渣油加氢装置实现长周期运行的措施及应用

赵勇　刘铁斌

摘 要：渣油加氢装置作为重质油加工的重要装置，对公司原油采购、催化装置的高效运行、总体经济效益都有重要的影响，因此优化渣油加氢装置的工艺操作，适当延长装置的运行时间，维持较高渣油掺炼量，对提高公司经济及环保效益有重要的意义。本文通过分析影响渣油加氢装置长周期运行的因素，采取针对性的优化措施，实现装置的长周期运行。

关 键 词：渣油加氢；固定床；催化剂；压降；运行周期

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1389-04

Measures of Achieving Long Period Operation

of Residue Hydrotreating Unit and Their Application

ZHAO Yong1，LIU Tie-bin2

（1. Sinopec Jinling Company， Jiangsu Nanjing 210033，China；

2.Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract： The fixed bed residue hydrotreating unit， as an important means of heavy oil processing， has important influence on the procurement of crude oil， efficient operation of catalytic cracking unit， and overall economic benefit. Therefore the optimization of the process operation and how to prolong the running time and maintain high residue blending quantity are significance to improve the economic and environmental benefits. In this paper， the factors to affect the long period operation of the residue hydrotreating unit were analyzed； the corresponding optimization measures were put forward to realize the long period operation of the unit.

Key words： Residue；Hydrotreating； Fixed bed；Catalyst； Pressure drop； Operation period

固定床渣油加氢工艺作为目前技术最成熟的加氢技术，在渣油加氢工藝过程中占主导地位。由于渣油的复杂性、劣质化及固定床反应器的特点决定了固定床渣油加氢装置的运转周期较短，通常只有1年，个别装置运行2年，而作为炼厂主要生产装置的催化裂化装置运行周期大多在3年以上，这就造成了渣油加氢装置和催化裂化运行周期的不匹配。渣油加氢停工期间催化裂化原料需优质化才能保证正常运转，这给公司的原油采购和配置提出了很高的要求，并对公司的经济效益产生了影响。因此优化影响渣油加氢装置运行的各个因素，适当延长渣油加氢装置的运转时间具有重要的意义[1]。

某公司180万t/a渣油加氢装置以阿曼渣油、沙轻渣油为原料，经催化加氢反应，脱除硫、氮、金属等杂质，降低残炭含量，为催化裂化装置提供加氢常渣产品硫含量不大于0.65%、残炭不大于7%、Ni+V不大于15 ppm的原料，同时生产部分柴油，并副产少量石脑油和干气[2]。

1 影响装置长周期运行因素分析

1.1 原料中金属离子的影响

影响固定床渣油加氢长周期运行的因素[3-5]很多。固定床渣油加氢装置可以加工大多数含硫原油和高硫原油的减压渣油，但对原料有严格的要求。

原料中的含钙化合物易在催化剂外表面发生加氢脱钙反应，并以CaS的形式沉积在催化剂颗粒外表面上。CaS进一步与焦炭或金属硫化物作用，使催化剂颗粒相互粘连在一起，形成结块，堵塞催化剂孔道和催化剂床层。某公司渣油加氢原料中的钙离子大部分时间处于超标的状态，第1周期原料平均钙离子含量为6 mg/kg，第2周期原料平均钙离子含量为7 mg/kg，均超过4 mg/kg的工艺指标限定值。

原料中的铁离子进入反应器后，在硫化氢的作用下生成硫化亚铁，沉积在催化剂床层表面，并形成一层硬壳，阻碍反应物料通过，同时在高温下硫化铁还会促使部分重质油品（如干点高、残炭高的油品）生焦，焦堆积在催化剂的孔隙中。某公司渣油加氢原料中的铁离子波动较大，第一周期原料平均铁离子含量为4.2 mg/kg，第二周期原料平均铁离子含量为7.6 mg/kg，接近限定值8 mg/kg。图1和图2为装置第二周期原料中铁、钙含量分析数据。1.2 设备的影响

1.2.1 高压换热器换热效果下降

混合原料/反应流出物换热器E102进出口温差由开工初期的70～80 ℃降低到末期只有30 ℃左右，造成加热炉F101入口温度逐渐降低。由于炉设计负荷偏小，无法达到所需的反应温度，初中期通过提高反应出口温度来满足加热炉入口温度的要求，末期装置只能通过降低减压渣油掺炼量和降低装置负荷来维持生产，降低了装置的经济效益。图3为高压换热器E102出入口温差变化。

1.2.2 反应加热炉设计负荷偏小

反应加热炉F101中后期设计入口温度359 ℃，出口温度384 ℃，所需负荷12.8 MW（加热炉设计最大负荷为9.6 MW）。由于高压换热器E102换热效果逐步下降，加热炉达到最大负荷时，炉出口温度只能达到360 ℃左右。装置在中末期时F101出口温度需要达到370 ℃以上才能满足产品质量要求。

F101设计负荷的偏小，加之E102换热效果的持续下降，造成反应器R101入口温度的提高只能依靠提高R103、R104的出口温度来保证，反应热负荷大部分集中在R103和R104。R101、R102反应温度偏低，没有达到重金属脱除的要求，R103和R104的反应温度偏高超出了脱硫、脱残炭的要求，影响装置长周期运行。

1.2.3 泡罩式分配盘对渣油加氢装置适应性差

由于渣油加氢反应器直径达到了5.4 m，传统的泡罩式的分配盘对于高粘度的原料分配效果较差，造成床层径向温差偏大。装置运行末期，R101最大径向温差达到了35 ℃，R102最大径向温差达到了25 ℃。径向温差的扩大造成了R102热点的形成，热点的形成又加剧了床层径向温差，反应条件更加恶化，对装置正常运行产生了不良影响，图4为第二周期各床层径向温度分布。

1.2.4 床层压降

混合原料中铁、钙离子含量连续超标较多，造成R102差压出现快速上升趋势，而且由于E102换热效率下降，F101设计负荷不足，造成各反应器温度分布不均衡，运行10个月时R102差压已突破500 kPa，并缓慢上升，最终接近限定值800 kPa，见图5。为保证运行只能降低渣油掺炼量，降低了装置的经济效益。

2 装置优化的措施

2.1 原料管理

2.1.1 原料性质控制

上游装置加强对渣油及重蜡油性质的控制，根据原油性质及时调整脱钙剂的注入量。利用LIMS系统加强对上游装置操作情况监控，上游装置操作异常，导致渣油、蜡油性质大幅度变化时，及时将相应的原料切出，保证装置原料性质处于平稳水平。图6为2016年装置第3周期原料中的铁、钙平均含量均降低到5 mg/kg以下。

2.1.2 掺渣率控制

在装置运行初期催化剂及过滤器使用情况较好的前提下，装置掺渣率可适当提高。当装置减压渣油进料采用罐供时，由于渣油在罐区经过了一定时间的沉淀，机械杂质得以沉淀，避免了过多的杂质带入装置过滤器，原料过滤器差压稳定上升，对装置正常生产影响较小，在装置处理量保持250 t/h进料时，掺渣率可提至62%；而装置减压渣油改为直供热渣时过滤器差压上升较快，反冲洗频繁，反冲洗油通过过滤器转阀漏入滤后原料中，严重影响装置的新鲜料加工量，因此装置对掺渣率稍微下调，以满足过滤器的正常运行，提高了装置新鲜进料处理量。

装置运行至中后期负荷维持在90%～100%，掺渣率在50%～55%。根据原料性质、床层温升情况，加氢常渣质量情况以及催化装置运行情况，对掺渣率进行微调。

同时在原料采购方面，由于适宜渣油加氢装置加工的阿曼原油价格较高，公司采购了其他低成本的原油，但单纯加工单品种的低成本原油会限制装置掺渣率的提高，因此，装置在加工低成本原油时，掺混一定比例的阿曼原油，提高了掺渣率，降低了原料成本。

通过根据上述生产实际情况对装置掺渣量的适时控制调节，装置掺渣率从第二周期的55.0%左右提高到第三周期的58.0%以上，最高时达到并保持了63.5%的优异水平。

2.2 精细化操作

根据各反应器温升，调整反应器冷氢量注入量，控制一反温升在15 ℃左右，二、三反温升在22 ℃左右，四反温升在15 ℃左右，防止各床层温度出现大幅度波动。优化各反应器温升，保持均衡状态，使4个反应器的反应平均温度呈现依次提高的趋势。

针对原料油硫含量较高的问题，装置人员精心调整，及时与催化剂厂家沟通，分配好四个反应器入口的温度梯度，根据床层温升、床层急冷氢阀开度、产品质量，以0.5 ℃的幅度微调二反、三反入口温度，以提高掺渣量，将掺渣率维持在60.0%左右。

加强各工艺控制指标控制与检查，保证工艺参数平稳率达到99.8%以上。

2.3 设备管理

加热炉增加炉管，增大加热炉负荷。装置在停工检修时，将反应进料加热炉增加一排炉管，加热炉负荷由原来的9.6 MW增加到12.8 MW，增加了33%，而加热炉炉管面积增加了50%，加热炉的炉管表面热强度得以降低；另外对加热炉燃烧器进行了改造，使燃烧器火焰方向背离加热炉炉管的方向，因此降低了反应炉炉管管壁温度。

采用新型的分配盘。新型分配盘将物料通过催化剂的方式从滴流变为喷射，有效气液分布接近100%，确保催化剂充分均匀利用，降低了热量分布不均的风险，解决了传统的泡罩分配盘径向分布性能差的问题。采用新分配盘后，在运行初期各床层最大径向温差5～8 ℃，运行效果较好。

3 生产优化的实施效果

通过对各个影响因素的分析，稳定了装置的处理量和掺渣量，合理控制系统总温升，保证脱硫率在89%左右，脱残炭率在60%左右，脱镍、钒率分别为75%和85%，产品质量维持在较好的水平。各反应器压差处于比较稳定的状态，反应均温在371℃左右，掺渣率在52%左右，R102压差维持在200 kPa，情况稳定。

经过近3个周期的工作，渣油加氢的长周期优化工作取得了一定的效果，装置一周期连续运行500天，累计处理减压渣油124.57万t，2周期连续运行497天，累计处理减压渣油151.47万t。第3周期连续运行430天，累计处理减压渣油133.6万t。第1周期装置掺炼渣油比例在50%以上，第2周期达到了55%以上，第3周期维持在58%以上，原料渣油从1周期的100%阿曼渣油逐步过渡到3周期的阿曼+沙轻+科威特+巴士拉渣油，原料的性质在逐步的劣质，但是装置的运行周期中没有出现温度、压差等参数大幅度的波动，说明优化调整工作取得了一定的成果。

4 结 论

加强原料的管理和装置的精细化操作对于装置的稳定运行具有重要意义，有利于催化剂性能的发挥，为装置长周期运行奠定坚实的基础。

床层压降和径向温差是影响渣油加氢装置长周期运行的重要因素，通过对加热炉、换热器、分配盘等设备的升级改造，采取针对性的优化措施，消除了瓶颈，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]李大东. 加氢处理工艺与工程[M]. 北京：中國石化出版社，2004： 82-83.

[2]李春年. 渣油加工工艺[M]. 北京：中国石化出版社，2002： 429-433.

[3]刘勇军，刘晨光. 硫化氢对渣油加氢脱金属的影响[J]. 石油学报，2010， 26 （3）： 390-391.

[4]杨洋，杨旭，韩良，等. 固定床加氢反应器压力降问题的诊断与对策[J]. 炼油技术与工程，2009， 39 （2）： 19-22.

[5]许先煜，祝平，翁惠新. 渣油加氢装置前置反应器床层结焦原因分析及对策[J]. 炼油技术与工程，2004， 34 （2）： 9-13.