)備能滿足裝置運(yùn)行要求，并在運(yùn)行中得到很好地檢驗(yàn)。

（4）一反壓降的升高與熱點(diǎn)的產(chǎn)生對(duì)裝置第一周期的末期運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此如何降低和控制這些影響是第二周期工作的重點(diǎn)。在原料油Fe、Ca含量的控制、催化劑級(jí)配方案的調(diào)整以及采用新型反應(yīng)器分配器等方面都值得考慮。

［1］聶紅，楊清河，戴立順，等.重油高效轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用［J］.石油煉制與化工，2012，43（1）：1-6

［2］楊進(jìn)華.第二代RHT系列渣油加氫處理催化劑的工業(yè)應(yīng)用［J］.石油煉制與化工，2012，43（2）：61-64

［3］Yin Zhaolin.Operation and optimization of residue hydrotreating unit using new catalyst system［J］.China Petroleum Processing and Petrochemical Technology，2012，14（3）：50-58