1.7 Mta渣油加氢装置超长周期运行分析

2018-12-11夏登刚陈大跃邵志才

石油炼制与化工 2018年12期

涂彬，夏登刚，杨勤，陈大跃，邵志才

(1.中国石化长岭分公司，湖南岳阳 414012；2.中国石化石油化工科学研究院)

渣油富集了原油中大部分的金属、硫、氮等杂质，加氢工艺不仅有利于渣油中杂原子的脱除，减少环境污染，而且渣油加氢与催化裂化工艺相结合，可大幅度提升原油炼制过程中轻质油品的收率，从而实现石油资源的清洁、高效利用。中国石化长岭分公司(简称长岭分公司)2011年新建一套1.7 Mta渣油加氢装置，该装置设计原料为胜利管输原油和阿曼原油(质量比4∶6)混合油的深拔减压渣油和直馏重蜡油，以及来自延迟焦化装置的焦化蜡油。由于管输原油中铁钙含量较高，大部分铁钙集中于渣油中，使装置的操作难度加大。该装置第一周期通过采用相应的技术手段，首次实现了高铁钙渣油加氢装置的长周期运转，第一周期共运转了426天。截至2018年3月装置已成功运转了4个周期，第二周期较第一周期运转时间更长，为471天；第三周期由于全厂大检修，运转了326天；第四周期在前三个周期运转经验的基础上，进一步采取了优化措施，实现了加工高铁钙含量渣油加氢装置的超长周期运转，第四周期共运转了693天。以下对长岭分公司1.7 Mta渣油加氢装置较长的2个周期(第二周期和第四周期)的运转情况进行了对比，总结该装置超长周期运转的经验，对其他沿江炼油厂渣油加氢装置的高效运转具有指导意义。

1 主要技术措施

1.1 催化剂级配优化

中国石化石油化工科学研究院(简称石科院)针对长岭分公司渣油加氢原料分子相对较大的特点，通过优化载体孔结构，提高了催化剂的有效反应表面积以及活性中心的可接近性；针对原料硫含量较低，较低键能的C—S键较少[4-5]，残炭前躯物加氢转化反应相对较困难的特点，通过优化活性组成，提高催化剂总的活性中心数，改进活性组分负载工艺，提升催化剂活性相结构的本征活性；针对原料氮含量较高，易在催化剂表面积炭的特点，通过表面性质改性，减少催化剂运转过程中的表面积炭量。以上述3点为基础，开发了残炭前躯物转化能力更强的催化剂RCS-31。

装置第四周期对催化剂的级配进行了进一步优化，第二和第四周期的催化剂级配方案比较见表1。基于前3个周期的运转经验，在原油电脱盐装置注入高效脱钙剂后，有效实现了加工高铁钙渣油的固定床加氢装置的长周期运转，因此第四周期仅略微增加了保护剂的比例；考虑到第四周期需要更长时间的运转，适当增加了脱金属剂的比例，增加级配催化剂的容金属能力；第四周期将大部分脱硫剂更换为残炭前躯物转化能力更强的降残炭剂RCS-31，增强级配催化剂的残炭前躯物加氢转化能力。

表1 第二周期和第四周期渣油加氢装置催化剂级配比例的比较 φ，%

1.2 掺炼催化裂化循环油

渣油中的各种化合物在固体催化剂上的加氢转化过程均需要反应物流与催化剂充分接触，反应物分子只有扩散进入到催化剂孔道的内表面才能充分利用催化剂。渣油分子大、黏度高，孔内传质阻力大，分子扩散慢，因此内扩散常常是渣油加氢过程的速率控制步骤。渣油的黏度与分子大小是影响渣油加氢反应的两个重要参数。石科院开发的渣油加氢-催化裂化双向组合(RICP)工艺可以降低渣油加氢原料的黏度，促进渣油加氢脱除硫、金属和沥青质及降残炭等反应的进行[6-7]。RICP技术除可促进渣油加氢反应、提高轻油收率外，还可降低催化剂上的积炭量[6-7]，提高加氢催化剂的整体性能。装置第四周期加工的仪长管输渣油中氮含量较高，导致其在催化剂上的积炭更严重。通过采用RICP技术，可以有效降低催化剂上的积炭量。基于RICP技术的理论认识，第四周期渣油加氢原料中掺入了约10%(w)的催化裂化循环油，表2为长岭分公司催化裂化循环油的典型性质。由表2可见，催化裂化循环油芳烃含量较高，能够实现RICP的技术效果。

表2 催化裂化循环油的性质

1.3 原料性质优化

长岭分公司渣油加氢装置已运转4个周期，结合前面3个周期的运行情况及原油价格低的现状，第四周期降低了减压渣油的掺入比例。第四周期和第二周期原料中小于520 ℃馏分含量的比较见图1。由图1可以看出，第四周期原料中小于520 ℃馏分含量较第二周期明显要高，说明第四周期减压渣油的比例较第二周期明显要低。

图1 第二周期和第四周期原料小于520 ℃馏分含量的比较■—第二周期； ●—第四周期

2 运转效果

2.1 第一反应器(R-101)压降比较

长岭分公司渣油加氢装置原料铁和钙含量较高，渣油加氢装置R-101压降上升的主要因素为Fe、Ca的沉积以及沉积在催化剂表面的FeS产生的自催化作用而助长生焦。图2为长岭分公司渣油加氢装置第二周期和第四周期R-101压降变化情况。由图2可以看出，通过实施上述措施第四周期R-101压降上升速率明显下降，运转末期R-101压降也未达到限定值0.7 MPa。

图2 第二周期和第四周期R-101压降的比较■—第二周期； ●—第四周期

2.2 主要加工指标比较

第四周期和第二周期的主要加工指标见表3。由表3可以看出，尽管第四周期渣油加氢装置原料中大于520 ℃馏分的比例为51.13%，低于第二周期，但其余指标均较第二周期高。说明如果原料中减压渣油比例降低，不仅可以延长运转周期，还可以提高催化剂的有效利用率。

表3 第二周期和第四周期渣油加氢装置主要加工指标比较

2.3 原料主要性质和催化剂性能比较

第四周期和第二周期的原料主要性质和催化剂性能指标见表4。由表4可以看出，第四周期渣油加氢装置原料性质较第二周期好，但脱氮率、脱硫率及降残炭率均较第二周期高。

表4 第二周期和第四周期渣油加氢装置原料主要性质和催化剂性能比较

2.4 掺炼催化裂化循环油的影响

第四周期渣油加氢装置开工正常后，逐步掺炼催化裂化循环油至20 th，运行平稳后提至25 th左右，最大量达到了30 th。进入2016年夏季，受冷高压分离器入口温度过高的影响，循环油掺炼量适当降低，7月对空气冷却器进行了喷淋措施改造，催化裂化循环油掺炼量恢复至20 th以上的水平，平均掺炼量为23 th左右。表5为掺炼催化裂化循环油前后原料性质和操作参数主要变化情况(其他操作条件保持一致)。总结掺炼后的主要影响如下：

(1)掺炼催化裂化循环油后，渣油加氢装置原料油的初馏点、黏度明显降低，小于350 ℃馏分含量明显提高，密度略有降低，原料油的硫、氮含量也略有下降，但残炭下降较为明显。

(2)在产品分布上，掺炼催化裂化循环油后，产品柴油量明显增加，以掺炼20 th催化裂化循环油为例，在保持柴油干点不变的情况下，柴油抽出量将增加8 th左右。

(3)掺炼催化裂化循环油后，反应器的温升和径向温差增加明显，主要反映在第二反应器(R-102)和第三反应器(R-103)，较以往各周期同期增加了10 ℃左右，R-101和第四反应器(R-104)温升变化不大，说明高芳烃含量的催化裂化循环油主要在R-102和R-103中发生芳烃饱和反应。

(4)掺炼催化裂化循环油后的氢耗增加也较为明显，根据实际情况计算：加工催化裂化循环油的氢耗约为200 m3t左右。

(5)热高压分离器气相负荷增加，冷高压分离器入口温度提高明显，特别是夏季高温天气时会超过设计指标，对循环氢压缩机的运行构成不利影响。同时也限制了R-104的提温幅度，抑制了R-104中催化剂活性的发挥。