沸騰床渣油加氫裂化裝置投產(chǎn)對蠟油加氫裝置的影響

嚴 鈞

(中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315027)

某煉化公司1.8 Mt/a蠟油加氫裝置于2002年8月建成投產(chǎn),并于2018年擴能改造為2.0 Mt/a[1]。該裝置采用中石化(大連)石油化工研究院有限公司開發(fā)的FF-34加氫精制催化劑和FBN、FDM系列保護劑,設計原料為減壓蠟油(VGO)∶焦化蠟油(CGO)∶脫瀝青油(DAO)按照質(zhì)量比60∶15∶25混合的混合原料?；旌显辖?jīng)催化加氫反應脫除硫、氮、金屬等雜質(zhì)并降低殘?zhí)亢?生產(chǎn)低硫船用燃料油調(diào)合組分或為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)原料。

2019年底,該公司采用法國Axens公司技術(shù)建設的2.6 Mt/a沸騰床渣油加氫裂化(H-oil)裝置投產(chǎn),H-oil裝置未轉(zhuǎn)化油被作為溶劑脫瀝青(簡稱溶脫)裝置進料,所產(chǎn)DAO產(chǎn)品性質(zhì)較原先以常減壓裝置洗滌油和減壓渣油為原料時所產(chǎn)的DAO有較大幅度改善,可直接作為重油催化裂化裝置進料或作為低硫船用燃料油調(diào)合組分,不必再進蠟油加氫裝置進一步加氫處理,可進一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本。因此,H-oil裝置投產(chǎn)后,該公司的2.0 Mt/a蠟油加氫裝置不再摻煉DAO,蠟油加氫裝置所產(chǎn)的精制蠟油質(zhì)量也明顯改善,為蠟油加氫裝置高負荷長周期運行創(chuàng)造了條件。

1 H-oil裝置投產(chǎn)后溶脫裝置工藝流程和DAO性質(zhì)的變化

H-oil裝置投產(chǎn)前,溶脫裝置的原料是加工高硫原油的常減壓蒸餾裝置洗滌油和減壓渣油的混合油,其中洗滌油與減壓渣油的質(zhì)量比為58∶42。隨著H-oil裝置投產(chǎn),溶脫裝置原料調(diào)整為H-oil未轉(zhuǎn)化油。H-oil裝置投產(chǎn)前后(即溶脫裝置原料調(diào)整前后)溶脫裝置的原則流程見圖1。其中,虛線為H-oil裝置投產(chǎn)前(即溶脫裝置原料調(diào)整前)的物料去向。

圖1 H-oil裝置投產(chǎn)前后溶脫裝置的原則流程

H-oil裝置投產(chǎn)前后溶脫裝置所產(chǎn)DAO的主要性質(zhì)見表1。由表1可見,隨著H-oil裝置投產(chǎn),DAO產(chǎn)品的性質(zhì)隨之發(fā)生變化,硫含量和鐵、鎳、釩、鈉等金屬含量大幅度降低,膠質(zhì)含量也有所降低,DAO無需加氫精制即可滿足重油催化裂化原料指標要求或較大比例生產(chǎn)低硫船用燃料油調(diào)合組分[2]。

表1 H-oil裝置投產(chǎn)前后溶脫裝置所產(chǎn)DAO的主要性質(zhì)

2 H-oil裝置投產(chǎn)后蠟油加氫裝置的變化

2.1 原料性質(zhì)的變化

H-oil裝置投產(chǎn)前,蠟油加氫裝置摻煉DAO,因DAO終餾點遠高于VGO和CGO,其所含的瀝青質(zhì)等結(jié)焦前身物多,殘?zhí)枯^高,增加了催化劑生焦傾向,影響催化劑使用壽命。另外,DAO中金屬鎳、釩含量遠高于VGO和CGO,在加氫反應中這些金屬會沉積在催化劑上,造成催化劑微孔堵塞而失去活性,形成不可逆的永久性中毒。瀝青質(zhì)和重金屬聚集在反應器床層上部及床層空隙中,堵塞反應器流體通道,造成床層壓降上升[3]。雖然,為保護加氫催化劑活性和穩(wěn)定性,延長裝置使用壽命,保證裝置長周期穩(wěn)定運轉(zhuǎn),在主催化劑前加大了保護劑和脫金屬催化劑的比例,但運行2年左右就需要進行反應器床層“撇頭”換劑。

隨著H-oil裝置投產(chǎn)[4],蠟油加氫裝置停止摻煉DAO。蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時原料性質(zhì)的對比見表2。由表2可知,停止摻煉DAO后,蠟油加氫原料性質(zhì)發(fā)生較大變化,殘?zhí)亢徒饘冁嚒⑩C含量明顯下降,重組分明顯減少,這將有利于減緩加氫催化劑失活,保障裝置長周期穩(wěn)定運行。

表2 蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時原料性質(zhì)的對比

2.2 主要操作條件和產(chǎn)品性質(zhì)的變化

蠟油加氫裝置摻煉DAO時,原料中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)等復雜大分子含量較多,殘?zhí)枯^高,導致加氫脫硫、脫氮難度增加;同時多環(huán)芳烴含量增加使原料大分子在催化劑活性中心上競爭吸附加劇,阻礙了C—S鍵和C—N鍵斷鏈和加氫反應,導致加氫脫硫和脫氮反應速率降低[5]。蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時主要操作條件和產(chǎn)品性質(zhì)的對比見表3。由表3可以看出:蠟油加氫裝置停止摻煉DAO后,當進料量、反應溫度、壓力相近時,裝置脫硫率和脫氮率分別增加2.3百分點和15.9百分點,氫氣消耗量增加2 736 m3/h;精制蠟油硫質(zhì)量分數(shù)和氮質(zhì)量分數(shù)分別較摻煉DAO時下降43.8%和46.1%,可對重油催化裂化裝置原料性質(zhì)有較大改善。另外,蠟油加氫裝置停止摻煉DAO后,催化劑加氫脫硫和脫氮反應性能明顯提升,反應器第一床層溫升增加4.1 ℃,第二床層和第三床層平均溫度適當降低也可滿足精制產(chǎn)品質(zhì)量需要,各床層平均溫度分布更緊湊,床層最高溫度降低了4 ℃,有利于減緩加氫催化劑失活,延長催化劑使用壽命。

表3 蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時主要操作條件和產(chǎn)品性質(zhì)的對比

蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時蠟油脫硫率和脫氮率的對比見圖2和圖3。由圖2和圖3可見,當蠟油加氫裝置停止摻煉DAO時,催化劑加氫脫硫率和脫氮率均有明顯提升。

圖2 蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時脫硫率的變化

圖3 蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時脫氮率的變化

2.3 反應器床層壓差的變化

根據(jù)Mobil公司的反應器壓差計算式[如式(1)和式(2)所示],當加氫反應器催化劑裝填完畢,床層高度、空隙率和催化劑顆粒有效直徑已固定,可推得反應器壓降與進反應器物料的質(zhì)量流量、黏度成正比,與物料的密度成反比[6]。

(1)

(2)

式中:f為摩擦因數(shù),無因次;ΔP為單位高度床層壓差,毫米水柱(1 毫米水柱=9.8 Pa);L為床層高度,m;μ為黏度,cP(1 cP=0.001 Pa·s);G為質(zhì)量流率,kg/m2·h;ε為床層空隙率,無因次;6.15×106為換算系數(shù);ρ為密度,kg/m3;de為顆粒有效直徑,mm;Re為雷諾數(shù),無因次。

蠟油加氫裝置的原料油有DAO,VGO,CGO,各餾分的密度和運動黏度見表4。蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時床層壓差的變化見圖4。

表4 原料油主要性質(zhì)

圖4 蠟油加氫裝置摻煉DAO和停止摻煉DAO時床層壓差的變化

由表4可以看出,DAO與VGO、CGO的密度相差不大,但DAO運動黏度遠大于VGO和CGO。當蠟油加氫裝置停止摻煉DAO后,進加氫反應器物料黏度變小,反應器床層壓差明顯下降。

從圖4可見,蠟油加氫裝置停止摻煉DAO后,蠟油加氫反應器第一床層壓差和床層總壓差均有較明顯下降。因此,高黏度的DAO改出蠟油加氫裝置或降低摻煉比例可立即降低反應器床層壓差,對延長蠟油加氫裝置運行周期有利。自DAO停進蠟油加氫裝置后,裝置停工撇頭換劑周期由原2年延長到3年以上。

3 結(jié) 論

(1)隨著H-oil裝置投產(chǎn),H-oil裝置未轉(zhuǎn)化油替代常減壓裝置洗滌油和減壓渣油進溶劑脫瀝青裝置,溶脫裝置產(chǎn)出的DAO品質(zhì)明顯變好,可直接改進重油催化裂化裝置作原料或調(diào)合低硫船用燃料油,而不必再進蠟油加氫裝置處理,可進一步釋放蠟油加氫裝置處理能力,優(yōu)化催化裂化原料。

(2)蠟油加氫裝置停止摻煉DAO后,加氫催化劑的加氫脫硫、脫氮反應能力明顯提升。

(3)高黏度的DAO改出蠟油加氫裝置或降低摻煉量可立即降低反應器床層壓差,延長裝置運行周期。