袁 德 明

(中國(guó)石化安慶分公司，安徽 安慶 246001)

渣油加氫是渣油輕質(zhì)化的主要手段之一，其工藝主要有固定床、沸騰床、懸浮床及移動(dòng)床4種類型[1-2]。與其它渣油加氫技術(shù)相比，固定床渣油加氫技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛。固定床渣油加氫技術(shù)的投資相對(duì)較低，操作費(fèi)用低，運(yùn)行安全簡(jiǎn)單，占世界渣油加氫處理能力的75%以上[3]，在今后幾年仍將處于主導(dǎo)地位[4-5]。盡管固定床渣油加氫技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，反應(yīng)器床層壓降特別是第一反應(yīng)器(R101)壓降的上升是制約裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行的最重要因素之一[6]。因此，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)墓こ淘O(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮各反應(yīng)器催化劑的活性，真正使催化劑的活性達(dá)到“吃干榨盡”，有效地延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期。

1 反應(yīng)部分工藝流程特點(diǎn)

與傳統(tǒng)工藝流程相比，安慶分公司重油加氫裝置反應(yīng)部分略有不同，工藝簡(jiǎn)圖見圖1所示，在R101入口與第二反應(yīng)器(R102)入口間增設(shè)跨線，其余工藝流程相同。

圖1 安慶分公司重油加氫裝置工藝流程示意

反應(yīng)部分具體工藝特點(diǎn)如下：①R101入口設(shè)置無(wú)變徑的三通閥，正常生產(chǎn)時(shí)原料由加熱爐進(jìn)R101，當(dāng)R101壓降達(dá)到0.70 MPa(設(shè)計(jì)值)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)三通閥，將R101物料直接改進(jìn)R102；②R101入口及跨線均設(shè)置了吹掃熱氫氣，R101投用時(shí)，跨線通入一定量的氫氣，保證跨線中有流動(dòng)的熱物料；R101切出時(shí)，R101入口通入氫氣，保證R101反應(yīng)器床層有流動(dòng)的熱物料；③停工時(shí)，將R101緩慢并入反應(yīng)系統(tǒng)，恢復(fù)原流程，5個(gè)反應(yīng)器用蠟油置換及成膜，停工換劑。

2 催化劑級(jí)配特點(diǎn)

由于渣油中雜原子含量高，分子結(jié)構(gòu)和加氫反應(yīng)均較復(fù)雜，固定床渣油加氫需采用復(fù)雜的催化劑級(jí)配體系。針對(duì)安慶分公司重油加氫裝置的工藝特點(diǎn)，石科院開發(fā)了適宜的催化劑級(jí)配技術(shù)，催化劑裝填情況見表1。沿江煉油廠渣油加氫裝置原料鐵和鈣的含量較高，R-101主要裝填大孔徑保護(hù)劑和脫金屬劑；由于R-101切出后原料和氫氣進(jìn)入R-102，因此R-102頂部也裝填部分大孔徑的保護(hù)劑，并依次裝填脫金屬劑及少部分脫硫劑；R-103裝填脫硫劑；R104裝填脫硫劑和降殘?zhí)縿?；R105裝填降殘?zhí)縿５谝?、二周?RUN-1，RUN-2)均采用第三代RHT系列催化劑，根據(jù)RUN-1的運(yùn)行情況，對(duì)RUN-2的催化劑級(jí)配進(jìn)行了優(yōu)化。

表1 各反應(yīng)器催化劑裝填情況

3 R-101切出工藝應(yīng)用情況

RUN-1運(yùn)行428天時(shí)，R-101壓降升至0.70 MPa(限定值)，緩慢將R-101切出反應(yīng)系統(tǒng)，為配合下游裝置的改造，RUN-1運(yùn)行至445天停工。

RUN-2運(yùn)行至300天時(shí)，由于變壓吸附氫提純(PSA)裝置吸附劑出現(xiàn)問(wèn)題，裝置新氫純度較低(體積分?jǐn)?shù)為92%)，循環(huán)氫中氫氣體積分?jǐn)?shù)僅為83%，R-101壓降接近0.70 MPa。運(yùn)行至337天時(shí)，PSA裝置更換新吸附劑并投入運(yùn)行，產(chǎn)品氫體積分?jǐn)?shù)提高至99.9%，循環(huán)氫體積分?jǐn)?shù)提高至95%以上，R-101壓降降至0.48 MPa，且較為穩(wěn)定。但為了防止R-101催化劑板結(jié)，延長(zhǎng)大檢修停工卸劑時(shí)間，裝置運(yùn)行至458天時(shí)緩慢將R-101切出反應(yīng)系統(tǒng)。RUN-2運(yùn)行至509天時(shí)全廠停工檢修，裝置按要求停工。

RUN-1和RUN-2在R-101切出過(guò)程中，均采用緩慢分步操作進(jìn)行，每次調(diào)整均穩(wěn)定一段時(shí)間，觀察R-101各床層溫度變化情況，逐次調(diào)整操作，整個(gè)切換過(guò)程耗時(shí)8 h左右。切換期間機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，高壓管線、法蘭無(wú)異常。從兩個(gè)周期的運(yùn)行情況看，R101切出后，R102～R105壓降均未發(fā)生大的變化，且整體催化劑活性穩(wěn)定，說(shuō)明RHT系列催化劑的級(jí)配技術(shù)滿足生產(chǎn)要求。

3.1 R-101切出前后各反應(yīng)器床層壓降變化

RUN-1各反應(yīng)器床層壓降見圖2。由圖2可以看出：R-101切出后，R-101壓降下降至0.2 MPa以下；其余各反應(yīng)器壓降均保持穩(wěn)定，在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)壓降基本穩(wěn)定在0.35 MPa左右。RUN-2各反應(yīng)器床層壓降見圖3。由圖3可以看出：R-101切出后，R-101壓降下降至0.2 MPa以下；其余各反應(yīng)器壓降基本不變，在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)維持穩(wěn)定，說(shuō)明RHT系列催化劑的級(jí)配技術(shù)滿足生產(chǎn)要求。

圖2 RUN-1各反應(yīng)器床層壓降的變化 ◆—R101； ●—R102； ▲—R103； ■—R104； ×—R105。圖3同

圖3 RUN-2 各反應(yīng)器壓降的變化

3.2 R-101切出時(shí)操作條件變化情況

R-101緩慢切出過(guò)程中，進(jìn)入R-101的原料油和混氫量逐漸減少，R-101床層物料分配變差，有可能產(chǎn)生局部“熱點(diǎn)”，從而加快渣油原料的結(jié)焦速率。為了降低由于分配問(wèn)題產(chǎn)生熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)RUN-1切出時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，RUN-2切出時(shí)對(duì)原料性質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，改善了原料性質(zhì)。RUN-1和RUN-2切出前的操作條件見表2。由表2可以看出，RUN-2切出前，原料摻渣率降低至35%。

表2 RUN-1和RUN-2切出前的操作條件

3.3 R-101切出后其床層溫度變化情況

RUN-1中R101切出后R-101上床層及中床層部分溫度點(diǎn)的變化分別見圖4。由圖4可以看出，RUN-1切換結(jié)束后，R101上床層溫度(4個(gè)點(diǎn))及中床層(2個(gè)點(diǎn))溫度均有較大幅度的升高，尤其是上床層溫度變化幅度最大且交替上升，最高點(diǎn)升至552 ℃，中床層部分溫度點(diǎn)亦出現(xiàn)交替上升。在R101切出過(guò)程中，殘留在上床層的油未能被完全帶出，且床層內(nèi)部出現(xiàn)溝流現(xiàn)象，隨著循環(huán)氫量的減少，熱量聚集，在催化劑床層上可能發(fā)生了熱裂化反應(yīng)，床層溫度呈無(wú)規(guī)律變化，反應(yīng)結(jié)束后，各點(diǎn)溫度均下降。

圖4 RUN-1中R101上床層和中床層各點(diǎn)溫度的變化 —吹掃氫量，×100 m3h。上床層： —TI10801A； —TI10801B； —TI10801C； —TI10801D。 中床層： —TI10802A； —TI10802D

在總結(jié)RUN-1切換經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，RUN-2優(yōu)化了切換方案，改善了原料性質(zhì)，整個(gè)切換過(guò)程更平穩(wěn)，RUN-2中R101切出后R-101上床層及中床層部分溫度點(diǎn)的變化分別見圖5。由圖5可以看出，切換結(jié)束后各床層溫度均緩慢下降，此時(shí)R-101入口吹掃氫量控制在17 000 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。因R-101冷氫量較大，造成R-102入口溫度較低，反應(yīng)爐提溫困難，因此將吹掃氫量降至9 000 m3h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，24 h后，R-101上床層2個(gè)點(diǎn)溫度上升，開始時(shí)上升速率較慢，很快變?yōu)榭焖偕仙?，加大吹掃氫量?3 000 mh(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))以上(滿量程)，亦無(wú)法控制床層溫度的上漲，待殘留原料熱裂化反應(yīng)結(jié)束后，各點(diǎn)溫度均緩慢下降。

圖5 RUN-2中R101上床層和中床層部分溫度點(diǎn)的變化 —吹掃氫量，×100 m3h。上床層： —TI10801B； —TI10801D。中床層： —TI10802A； —TI10802C； —TI10802D

3.4 催化劑活性情況

由于沿江煉油廠渣油加氫裝置主要以降殘?zhí)繛橹饕繕?biāo)，因此可以考察整體催化劑的降殘?zhí)柯实淖兓瘉?lái)說(shuō)明R-101切出前后催化劑的活性變化情況。RUN-1和RUN-2中，R-101切出前，其床層已基本沒(méi)有溫升，說(shuō)明該反應(yīng)器中催化劑的活性已“吃干榨盡”。以RUN-2為例，R-101切出前后，盡管空速發(fā)生了變化，但催化劑的降殘?zhí)柯驶緵](méi)有變化，RUN-2原料及加氫常壓渣油殘?zhí)孔兓闆r見圖6。由圖6可以看出，R-101切出后，加氫常壓渣油的殘?zhí)烤?.5%(控制指標(biāo))范圍內(nèi)，完全滿足下游催化裂化裝置的原料要求，表明R-101的切出在技術(shù)上是完全可行的，不僅能夠延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期，還能最大限度發(fā)揮催化劑的活性。同時(shí)R101切出后，催化劑整體活性穩(wěn)定，說(shuō)明RHT系列催化劑的級(jí)配技術(shù)合理。

圖6 RUN-2原料及加氫常壓渣油殘?zhí)康淖兓?◆—原料； ●—加氫常壓渣油

4 結(jié) 論

(1)從RUN-1和RUN-2運(yùn)行情況可以看出，R-101切出工藝技術(shù)可行，RHT系列催化劑級(jí)配技術(shù)合理。R-101切出對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有影響，產(chǎn)品質(zhì)量完全滿足下游催化裂化裝置原料的要求。同時(shí)能夠延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期2～3個(gè)月，最大限度地發(fā)揮催化劑的活性。

(2)在R-101切出期間，應(yīng)盡早投用R101的吹掃氫，且吹掃氫量盡可能大，用于吹掃帶油，以減少存油，降低其在催化劑床層發(fā)生熱裂化反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。盡管在切出結(jié)束后，R101上、中床層溫度出現(xiàn)較快上漲，無(wú)法有效控制，但從整個(gè)卸劑情況看，沒(méi)有大的影響。

(3)在條件允許的情況下，盡可能改善原料的性質(zhì)，渣油全部退出，同時(shí)較大幅度地降低R-101入口溫度，待R101溫度降至存留在催化劑的上的油不發(fā)生反應(yīng)時(shí)再切出，這樣可能會(huì)避免R101出現(xiàn)“熱點(diǎn)”。

(4)R-101切出要緩慢、分步進(jìn)行，避免對(duì)機(jī)組的運(yùn)行造成影響，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高壓部位的檢查。

[1] 邵志才，戴立順，楊清河，等.沿江煉油廠渣油加氫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行及優(yōu)化對(duì)策[J].石油煉制與化工，2017，48(8)：1-5

[2] 章海春.渣油加氫裝置高苛刻度運(yùn)行分析[J].石油煉制與化工，2017，48(3)：17-21

[3] 吳睿，蔣立敬，韓照明.固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢原因分析及對(duì)策[J].當(dāng)代化工，2012，41(4)：366-370

[4] 方向晨.國(guó)內(nèi)外渣油加氫處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及分析[J].化工進(jìn)展，2011，30(1)：95-104

[5] 邊鋼月，張福琴.渣油加氫技術(shù)進(jìn)展[J].石油科技論壇，2010，29(6)：13-18

[6] 段貴寶，馬方偉.固定床渣油加氫反應(yīng)器結(jié)垢原因分析及對(duì)策[J].化工管理，2015(5)：3-4