影響1#加氫裂化裝置長周期運行原因分析

于 浩

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

技術進步

影響1#加氫裂化裝置長周期運行原因分析

于 浩

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

介紹了1.5 Mt/a加氫裂化裝置自2012年更換催化劑以后的運行情況，分析了原料中氮和硫的質量分數、終餾點、操作反應溫度、氫分壓、氫油比、空速以及設備運行等因素對加氫裂化裝置長周期運行的影響情況，總結了裝置維持長周期運行的經驗。

加氫裂化 長周期運行 催化劑

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)芳烴部2#芳烴聯合裝置1.5 Mt/a加氫裂化(1#加氫裂化)裝置為采用美國UNOCAL公司的專利技術，由德國LURGI公司進行設計的大型成套引進裝置，加工能力為900 kt/a。1998年該裝置進行了增量改造，以減壓柴油(VGO)為主要原料，采用一段串聯一次通過流程，主要生產重石腦油、航煤和柴油等產品，加工能力提高至1.5 Mt/a。2012年3月，對加氫精制反應器(DC-101、DC-103)的催化劑進行了更換，使用的是由中國石化撫順石油化工研究院研制開發(fā)的FF-46加氫精制催化劑(上部裝填FZC系列保護劑)；加氫裂化反應器(DC-102)則使用中國石化撫順石油化工研究院研制開發(fā)的FC-32加氫裂化催化劑以及部分FF-46后精制催化劑。

1 原料性質對裝置長周期運行的影響

原料性質對加氫裂化長周期運行的影響與工藝過程的設置和催化劑的選擇有關，但對于已有的加氫裂化裝置，根據自身的工藝特點和產品需求選擇了合適的催化劑后，原料性質的變化則是裝置長周期運行的重要影響因素。

1.1 氮質量分數

原料中的氮化物影響催化劑的穩(wěn)定性和活性，尤其是堿性氮化物，對依靠酸性而產生裂解活性的加氫裂化催化劑性能有抑制作用，并且氮化物本身也不穩(wěn)定，易縮合生焦造成催化劑失活[1]。VGO中的氮化物經過加氫反應生成NH3，NH3對催化劑的裂解活性和裂解選擇性以及產品的異構化程度均有負面的影響。而NH3與H2S、HCl會化合形成(NH4)2S、NH4Cl，并且在溫度較低的最后兩個高壓換熱器和高壓空冷管束中析出形成固體，堵塞系統(tǒng)造成系統(tǒng)壓降增大。

上海石化1#加氫裂化裝置原料氮質量分數控制得較低，如圖1(數據收集時間為2012年4月至2016年4月)所示，平均值在750 mg/kg以下，低于FF-46催化劑要求氮質量分數的上限值1 600 mg/kg，很好地保證了加氫精制催化劑的脫氮效果和壽命。這得益于2012年投入使用的渣油加氫裝置，通過整體的物料平衡調整，使得加氫裂化的原料性質變好，為長周期穩(wěn)定運行提供了有利條件，整體效益得到提升。針對銨鹽結晶的問題，操作中將注水量穩(wěn)定在8%(對進料量)以上，盡可能洗掉換熱器和空冷管束中的結晶鹽，確保長周期運行。

——◆平均值；——■最大值

1.2 硫質量分數

原料中的硫化物在催化劑的作用下加氫脫硫反應生成H2S，H2S的存在一方面降低了反應的氫分壓，抑制加氫脫硫反應的正向進行，造成產品硫質量分數超標；另一方面對系統(tǒng)設備和管線造成腐蝕。

由于采購的原油中硫質量分數較高，1#加氫裂化裝置原料硫質量分數持續(xù)在2%以上(如圖2所示，數據收集時間為2012年4月至2016年4月)，高于FF-46催化劑要求的硫質量分數質量分數上限值(1.8%)。裝置通過調整循環(huán)氫脫硫貧胺液量來調整脫硫后循環(huán)氫中H2S體積分數，使其在300～2 000 mL/m3，保持精制催化劑為硫化態(tài)且有高的脫氮脫硫活性?？紤]到高體積分數的H2S對分餾系統(tǒng)的腐蝕，裝置在脫戊烷塔(硫化氫汽提塔)塔頂氣相出料管線上注入緩蝕劑，減緩高硫氣相對管線的沖刷腐蝕，監(jiān)測塔頂回流罐酸水中的鐵離子等指標，控制腐蝕速率，維持長周期運轉。

——◆平均值；——■最大值

1.3 終餾點

原料的終餾點提高，代表多環(huán)芳烴和重稠環(huán)芳烴增多，而膠質、瀝青質、重金屬等雜質也隨之增多，大大增加了加氫難度，同時這些雜質很不穩(wěn)定，容易縮合生焦使催化劑加速失活[2]。

為了減少原料中的重雜質，要求原油減壓蒸餾裝置嚴格控制側線抽出溫度，保證VGO的質量，同時采用“嘴對嘴”直供的方式供料，既能避免VGO在儲罐中發(fā)生重雜質氧化導致質量變差，也減少了一部分能耗。1#加氫裂化原料終餾點變化如圖3(數據收集時間為2012年4月至2016年4月)所示，裝置進料終餾點控制較低，對減緩催化劑失活起到了很好的作用。

——◆平均值；——■最大值

2 操作條件對裝置長周期運行的影響

2.1 反應溫度

反應溫度是需要嚴格控制的參數。加氫裂化反應為強放熱反應，反應器內催化劑床層溫度呈梯度分布，控制反應溫度可保持進料達到要求的轉化率，避免“飛溫”等異常情況發(fā)生。加氫裂化過程中由于催化劑表面積炭，堵塞催化劑孔道，導致催化劑活性下降，為了保證產品質量和轉化率，需要提高反應溫度以彌補活性損失。對于目前主流加氫裂化催化劑來說，允許的溫度上限是很高的，而導致無法提溫的主要限制因素是設備材質可以耐受的溫度。

裝置從2012年4月更換催化劑后運行至今，DC101、DC103、DC102的最高溫度分別為403，398，404 ℃，根據裝置在滿負荷狀態(tài)下各反應器最高點溫度的升溫速率(DC101為0.013 0 K/d、DC103為0.004 5 K/d、DC102為0.012 8 K/d)以及裝置反應器操作溫度上限410 ℃判斷，裝置在滿負荷狀態(tài)下可以運行到本周期末(2017年3月)。裝置運行末期可將精制的氮質量分數適當放寬，以降低精制反應器的溫度，控制裂化段轉化深度，保證裂化床層冷氫閥開度有余量。

2.2 氫分壓和氫油比

加氫裂化反應在較高的溫度進行，原料中一定數量的稠環(huán)芳烴和非芳化合物會發(fā)生縮合反應，導致催化劑表面積炭，使催化劑失活從而降低催化劑的壽命。當提高氫分壓時，可以抑制焦炭的生成，從而減緩催化劑失活，延長裝置的運轉周期。因此，操作中維持合適的反應壓力和氫氣體積分數，是維持長周期運行的重要條件。氫油比的變化影響反應的氫分壓，由于反應過程有較大的氫耗，入口氫油比低會導致床層下部氫分壓偏低，催化劑積炭加劇，不利于催化劑活性的維持。

裝置本周期內維持系統(tǒng)壓力在13～14 MPa，精制反應器氫油比大于800,裂化反應器氫油比大于1 400，有效地抑制了催化劑積炭結焦失活，同時確保產品中芳烴質量分數合格，為長周期運行提供了條件。

2.3 空速

空速是將催化劑裝填量和處理的原料量關聯的參數，空速與反應溫度在一定范圍內是互補的，這取決于催化劑的活性和原料性質。提高空速時，為了確保一定的轉化率，需要提高催化劑床層溫度，導致結焦速度加快，縮短運行周期。

裝置2012年更換的FF-46和FC-32催化劑按照裝置滿負荷運行時空速1.0 h-1和1.5 h-1設計，精制反應器采用部分稀相和部分密相填裝，裂化反應器采用密相填裝，保證有足量的催化劑，運轉4年后裂化床層仍有提溫空間。

3 設備運行狀況對裝置長周期運行的影響

設備運行狀況是影響裝置長周期運行的重要因素，保持好的設備運行狀況，是長周期運行的最基本要求，也是最重要的保障。表1列出了裝置本周期內發(fā)生的非計劃停車情況，2012年裝置開車至今共發(fā)生非計劃停車的6次，消缺檢修1次。

表1 上海石化1#加氫裂化裝置本周期停車記錄

從表1可知：關鍵設備的故障嚴重影響裝置長周期運行，是導致非計劃停車的重要原因。裝置在日常設備管理中，應做好關鍵設備的檢查和整改工作，對設備故障檢修要形成閉環(huán)，同時組織對使用年限長的設備進行排查。在檢修中強調檢修深度的深化，對加氫裂化等運行年限超過30年的裝置建議增加檢修費用和時間、加深檢修深度。

4 結論

通過以上分析，確保加氫裂化裝置長周期運行要注意以下幾點。

(1)嚴格控制原料中的硫、氮質量分數，穩(wěn)定常減壓裝置操作，控制好原料終餾點，有條件的可以進行熱供料，保證反應注水量。

(2)控制反應溫度，保持床層冷氫余量，同時按照催化劑的設計空速來控制進料量，防止床層溫度升高速率增大，保持反應系統(tǒng)操作穩(wěn)定。

(3)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力在較高的水平，控制合適的氫油比，減緩催化劑結焦速率。

(4)加強現場設備管理，做好關鍵設備的檢查和整改工作，形成科學高效的閉環(huán)檢修，增加檢修深度，重點抓好檢修質量，落實全面質量管理。

[1] 韓崇仁.加氫裂化工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2006:314.

[2] 張繼昌，劉黎明，王軍霞，等.加氫裂化裝置長周期運行的影響因素分析[J].中外能源，2010(11)：79-81.

Analysis on the Factors Affecting Long-term Operation of 1#Hydrocracking Unit

Yu Hao

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

This paper introduces the operation of 1.5 Mt/a hydrocracking unit after the catalyst change since 2012,analyzes the effectors of various factors as mass fraction and final boiling point of nitrogen and sulfur in raw materials,operating reaction temperature,hydrogen partial pressure and hydrogen/oil ratio,air speed,and equipment operation on the long-term operation of the hydrocracking unit,and summarizes the experience in maintaining long-term operation of plants.

hydrocracking,long-term operation,catalyst

2016-11-01。

于浩，男，1987年出生，2011年畢業(yè)于中國石油大學(華東)化學工程與工藝專業(yè)，工程師，主要從事芳烴生產運行管理工作。

1674-1099 (2017)02-0021-04

TE624

A