柴油加氢装置长周期运转的影响因素分析

马宝利，徐铁钢，张文成，刘 茉

（1.中国石油大庆化工研究中心，黑龙江大庆163714；2.中国石油大庆石化公司检测公司，黑龙江大庆163714）

工业技术

柴油加氢装置长周期运转的影响因素分析

马宝利1，徐铁钢1，张文成1，刘 茉2

（1.中国石油大庆化工研究中心，黑龙江大庆163714；2.中国石油大庆石化公司检测公司，黑龙江大庆163714）

在文中分析了反应器内构件、床层压降、铵盐结晶、设备与管线腐蚀及造成催化剂快速失活等因素对生产国V柴油加氢装置长周期运转的影响。提出了加强工艺管理规范化、设备维护与腐蚀防护常态化，原料管理科学化的保障措施，建议加快开发高性能加氢催化剂与反应器内构件等新技术。

国V柴油；加氢装置；长周期运转

2017年初车用柴油均实行国Ⅴ标准，国家发改委宣布，我国将抓紧启动第6阶段汽、柴油国家标准（国VI）制订工作，并于2019年实施。不断提高的柴油质量标准对柴油中硫含量、多环芳烃含量、十六烷值等指标提出了更加严格的要求，预计国VI标准车用柴油的多环芳烃将限制为小于7%。

国内炼油厂应对日益严格的车用柴油质量标准，主要的升级途径是柴油深度加氢处理，具体措施包括新建加氢装置或对已有加氢装置进行改造。但是无论何种方式来实现国V柴油的生产，其典型工艺条件均与国III及国IV标准柴油的生产有较大区别，主要是体现在空速低、反应温度高及加氢产品质量要求波动小等。目前，我国消费柴汽比持续走低，有报道预测2020年柴汽比将降至1.1左右［1］。但高质量清洁柴油需求量在逐年增多，国V柴油加氢装置是企业的重要效益增长点，保证国V柴油加氢装置长周期运转对企业挖潜增效至关重要。通过分析加氢装置及国V柴油工艺特点可知，影响国V柴油加氢生产装置长周期运转的因素主要有装置因素、工艺管理因素及催化剂因素等。

1 装置影响因素

生产国V柴油加氢装置是在高负荷、高温高压、临氢及有腐蚀性介质状况下运行的，其运转状态不但关系到设备安全、催化剂安全，还关系到操作人员及环境安全。同时装置的异常工况及紧急停工等将严重影响装置的长周期稳定运转。

1.1 反应系统

反应系统主要包括加氢反应器，影响装置长周期运转的主要因素是反应器内构件和反应系统压降。

（1）反应器内构件

反应器内构件主要包括：入口扩散器、顶部分配盘、冷氢系统、再分配盘、出口收集器等。其中分配盘上的气液分配器与冷氢系统是反应器的关键内构件，主要影响气液分配，其性能的优劣直接影响到反应器空间利用率的高低，影响到催化剂的使用效率及寿命。美国Shell公司开发的新型反应器内构件可以将反应器空间利用率由67%提高到86%［2］，因此高效的加氢反应器内构件可以提高催化剂的有效装填空间及利用率，为生产国V柴油加氢装置置高效、长周期平稳运行提供保障［3］。

（2）床层压降

反应系统压降主要包括反应器床层压降与管线压降。实际工业运转中床层压降是影响装置长周期运行的制约因素，一旦床层压降出现增大，并且采取措施无法缓解时，往往会造成装置被迫停工。造成反应器床层压降增大的主要因素有3个：①装置前没有原料过滤器或者过滤器损坏及未投用等造成进料中固体颗粒堵塞，或者在反应器床层上部结焦等导致压降增大；②由于开工阶段原料选取及生产过程中发生超温、飞温现象、氢油比偏低、氢分压低、空速低等异常操作；③意外停工造成床层温度来不及降低等因素导致的催化剂结焦，也会引起床层压降增大［4］。

1.2 循环氢系统

循环氢系统是国V柴油加氢装置中的核心部分，其核心设备是循环氢压缩机与新氢压缩机，一旦循环氢压缩机因机械故障或工艺连锁等原因造成循环氢系统中断，就会迫使装置紧急停工处理［5］；同时新氢压缩机也存在机械故障和工艺连锁等意外情况导致的停车或跳车现象，国内曾有炼油厂采用的重整新氢中含有铵盐，由于铵盐结晶导致新氢压缩机停车的案例。

1.3 换热及分离系统系统

目前随着炼油设计理念和技术的不断进步，为降低能耗，提高换热效率，国V柴油加氢装置会有多台临氢高压换热器与高低分离系统及各种水洗添加助剂系统。这些临氢高压换热器、分离罐及各种管线的材质、设计制造缺陷、安装不合理及运行过程腐蚀等都可能造成堵塞或泄露。尤其是加氢过程中生成的H2S、NH3和HCl，在一定温度下会生成NH4Cl和NH4HS结晶，沉积在空冷器管束中，堵塞管线或换热器造成系统压降上升，导致加氢产品不合格或加氢装置被迫停工。

2 工艺管理影响因素

进入国V柴油加氢生产时代，工艺管理因素将对装置长周期运转产生重要影响，在油品质量升级步伐加快的前提下，很多炼油厂的柴油加氢装置管理上存在着经验不足重视不够的问题。主要的工艺管理影响因素是平时的工艺操作管理，原料管理及关键设备的维护及装置腐蚀管理等。

2.1 工艺操作管理

用于国V柴油生产的加氢催化剂主要为非贵金属催化剂，一般都存在着催化剂装填和开工预处理阶段。催化剂的装填质量高低直接关系到工业运转过程中是否会发生反应物料在催化剂床层内“沟流”、“贴壁”等走“短路”现象，如果催化剂装填的径向的均匀性和轴向的紧密性和级配性质量不高，甚至会导致部分床层的塌陷，进而影响催化剂的利用率和装置的长周期运转。国V柴油加氢催化剂开工预处理阶段主要包括干燥、硫化等工序，或者为器外预硫化型催化剂的活化阶段，开工阶段对非贵金属柴油加氢催化剂加氢性能的发挥起到至关重要的作用，因此需要加强开工阶段的工艺管理。同时为满足国V柴油的生产，需要加强平时工艺调整，防止不当工艺调整造成催化剂活性快速下降。

2.2 原料管理

目前很多炼化企业都面临原料种类的频繁切换及组成的大幅度变化，企业为了挖潜增效会在国V柴油加氢装置中掺炼更多种类的原料油或催化轻循环油等其它原料，这些因素都将影响装置的长周期运转。王军强等的研究表明，原料油中里硫含量和环烷基油比例将对精油硫含量有较大影响。尚猛等的研究表明加工高氯原料柴油，将会在高压换热器、高压空冷管程发生氯化铵盐结晶，造成反应系统差压增大，装置无法运行。马书涛等研究了柴油原料中掺炼焦化汽油的影响，由于焦化汽油中含有大量的二烯烃、硫、氮、硅及重金属等杂质，氧化安定性差等特点，柴油原料中掺入焦化汽油将会给装置带来一系列问题。

2.3 设备维护及防腐管理

国V柴油加氢装置的的特点是高温、高压、临氢，因此需要解决氯及硫等对设备和管线的腐蚀，设备或管线的腐蚀往往会出现管线破裂或者泄漏着火等，严重情况将造成装置停工。目前随着炼化企业加工含氯、高氮、高硫、高酸等劣质原油比例的不断增加，如果原料中氯离子浓度升高将会造成加氢反应流出物系统设备的铵盐堵塞及腐蚀问题，成为国V柴油加氢装置安全连续运行的不稳定因素之一。

3 催化剂影响因素

生产国V柴油加氢装置的核心是加氢催化剂，因此国V柴油加氢催化剂活性和稳定性将是影响装置长周期运转的关键因素。影响国V柴油加氢催化剂性能的主要因素是催化剂快速失活和中毒，能够导致催化剂失活速率加快的因素主要有原料的性质、工艺异常调整及产品苛刻度等。

用于国V柴油生产的柴油加氢催化剂均有正常的失活速率，一般加氢催化剂的失活过程包括初期与末期的快速失活和中期的缓慢失活，失活机理主要是造成催化剂孔堵塞的结焦失活、造成催化剂晶相的改变的烧结失活及中毒失活等。影响国V柴油加氢装置长周期运转的失活是指失活速率加快导致的催化剂活性异常下降，从而使装置能耗增加或产品不合格。

魏亦明等通过对Co-Mo型FHUDS-5催化剂的初期快速失活机理研究表明，造成催化剂初期快速失活的主要原因是积炭和有机物等在催化剂表面及孔道内沉积造成，积炭的主要成份为萘、菲等多环芳烃和长链烷烃。卢秋旭的研究表明，催化剂的积炭及结焦与原料中的氮化物尤其是碱氮化合物有关。郇兴龙的研究表明，造成催化剂失活的主要原因是金属沉积和焦炭生成。肖风良等研究表明，循环氢纯度下降，导致氢油比低，将对加氢精制装置产生不利影响，增加催化剂的结焦速率。

导致柴油加氢催化剂中毒失活的主要因素是原料中的金属元素与硅，金属元素主要是钠、铁、钒、镍、铜及砷等。近年来随着原油的不断重质化和劣质化，以及原料的多样化，柴油原料中的重金属杂质种类也不断增加，国V柴油加氢催化剂中毒失活的风险因素也将增加。

4 结束语

（1）加强工艺管理力度，通过制定切实可行的工艺操作规程和设备维护规程等，使各种工艺操作有据可寻，加强操作人员的技能培训，提高装置操作人员的操作技能和异常工况处理能力，同时把设备维护常态化，规范化。

（2）针对原料和新氢中造成设备腐蚀的影响因素，首先要加大监测力度，主要是通过先进的监测手段，及时调整工艺条件，并通过注水、注缓蚀剂等措施来缓解和控制腐蚀，必要时可以通过增加气相脱氯装置及设置并联过滤器等手段进行解决。

（3）针对不断加快的油品质量升级步伐，相对比于提高反应温度、降低空速等措施，采用高活性加氢催化剂是最经济可行技术手段。国内主要研究机构针对国V柴油生产特点，已经开发出相应的催化剂。如抚顺石油化工研究院的FHUDS系列催化剂，中国石化石油化工科学研究院针对柴油超深度加氢脱硫开发的RTS技术，中国石油大庆化工研究中心开发的PHF技术等。

（4）针对反应器内构件在国V柴油加氢装置长周期运转过程中的重要作用，需要积极加快高性能反应器内构件的开发，同时积极建立催化剂失活动力学模型，进而及时准确预测解决国V柴油加氢催化剂运转过程出现的异常失活问题。

［1］李振宇，黄格省，任文坡，等.对“十三五”中国炼油化工结构优化调整及发展方向的思考［J］.国际石油经济，2016，24（9）：88-96.

［2］胡俊利，王高杰.柴油加氢技术研究现状［J］.能源化工，2016，37（1）：19-22.

［3］钟瑞.焦化汽柴油加氢装置床层压降大的原因及对策［J］.广州化工，2010，38（8）：252-253.

［4］曹卫波，黄晓晖.柴油加氢改质装置催化剂烧结原因分析［J］.炼油技术与工程，2016，46（6）：48-51.

［5］吉宏，孙晓伟.柴油加氢改质装置铵盐堵塞的原因及对策［J］.当代化工，2010，39（4）：412-415.

Analysis of influencing factors and countermeasures of long-term operation in hydrogenation unit

Ma Baoli1，Xu Tiegang1，Zhang Wencheng1，Liu Mo2
（1.PetroChina Daqing Chemical Research Centre，Daqing 163714，China；2.Detection Company of PetroChina Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

In this paper,the factors influencing the long-term operation of diesel hydrogenation unit are analyzed,such as equipment,process management and catalyst.The factors such as the internal components of the reactor,the pressure drop of the bed,the crystallization of the ammonium salt,the corrosion of the equipment and the pipeline,and the rapid inactivation of the catalyst are analyzed.According to the characteristics of influencing factors above,the safeguard measures for long-period stable operation of diesel hydrogenation unit are put forward.

State V diesel;hydrogenation unit;long period operation

TE624

B

1671-4962（2017）05-0017-03

2017-05-12

马宝利，男，硕士研究生，工程师，2011年毕业于中国石油大学（北京）化学工程专业，现从事清洁油品加工工艺研究及加氢精制催化剂的开发工作。