白油加氫裝置原料變化對生產(chǎn)的影響及應(yīng)對措施

劉學(xué)

（南京煉油廠有限責(zé)任公司，江蘇南京210033）

南京煉油廠有限責(zé)任公司（簡稱南煉）白油加氫裝置采用撫順石油化工研究院（現(xiàn)大連石油化工研究院）開發(fā)的WSI 高壓加氫異構(gòu)脫蠟和補充精制工藝技術(shù)，采用一段串聯(lián)一次通過工藝流程，設(shè)有反應(yīng)系統(tǒng)和分餾系統(tǒng)，反應(yīng)系統(tǒng)的異構(gòu)和精制反應(yīng)器所裝填催化劑活性組分均為貴金屬（Pt/Pd），反應(yīng)后的生成油進入分餾系統(tǒng)進行切割。本裝置以中國石化公司某分公司（以下簡稱分公司） 加氫裂化尾油和外購尾油為原料，生產(chǎn)APIⅡ類潤滑油基礎(chǔ)油在內(nèi)的特種工業(yè)白油產(chǎn)品。

1 原料簡介

1.1 原料儲罐

原料罐區(qū)設(shè)有4 個儲罐為本裝置供應(yīng)原料，其中3 個用于儲存分公司尾油，1 個儲存外購原料。儲罐參數(shù)見表1。

表1 儲罐參數(shù)表

1.2 原料性質(zhì)

加氫裂化尾油具有硫、氮含量低，芳烴含量低，飽和烴含量高等特點，以此作為原料所獲得的潤滑油基礎(chǔ)油，往往都能達到APIⅡ類標(biāo)準(zhǔn)。分公司尾油餾程穩(wěn)定，硫、氮含量低，不同時期100℃運動粘度差別較大，傾點相對較低，說明其異構(gòu)化程度高，含蠟量低。外購原料不同廠家之間的性質(zhì)差別大，廠家1 各階段餾出溫度高（干點過高未采集到分析數(shù)據(jù)），說明重組分多，廠家2 前部餾出溫度居中，干點較低，說明中間餾分多，廠家3 前部餾出溫度低，干點較高，說明輕重兩端餾分多，總體上外購原料與分公司尾油相比呈現(xiàn)出傾點高、組分重的特點。不同原料性質(zhì)見表2。

表2 原料性質(zhì)指標(biāo)

2 原料變化對生產(chǎn)的影響及應(yīng)對措施

2.1 原料供應(yīng)

2.1.1 供應(yīng)不足對裝置運行的影響

本裝置原料供應(yīng)主要取決于分公司加氫裝置能否平穩(wěn)運行，一般遇到晃停電、設(shè)備故障等非計劃停工，7d 左右能重新恢復(fù)供料，如果是壓容壓管檢測、催化劑再生換劑等大停工檢修，根據(jù)工程量可能需要30～45d。上游裝置停工或外采原料量偏少，會導(dǎo)致裝置降量甚至停工。

2.1.2 應(yīng)對措施

1）短時間的供應(yīng)緊缺需要根據(jù)原料庫存以及恢復(fù)供應(yīng)時間來計算合適的處理量，分公司尾油1# 罐作為非常用罐，其液位盡量維持在10m 作為儲備，原料供應(yīng)中斷時，尾油2800t 庫存量能維持裝置以15t/h（摻煉比10∶5）處理量運行11d，同時加大外購原料采購力度，提高外購原料儲罐液位，在尾油庫存消耗完畢后，做好全加工外購原料的準(zhǔn)備。由于外購原料傾點高，按以往生產(chǎn)經(jīng)驗，處理量以12t/h 為宜，能保證裝置穩(wěn)定運行。

2）長時間停供一般是上游裝置大檢修，提前了解上游裝置檢修時間和周期，制定好本裝置陪停檢修計劃，預(yù)留10d 左右的原料庫存，便于時間銜接上的調(diào)整。

由圖2 和圖3 可以看出：兩起事故中，隨著異常原料穿透催化劑床層，反應(yīng)器上、下床層溫升總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。隨著時間推移，上、下床層溫升曲線形成剪刀張開形態(tài)，同時總溫升逐漸下降，說明反應(yīng)深度下降，催化劑正在逐漸失活，兩起事故相互比較，原料帶水溫升變化時間快，變化幅度更明顯。兩起事故的原因分別是原料流程串油導(dǎo)致被污染，儲罐內(nèi)伴熱蒸汽泄漏導(dǎo)致帶水。

圖2 硫、氮含量超標(biāo)反應(yīng)溫升變化圖

2.2.2 應(yīng)對措施

1）設(shè)置報警

DCS 系統(tǒng)上設(shè)置報警：a)原料密度報警，原料進裝置溫度65℃左右，參考日常運行過程中密度

2.2 原料中催化劑毒物含量超標(biāo)

2.2.1 原料硫、氮、水含量超標(biāo)對催化劑的影響

由于催化劑采用貴金屬作為活性組分，硫、氮超標(biāo)極易導(dǎo)致催化劑中毒，硫、氮屬于非永久性毒物，但長期存在過量的硫、氮，也會造成催化劑永久性中毒[1]。水含量超標(biāo)主要是原料帶水進入反應(yīng)器后液態(tài)水或高濃度水蒸氣與催化劑接觸時，會造成催化劑上的金屬聚結(jié)、晶體變形以及催化劑外形改變，從而破壞催化劑的機械強度及活性、穩(wěn)定性[2]。本裝置曾發(fā)生過原料硫、氮含量超標(biāo)和原料帶水兩起事件，其反應(yīng)器床層溫升變化情況分別見圖2、圖3。變化范圍和帶水事故中密度變化趨勢，對原料質(zhì)量流量計密度設(shè)置825kg/m3高報；b) 反應(yīng)溫升異常報警，利用DCS 相應(yīng)功能塊，將反應(yīng)溫升數(shù)值前后變化進行計算，再與設(shè)定值進行比對，最后輸出ON 時觸發(fā)溫升報警，設(shè)定值是根據(jù)兩次中毒事故溫升變化趨勢確定的。

圖3 原料帶水反應(yīng)溫升變化圖

2）應(yīng)急處置

出現(xiàn)原料密度報警或反應(yīng)溫升報警，及時查看分公司尾油是否切換罐，外購原料是否換料，上游加氫裝置是否進行調(diào)整，儲罐區(qū)流程是否改動，需要硬隔離的流程是否加堵盲板。若上述情況均正常，無法判斷報警原因，可采取以下處置：a)原料及時采樣分析，加強原料罐切液，密切觀察反應(yīng)床層溫度、溫升、差壓，高分壓力，氫耗，常頂氣量等參數(shù)變化；b） 若相關(guān)參數(shù)變化趨勢明顯，則迅速切斷所有進料，裝置改循環(huán)操作，待原因查明恢復(fù)正常后再開工引油；c) 開工后若發(fā)現(xiàn)催化劑活性受到影響，制定并執(zhí)行相應(yīng)合理的催化劑清洗還原方案。

2.3 原料性質(zhì)

2.3.1 傾點變化的影響

傾點的變化由油品中的石蠟含量和組成分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)的多少來共同決定，石蠟含量越高或組成分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多則傾點越高。原料的傾點高低及目的產(chǎn)品的傾點要求決定了異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度，當(dāng)原料中的蠟含量較高或蠟較重時，需要的異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度較高，但是提高溫度會導(dǎo)致催化劑選擇性下降，產(chǎn)品液收下降，并會縮短催化劑壽命[3]。

考慮傾點的決定原因，有時摻煉高傾點外購料對產(chǎn)品粘指改善效果不明顯，由表3 可以看出：廠家2 和廠家3 相同傾點和相同摻煉比的工況下，反應(yīng)溫度相差15℃，摻煉廠家2 與摻煉廠家3的原料方案相比，其減二線油和減底油的粘指分別高出8 和10 個點，摻煉廠家2 起到了較好的改質(zhì)效果。

表3 加工不同性質(zhì)原料的操作參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量

2.3.2 組分輕重變化的影響

通過對原料密度、餾程和100℃運動粘度的分析，可以判斷原料組分輕重，從而能判斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大體分布。由表2 和表4 中的內(nèi)容可以看出：廠家1 組分最重，時期1 組分最輕，兩者結(jié)合摻煉后，其減底油仍然保持了較高收率，廠家3 初餾低，干點高，其減頂循油和減底油收率明顯較其他工況高，說明原料組分輕重與產(chǎn)品分布具有一致性。

表4 加工不同性質(zhì)原料的產(chǎn)品收率

當(dāng)原料組分發(fā)生變化時，如果判斷不及時，相應(yīng)的爐溫、回流、產(chǎn)品排量調(diào)整滯后，容易導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。當(dāng)其組分變化偏離正常工況較多時，則不利于裝置平穩(wěn)運行，輕組分過多和重組分過少，常壓塔系統(tǒng)分離效果變差，減壓爐負荷過大，輕組分過少和重組分過多，常壓爐爐管體積流速過低容易形成氣阻現(xiàn)象，減壓塔上部產(chǎn)品調(diào)節(jié)余量小。

2.3.3 芳烴含量變化的影響

目前大多傾向認為部分飽和多環(huán)芳烴是導(dǎo)致基礎(chǔ)油光安定性差的主要原因，尤其是這類物質(zhì)含量雖然不高，但性質(zhì)很不穩(wěn)定，在紫外光作用下油品顏色會變深甚至產(chǎn)生沉淀[4]。當(dāng)原料中芳烴含量偏高時，超出本裝置補充精制催化劑加氫飽和能力，容易導(dǎo)致產(chǎn)品芳烴含量不合格。

2.3.4 應(yīng)對措施

1）操作調(diào)整：a）外購原料主要采購自廠家1/2/3，廠家3 含蠟量高，對應(yīng)反應(yīng)溫度比廠家1 和廠家2 要高出15℃，外購原料切換時提前做好反應(yīng)溫度調(diào)整，對于首次加工的新外購原料，做好數(shù)據(jù)收集，總結(jié)加工經(jīng)驗。b）分公司尾油換罐時，及時分析罐樣成績變化，根據(jù)變化方向判斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分布，做好分餾爐出口溫度和各側(cè)線產(chǎn)品抽出量的操作調(diào)整，再根據(jù)產(chǎn)品分析成績，提高目的產(chǎn)品收率。

2）社版優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)：a）分公司尾油品質(zhì)較好，供應(yīng)穩(wěn)定，以加工分公司尾油為主，有利于催化劑壽命延長和產(chǎn)品芳烴含量合格，但分公司尾油傾點低，重組分占比少，產(chǎn)品粘指差，所以要輔以摻煉合適的外購原料和優(yōu)化摻煉比，提升產(chǎn)品粘指，同時摻煉后反應(yīng)裂解產(chǎn)生的輕組分增加，能消除常壓爐氣阻現(xiàn)象，所摻煉的外購原料組分重，能降低減壓爐負荷，有利于裝置的正常操作調(diào)整。b）以市場需求為導(dǎo)向，生產(chǎn)高粘指產(chǎn)品以摻煉廠家2 為主，追求重組分收率以摻煉廠家1 為主，追求輕組分收率以摻煉廠家3 為主。通過表3 和表4 可以看出：采取廠家2 和廠家3 外購料混合摻煉，既能改善產(chǎn)品粘指，同時兼顧了減底油收率，可以嘗試將更多不同廠家外購料進行混合摻煉，為下一步原料優(yōu)化做參考。

3 小結(jié)

1）從裝置安全運行角度出發(fā)，做好原料的監(jiān)控預(yù)警工作，發(fā)現(xiàn)任何異常及時切斷進料，防止催化劑中毒。

2）從裝置平穩(wěn)運行角度出發(fā)，首先保持原料一定的庫存來應(yīng)對短時間的供應(yīng)緊缺，其次對原料性質(zhì)變化做好預(yù)判，根據(jù)原料傾點變化，組分輕重變化，及時做好平衡操作，避免產(chǎn)生較大波動。

3）從裝置經(jīng)濟效益角度出發(fā)，摻煉合適的外購原料，摸索不同外購料混合摻煉，通過對原料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來提升目的產(chǎn)品質(zhì)量和收率。