王志勇

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008）

某煉廠400 萬t·a-1渣油加氫脫硫裝置是目前國內(nèi)同類裝置中規(guī)模最大、工藝技術(shù)最先進的一套裝置，裝置引進美國 UOP 公司RCD Unionfining工藝技術(shù)，設(shè)計原料為沙中、沙輕（1∶1）混合原油的68.9%減壓渣油和31.1%的減壓重蠟油，殘?zhí)?5.8%，金屬（Ni+V）97.55×10-6，硫含量4.46%，氮含量3025×10-6，屬高硫、高殘?zhí)俊⒏呓饘?、高氮含量性質(zhì)苛刻原料，最大量生產(chǎn)硫含量小于0.4wt%，氮含量小于1300×10-6，金屬（Ni+V）含量小于11×10-6，殘?zhí)啃∮?.2wt%的催化裂化裝置進料（脫硫渣油）產(chǎn)品，同時生產(chǎn)部分柴油和少量石腦油。裝置設(shè)計開工時數(shù)8000h，在處理設(shè)計原料時催化劑的預(yù)期壽命是333d，加工減壓渣油和減壓重蠟油400 萬t，兩系列催化劑沉積金屬總量為（Ni+V）361.8t、Fe 23.4t。

裝置于2014 年8 月30 日一次開車成功，反應(yīng)一系列采用的催化劑為美國ART 公司催化劑，反應(yīng)二系列采用的催化劑為美國Albemarle 公司的催化劑。由于渣油加氫裝置是重油加工流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以裝置從開工后一直保持較高負荷運轉(zhuǎn)，截至2015 年6 月底已累計運轉(zhuǎn)303d，加工渣油原料313×104t。但在裝置運行周期的不同階段，隨著催化劑的活性下降，適宜加工原料的性質(zhì)、產(chǎn)品分布與脫硫渣油的產(chǎn)品性質(zhì)均有顯著差異，不僅直接影響下游催化裝置的加工量與收率，對全廠物料平衡也會產(chǎn)生很大影響。同時該廠已經(jīng)確定2016 年3 月份開始進行全廠大檢修，為了實現(xiàn)全廠大修和渣油加氫裝置的催化劑更換同步進行，準確預(yù)測和控制裝置催化劑的失活速度，確保裝置能夠運行到明年3 月份，對原油采購以及制定和實現(xiàn)生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化意義重大。

1 影響催化劑壽命的因素及催化劑壽命預(yù)測

1.1 影響渣油加氫催化劑壽命的因素

裝置操作苛刻度水平是影響催化劑壽命的主要因素。越高的苛刻度需要越高的溫度。高苛刻度下，金屬沉積量和結(jié)焦量增加，加速了催化劑的積垢失活速率。因此，操作苛刻度（如原料含硫、金屬、殘?zhí)扛?、或RFCC 進料硫、金屬、殘?zhí)亢康停└哂谠O(shè)計值，將降低催化劑壽命。為保證催化劑的設(shè)計壽命，需要保持苛刻度在設(shè)計目標水平，避免在快速污染催化劑的工藝條件下操作。催化劑壽命也受進料量和氫分壓影響。在高于設(shè)計進料速率和/或低于設(shè)計氫分壓下操作都將縮短催化劑壽命。增加進料速率將導致大量的金屬沉積在催化劑上，從而縮短催化劑壽命。增加進料量后，為滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，需要更高的溫度來脫除更多的雜質(zhì)。減小氫分壓將導致結(jié)焦速率的增加，從而縮短催化劑壽命。

1.2 裝置催化劑壽命預(yù)測

渣油加氫裝置至2015 年6 月底，已連續(xù)運行303d，已經(jīng)接近設(shè)計的333d 的運行周期，但本批催化劑目前仍具有相當高的活性和選擇性，相當于在催化劑的設(shè)計中期活性水平運行，主要得益于本周期內(nèi)所加工原料性質(zhì)要優(yōu)于設(shè)計原料性質(zhì)，同時生產(chǎn)操作控制得當，加工總苛刻度低于設(shè)計水平，以下對催化劑壽命作出預(yù)估。

1.2.1 根據(jù)混合原料加工量預(yù)估

截至2015 年6 月底，本裝置催化劑已連續(xù)高負荷運行303d，累計加工減壓渣油與減壓重蠟油混合進料313×104t，接近80%設(shè)計加工負荷，按加工量預(yù)估，本批催化劑壽命還有2.5 個月。

1.2.2 按催化劑上沉積金屬量預(yù)估

由于裝置原料和產(chǎn)品金屬含量(Ni+V)化驗分析頻次偏低（2 次/周），可能導致計算存在一定誤差，但采取平均值估算的方法，仍然可以通過金屬沉積總量指標來判斷催化劑的剩余運行時間。根據(jù)化驗分析數(shù)據(jù)平均值計算，截至2015 年6 月底，催化劑上已沉積金屬(Ni+V)共計165.8t、Fe 9.27t，如果按照（Ni+V）361.8t、Fe 23.4t 的沉積金屬總量測算，兩系列催化劑還可加工金屬含量相近的原料約9.5 個月。

圖1 催化劑上的金屬沉積量情況

1.2.3 按催化劑結(jié)焦積垢程度預(yù)估

由于裝置加工原料性質(zhì)相對比較穩(wěn)定，原油油品種類變化不大，主要加工原油為沙中、沙輕、阿曼、上扎庫姆、達爾、伊輕原油的混合油，各反應(yīng)器床層壓降變化不大，各反應(yīng)器壓降自開工以來一直非常穩(wěn)定。如果假設(shè)焦炭沉積在催化劑上的數(shù)量、比例與設(shè)計相當，按脫殘?zhí)科骄涤嬎悖呋瘎┙Y(jié)焦積垢約為設(shè)計的45%左右，兩系列催化劑在滿足設(shè)計原料及產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，還可運行約10 個月。

圖2 1 系列反應(yīng)器壓降圖

圖3 2 系列反應(yīng)器壓降圖

1.2.4 根據(jù)反應(yīng)溫度分析

截至2015 年6 月底，裝置兩系列催化劑平均溫度(CAT)已提至391.5℃(設(shè)計為383 405℃)，如按設(shè)計2℃/月提溫速度計算，催化劑可以再運行7 個月左右。按設(shè)計要求在加工設(shè)計原料時，要想達到渣油加氫催化劑的均勻失活，各床層BAT 與CAT 應(yīng)按如下要求控制： BAT(1)=CAT-12、BAT(2)=CAT-6、BAT(3)= CAT+3、BAT(4)= BAT(5)=CAT+6。裝 置 自 開工以來BAT 溫度一直控制較好，目前一系列反應(yīng)溫度 分 別 為BAT(1)=378.5，BAT(2)=384.3，BAT(3)=389，BAT(4)=399.9，BAT(5)=402.5，二系列反應(yīng)溫度分別為BAT(1)=376.3，BAT(2)=382，BAT(3)=391.1，BAT(4)=398.1，BAT(5)=404.7。如果裝置繼續(xù)運行，為了保證四反與五反催化劑能夠順利卸出，在今后運行周期內(nèi)，必須保持四反與五反催化劑床層的任一點溫度不超過425℃，否則催化劑結(jié)焦積垢會相當嚴重，可能導致卸劑困難。另外，受催化劑總活性降低限制，在達到設(shè)計操作目標的情況下，要想實現(xiàn)催化劑均勻失活，裝置操作也將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。綜上所述，渣油加氫裝置催化劑運行周期雖然已經(jīng)接近設(shè)計值，但由于所加工原料苛刻度低于設(shè)計水平，在設(shè)計條件下，如果控制好提溫的速度，催化劑壽命還有約7 8 個月。

圖4 反應(yīng)器BAT 溫度圖

2 加工原油性質(zhì)建議

雖然本周期內(nèi)加工總苛刻度低于設(shè)計水平，但有些原料性質(zhì)也較苛刻，如殘?zhí)扛?，某些原油品種金屬和硫不活潑，不易脫除等。上述因素導致裝置各床層催化劑的利用率不均勻，活性損失不相同，對各床層催化劑均勻失活提出挑戰(zhàn)。要想充分利用催化劑的剩余活性，需要對本周期剩余運行時間內(nèi)所處理的原油性質(zhì)提出建議。

2.1 進料中雜質(zhì)含量要求

操作苛刻度是影響催化劑運行壽命的主要因素。在今后運行期間內(nèi)，要想延長操作周期，必須嚴格控制裝置的操作苛刻度，以實現(xiàn)在本周期內(nèi)所有催化劑利用率最大化。

2.1.1 進料中硫含量

對渣油加氫來說，脫硫并不是一個限制因素，裝置設(shè)計脫硫率為在運轉(zhuǎn)初期和運轉(zhuǎn)末期都可以達到90%以上，所以在整個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，隨著催化劑活性的降低，脫硫率仍可保持在較高水平。但是為了確保催化裂化裝置SO2排放合格，建議在余下的運行時間內(nèi)，煙氣脫硫項目實施前裝置進料中硫含量按不大于3.2wt%控制，待煙氣脫硫項目實施后裝置進料中硫含量可按設(shè)計值不大于4.46wt%控制。

2.1.2 進料中金屬含量

裝置設(shè)計要求進料中金屬(Ni+V)含量為不大于97.5μg·g-1。在運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，隨著催化劑活性降低，設(shè)計脫金屬率會有一定程度的降低，這同時與所加工原料的金屬活潑程度有關(guān)。本周期內(nèi)由于裝置加工原料與設(shè)計值略有不同，增加了部分非洲油，若仍按目前原料生產(chǎn)，要達到產(chǎn)品中金屬含量不大于11μg·g-1的要求，進料中金屬含量應(yīng)控制在70μg·g-1以下。

截至2015 年6 月底，催化劑上已累計沉積重金屬175t，按照385t 的沉積金屬總量計算，兩系列催化劑金屬沉積余量還有210t，如果按照2016 年3 月停工換劑，并且在此期間內(nèi)，所加工原料金屬含量接近70 μg·g-1的話，催化劑上金屬沉積量將達到340t 左右，仍然具有容金屬能力，但到時催化劑的其他活性可能限制裝置的繼續(xù)運轉(zhuǎn)。如果所選擇原油金屬較活潑，容易脫除，進料中金屬含量可按不大于85 μg·g-1控制，金屬沉積速率過快，會導致其在催化劑上沉積不規(guī)則，容易堵塞催化劑活性中心孔道，加快催化劑失活速度。

2.1.3 進料中殘?zhí)恳?/p>

裝置設(shè)計進料殘?zhí)坎淮笥?5.8%(質(zhì)量分數(shù))，在運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，催化劑設(shè)計脫殘?zhí)柯蕿?2.7%，這同時與所加工原料的殘?zhí)棵摮y易程度有關(guān)。本周期內(nèi)裝置加工原料與設(shè)計原料不同，催化劑脫殘?zhí)柯蚀笾略?5%左右，如果還按目前原料生產(chǎn)，要達到產(chǎn)品中殘?zhí)坎淮笥?.2%(質(zhì)量分數(shù))的要求，進料中殘?zhí)亢繎?yīng)控制在13%（質(zhì)量分數(shù)）或略高。如果所加工原油殘?zhí)枯^易脫除，那么隨著反應(yīng)溫度的提高，進料中殘?zhí)靠梢暜a(chǎn)品情況控制稍高些。隨著反應(yīng)溫度的提高，催化劑生焦傾向也將增加，裝置運行期間要監(jiān)控各反應(yīng)器床層壓降變化，床層總壓降應(yīng)運行在設(shè)計的2.5MPa 以下。

2.2 原油品種要求及建議

對固定床渣油加氫裝置來說，所加工原料一般分為3 個層次：容易處理原料、中等程度原料和難以處理原料。容易處理原料指的是這類原料中的硫和金屬非?；顫?，容易被脫除，稱為“易處理的原料”；中等程度原料指的是這些原料是活潑的，硫和金屬是可以被脫除的；難以處理是指有些原料需要更高的催化劑平均溫度(CAT)，或者更低的空速(LHSV)才能達到產(chǎn)品目標。

裝置本周期所裝填的催化劑適合于加工沙輕、沙中、阿曼等中東原油，不適合加工非洲、亞洲及南非原油。不適合加工原油一般具有如下特點：它們需要特殊的催化劑系統(tǒng)，這類原油大多S 含量低，N含量高，有一些Ni 比V 高。典型數(shù)值為常渣中Ni/V 大于0.5、酸值大于0.5mgKOH·g-1，常渣中總N大于3500 μg·g-1、C7 瀝青質(zhì)大于7.0%（質(zhì)量分數(shù)）。對此，建議在余下運行周期內(nèi)不加工或盡量少加工具有上述性質(zhì)的原油品種。

主要原因，是因為裝置設(shè)計加工原料為沙輕與沙中的減壓渣油與減壓重蠟油混合油，而典型的中東油的Ni/V 小于0.5，如果該比值大于0.5，表示這種原油不適合目前催化劑體系，難以處理，難以轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)產(chǎn)物，需要特殊的催化劑系統(tǒng)。對酸值大于0.5mgKOH·g-1的油來說，更高酸值的原料會腐蝕泵送到反應(yīng)器的管道，對當前的催化劑體系沒有影響。常渣中總N 含量高，通常表示這種原料難以處理；瀝青質(zhì)含量高，同樣也表示這種原料難以處理。

鑒于裝置運行已接近設(shè)計周期，同時要確保裝置的停工換劑與明年的全廠大檢修同步進行等因素，建議在余下運行期間內(nèi)，最好加工容易處理與中等程度原油。

3 小結(jié)與展望

400 萬t·a-1渣油加氫裝置自2014 年8 月30日一次開車成功以來，截至到2015 年6 月30 日已連續(xù)運行303d，已經(jīng)接近設(shè)計的333d 的運行周期，累計加工渣油原料313×104t，但本批催化劑目前仍具有相當高的活性和選擇性，相當于在催化劑的設(shè)計中期活性水平運行，主要得益于本周期內(nèi)所加工原料性質(zhì)要優(yōu)于設(shè)計原料性質(zhì)同時生產(chǎn)操作控制得當，加工總苛刻度低于設(shè)計水平，在裝置下一步的運行當中，如果控制好所加工的原油種類和比例，并且盡量選擇容易處理及中等程度的中東原油，少加工非洲原油及中東重質(zhì)原油，嚴格控制裝置進料中金屬（Ni+V）含量小于70 μg·g-1，殘?zhí)啃∮?4%，瀝青質(zhì)小于5.3%，氮含量小于3000×10-6， 并且控制好提溫速度，催化劑的壽命還有約8 9 個月，預(yù)計可以運行到2016 年3 月。

[1] 李大東.加氫處理工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2004：1138-1144.