首套南疆渣油加氫裝置長周期運行難點及對策

張 斌

（四川石化有限責任公司, 四川 成都 611930）

首套南疆渣油加氫裝置長周期運行難點及對策

張 斌

（四川石化有限責任公司, 四川 成都 611930）

該套渣油加氫裝置為首套加工南疆油的渣油加氫裝置，由于南疆油中難溶瀝青質(zhì)含量較高，其轉(zhuǎn)化率較低，裝置分餾系統(tǒng)低溫部位易出現(xiàn)瀝青質(zhì)析出積垢，精制渣油外輸壓降增大，導致該裝置被迫降負荷生產(chǎn)，換熱器結(jié)垢后精制渣油與原料油換熱器換熱效果下降，反應加熱爐入口溫度下降，增加了反應加熱爐的負荷，直接影響裝置長周期運行，通過各種措施的有效實施，裝置運行周期得到延長。

南疆油；難溶瀝青質(zhì)；結(jié)垢；重回煉油；長周期

Abstract:The VRDS unit is the first unit for processing southern Xinjiang oil. Due to high asphaltene content in southern Xinjiang oil, the conversion rate is low, low temperature part of the main fractionator system is prone to asphaltene precipitation fouling, refined oil pipeline pressure drop increases, resulting in the device to run under low load, heat transfer effect of heat exchanger of refined oil and crude oil decreases after fouling of heat exchanger,entrance temperature of reaction heating furnace decreases, which can increase the reaction furnace load and can directly affect long period operation of the unit. So various measures have been taken, the operation cycle of the residue hydrotreating unit has been extended.

Key words:Xinjiang oil; insoluble asphaltene; scaling; heavy cycle oil; long period

該套渣油加氫裝置處理能力300萬t/a，于2014年建成投產(chǎn)，是全加氫煉廠的核心裝置。由于精制渣油與原料油換熱器、精制渣油蒸汽發(fā)生器及精制渣油空冷的管層堵塞，引起渣油外輸不暢，裝置只能降加工負荷生產(chǎn)，甚至被迫單系列停工清理換熱器，裝置長周期運行困難重重[1]。而換熱器管束結(jié)垢堵塞的情況在同類渣油加氫裝置極少發(fā)生，查找原因及尋找解決辦法可借鑒的經(jīng)驗較少。

1 影響長周期運行的難點

1.1 精制渣油換熱器管束堵塞

該裝置于原始開車運行3月后，發(fā)現(xiàn)裝置精制渣油去催化裂化裝置排放不暢，出現(xiàn)了分餾塔液位無法正?？刂频那闆r，而此時出裝置流量控制閥已100%全開，裝置被迫降量生產(chǎn)，排查原因。

經(jīng)過分析裝置運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)原料油與精制渣油換熱器E1003E1002換熱效果明顯下降，現(xiàn)場增加臨時換熱設備管層出入口就地壓力表，檢測發(fā)現(xiàn)換熱器壓降增大，高于設計值，說明換熱器堵塞。由于原料油換熱不夠，進入反應加熱爐入口溫度降低，反應加熱爐出現(xiàn)滿負荷時也無法滿足出口溫度要求，運行困難，尤其當燃料氣管網(wǎng)熱值波動時，加熱爐常出現(xiàn)微正壓燃料狀態(tài)，甚至出現(xiàn)過幾次煙道二次燃燒，導致煙道溫度高報警的現(xiàn)象發(fā)生；另外，發(fā)現(xiàn)蒸汽發(fā)生器E3004產(chǎn)汽量下降，由初期的35 t/h降低至15 t/h。

圖1為發(fā)生瀝青質(zhì)析出結(jié)垢后出現(xiàn)差壓的精制渣油相關換熱設備分布圖。

1.2 被迫單系列停工處理換熱

由于 E-1002-1/2，E-1003AB-1/2、E3004、EA3004管程壓差高,該裝置被迫2次單系列停工，利用高壓水槍對換熱器管束、蒸汽發(fā)生器管束、渣油空冷管束進行清理。其中由于E1003、EA3004管束中結(jié)垢較少，每處約200 kg；E1002結(jié)垢較多，約450 kg；蒸汽發(fā)生器E3004中結(jié)垢最多，約1 000 kg。結(jié)合換熱器的換熱溫位，認為當精制渣油溫度低于235 ℃時，易發(fā)生瀝青質(zhì)析出產(chǎn)生積垢現(xiàn)象。

檢修時管道中的結(jié)垢均勻附著在管道內(nèi)壁，其厚度約5 mm。取出部分管道內(nèi)的結(jié)垢物，較堅硬。

圖1 分餾塔底加氫渣油差壓分布圖Fig.1 Fractionating tower bottom hydrogenation residue pressure distribution

1.3 產(chǎn)品Ni+V含量超標

正常生產(chǎn)時，裝置控制蠟油渣油比例15∶85。分析渣油加氫混合原料，其金屬含量 Ni+V超標，常超過設計指標75 μg/g的要求，高時達到95 μg/g以上，而且，該混合油V含量高于Ni常在50 μg/g以上；Ca含量也出現(xiàn)過一段時間超過設計指標35μg/g的情況，最高出現(xiàn)過76.83 μg/g（圖2）。

圖 2 原料及產(chǎn)品金屬（Ni+V）性質(zhì)Fig.2 Properties of raw materials and products

由于產(chǎn)品分析中金屬含量一直偏高，裝置40 d左右進行了一次較快提高CAT的過程，但脫金屬效果仍然較差。由于脫金屬率下降，也直接導致催化裝置劑耗增加（圖3）。

2 換熱器堵塞原因分析

瀝青質(zhì)在低溫段析出沉積結(jié)垢是造成換熱設備管束堵塞的主要原因[2,3]。

該公司常減壓裝置原料油組成為哈薩克斯坦、南疆及北疆原油，其比例7∶2∶1。由于換熱設備管程堵塞現(xiàn)象在國內(nèi)外同類裝置很少出現(xiàn)，先后邀請CLG、北京院、撫研院、中石油等相關專家進行研討，后初步判定為瀝青質(zhì)在精制渣油出裝置的低溫段換熱設備管程析出引起換熱器堵塞，同時由于南疆油原料中含大量難脫除瀝青質(zhì)，因瀝青質(zhì)中金屬含量較高，導致脫金屬、脫殘?zhí)悸室恢睙o法提高。

圖 3 反應溫度變化曲線Fig.3 Reaction temperature curve

表1對各類渣油進行了分析對比。該渣油裝置加工原料油哈油、南疆油、北疆油均屬于中間基原油，與中東油相比，飽和分較多，芳香分和膠質(zhì)偏少；南疆油較惡劣，瀝青質(zhì)較多，加工難度大。

如圖4所示，有分析認為，瀝青質(zhì)正常情況下由膠體包圍，瀝青質(zhì)居中，伴隨加氫過程的進行，芳香分、膠質(zhì)逐漸被加氫，膠體穩(wěn)定指數(shù)進一步降低，使得瀝青質(zhì)以一種淤泥的形式析出沉積在反應器內(nèi)或管道內(nèi)，是造成換熱器堵塞的主要原因[5-7]。

該裝置工藝包廠商CLG公司的實驗室，針對瀝青質(zhì)的組分分析，開發(fā)了兩種測試方法，一是瀝青質(zhì)溶解度分級分析法：瀝青質(zhì)在測試過程中，由易到難分級分散，該方法可以提供瀝青質(zhì)在樣品中的溶解活性；

二是瀝青質(zhì)溶解度圖分析法：從該分析方法中可以得出瀝青質(zhì)溶解度分布，以及溶解度分布和析出趨勢的關聯(lián)。利用上述方法，該實驗室取混合原料油進行分析，認為其中有 7.3%的難溶瀝青質(zhì)組分；取熱低分油進行分析，認為原料中大部分的較難脫除的瀝青質(zhì)未被轉(zhuǎn)化，仍留在產(chǎn)品中，其比例占49%。與非瀝青質(zhì)組分相比，瀝青質(zhì)組分中的Ni和V轉(zhuǎn)化率較低，由于大部分的進料金屬和殘?zhí)看嬖谟跒r青質(zhì)中，導致產(chǎn)品的金屬和殘?zhí)棵摮^低（表2）。

圖 4 瀝青質(zhì)膠體結(jié)構圖[4]Fig.4 Asphaltene colloid structure diagram

表 1 渣油性質(zhì)分析對比表Table 1 Analysis of residuum properties

圖5 不同VR瀝青質(zhì)溶解度圖Fig.5 Solubility diagram of different VR asphaltenes

ΔPS越高，說明瀝青質(zhì)析出和催化劑結(jié)焦的趨勢越高，該裝置混合進料的ΔPS數(shù)值，與南美和墨西哥原油相近（屬于較難加工的原油），圖5中這些原料油ΔPS的排列，與工業(yè)裝置的加工經(jīng)驗一致。

3 長周期措施

（1）引入5%（wt）重油催化裂化裝置重循環(huán)油入分餾，由于重循環(huán)油芳環(huán)較多，經(jīng)過實驗，在溫度150 ℃，可較好的溶解換熱器結(jié)垢物，目前該項目已實施，分餾精制渣油換熱器出口溫度相對穩(wěn)定，表明重循環(huán)油能有效溶解瀝青質(zhì)，減少了瀝青質(zhì)的析出。待裝置停工大檢修期間，將重循環(huán)油引入反應原料，減緩瀝青質(zhì)在催化劑上的沉積導致反應器壓降上升的趨勢。

（2） 裝置保持較大的加工負荷，通常換熱器管束線速度按1.5～2.0 m/s設計，當裝置處理量降低時，若計算得出的流體線速度低于1.5 m/s，瀝青質(zhì)在管束內(nèi)的沉積結(jié)垢的概率大增，CLG公司曾采樣該裝置混合原料實驗，當處理量低至設計負荷77%時，反應器發(fā)生堵塞，無法繼續(xù)實驗，所以，正常情況下，須保持裝置較高的加工符合，一般不宜低于90%。

（3） 提高分餾塔底部溫度，控制分餾塔進料加熱爐溫度在371℃的設計溫度，以保證分餾系統(tǒng)精制渣油較高的溫度，避免經(jīng)過與原料油換熱后溫度低于設計值，造成瀝青質(zhì)在低溫部位析出。顯然，須同時要求上游熱進料供應的常減壓裝置要提高熱進料溫度，冷進料包括冷渣油及蠟油供應單位須保證設計溫度，避免混合原料溫度低導致反應系統(tǒng)熱虧。

（4） 伴隨裝置運行時間增加，反應器壓降逐步增加，循環(huán)氫壓縮機運行條件變苛刻，加強對機組運行的監(jiān)護，確保機組正常運行。

（5）當出現(xiàn)分餾換熱器壓差較高無法正常生產(chǎn)時，可單系列停工清理換熱器。若單系列停工無法處理的，因只有一臺蒸汽發(fā)生器及空冷，可加臨時跨線，直接將產(chǎn)品精制渣油送催化裝置，此時存在因出裝置溫度較高接近設計上限，須沿途檢查送精制渣油管線有無限位管托，發(fā)現(xiàn)后須解除限位，當投用臨時跨線前，適當降低裝置處理量，適當降低分餾塔低溫度，避免精制渣油出裝置溫度超高。

（6）在可能的情況下，改善全公司原油的組成，適當減少南疆油的配比。

4 結(jié) 論

解決分餾精制渣油在相對低溫部位析出沉積結(jié)垢的問題，是加工含南疆油渣油加氫裝置長周期運行的關鍵問題，也是裝置催化劑選擇的關鍵因素，同時，渣油加氫裝置的運行負荷、平穩(wěn)情況、運轉(zhuǎn)周期決定了上游常減壓及下游催化裝置的負荷及長周期，甚至決定全公司的加工符合及經(jīng)濟效益，由于大多新建煉化一體化公司的渣油原料罐及催化裝置原料罐設計罐容較小，若渣油加氫裝置這一中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)較大波動，不能盡快恢復生產(chǎn)的情況下，可能導致全公司停工的嚴重影響。

［1］王瑜, 劉念. 渣油加氫脫硫裝置換熱器結(jié)垢原因分析與對策[J]. 科技展望, 2017, 27(10).

［2］Dicka, 孫其華. 瀝青質(zhì)沉淀是原油換熱器結(jié)垢的主要原因[J]. 石油煉制譯叢, 1989(6)∶42-45．

［3］吳國忠, 林林, 楊顯志,等. 結(jié)垢對管殼式換熱器流動換熱影響研究[J]. 當代化工, 2014(7)∶1386-1388．

［4］李能, 董明, 李龍,等. 石油瀝青質(zhì)化學結(jié)構模型研究進展[J]. 石油瀝青, 2014, 28(3)∶40-48．

［5］趙輝. 渣油加氫轉(zhuǎn)化規(guī)律研究[D]. 中國石油大學, 2009．

［6］張會成, 顏涌捷, 孫萬付,等. 渣油在加氫處理中的性質(zhì)和結(jié)構變化規(guī)律研究[J]. 燃料化學學報, 2008, 36(1)∶60-64.

［7］阮哲, 王祺來. 瀝青質(zhì)沉積機理研究綜述[J]. 當代化工, 2016,45(1)∶125-128.

Difficulties and Countermeasures for Long Period Operation of the First Set of VRDS Unit for Processing Southern Xinjiang Oil

ZHANG Bin

（Sichuan Petrochemical Co., Ltd., Sichuan Chengdu 611930, China）

TE 624

A

1671-0460（2017）09-1866-04

2017-08-01

張斌（1979-），男，四川省成都市人，副總工程師，2004年畢業(yè)于西南石油大學化學工程與工藝專業(yè)，從事加氫裝置生產(chǎn)與技術管理工作。E-mail：lyzb1-ds@petrochina.com.cn。