浅谈固定床渣油加氢装置长周期运行

杨凤滨 李锡杨 陶贵金 孟祥雷

摘 要：渣油是原油经过常减压蒸馏后剩余的重组分，其油品质量差，杂质含量多，组分复杂，含硫、含氮、含金属多，加工难度大。所以怎样延长固定床渣油加氢的运行周期成为了渣油加氢装置需要重点解决的问题，本文介绍原料性质、反应器压差、催化剂、换热器结垢等因素对渣油加氢装置长周期运行的影响及控制手段。

关键词：渣油加氢;长周期运行;催化剂级配;脱硫;脱残炭

渣油加氢就是渣油在高温高压条件下、在渣油加氢催化剂的作用下，经过反应，脱除原料中的硫、氮、金属等杂质，降低残碳含量，为催化裂化装置提供优质原料，同时生产部分柴油，并副产少量石脑油和燃料气。加氢后的渣油质量得到明显改善，可直接用于催化裂化的原料，进而转化成汽油、柴油，做到吃紧榨干，提高了原油的利用率和经济效益。

1.影响因素

1.1原料的性质影响

固定床渣油加氢原料的一般要求。在处理高金属和高沥青质的原料时，固定床渣油加强加氢存在催化剂失活和结焦较快，床层及催化剂孔结构易被焦炭和金属堵塞，产生压降和热点，使用寿命短等问题，为保证装置有足够的开工周期，通常要求控制原料油的总金属含量小于150μg/g，残炭小于15%， 沥青质含量小于5%。具体限值还需考虑加工原油产地、品种及催化剂级配方案。

减压渣油的特点。减压渣油分子很大，结构复杂，分子量一般在500-10000，硫、氮、金属和氧位于碳原子的支链上或渣油分子的杂环上。渣油终馏点附近的光谱非常复杂，这些含有大量杂环的分子称为沥青质。根据定义，沥青质不溶于正庚烷和其它低沸点直链烷烃。通常沥青质和金属是同时存在的，而金属是催化剂的毒物。

渣油原料一般评价指标。渣油加氢原料主要评价指标包括密度、馏程、粘度、残炭、平均分子量等一般性质;硫、氮、氯、酸等非烃化合物含量，铁、镍、钒、钠、钙、盐等微量金属元素;饱和分、芳香分、胶质、沥青质等族组成，其中沥青质又可分为渣油加氢条件下相对难转化和相对易转化的组分。

避免加工低硫高氮、低钒高镍特性的原油。该类原料较难进行渣油加氢处理， 若要将该类原料加氢转化到RFCC装置进料指标范围，渣油加氢装置的操作苛刻度会非常高，使装置操作平稳度降低，催化剂寿命得不到保证。加工此类原料时， 催化剂的级配方案要做相应的调整，高活性催化剂的比例要大幅度提升，甚至达到 75%～80%时，才能满足脱硫和脱残炭的指标要求，而此时因反应器空间限制，脱金属剂装填量不足，脱金属又将成为新的限制因素。

综上所述原料的性质是影响固定床渣油加氢长周期运行的一个重要因素，因此采取措施如下：原料中的粘度、残炭、金属含量、沥青质及催化重循环油催化剂粉末都将影响渣油加氢装置的运行，它们会造成催化剂活性的降低，催化剂床层压降的上升而是装置被迫停工。原料性质监测。为监测催化剂活性，提供油品调和依据，指导生产，保证渣油加氢长周期运行，需对原料及产品性质做出及时有效的分析。原料中硫、残炭、密度至少达到每日分析;金属、粘度、氮、馏程、盐分析频次每周至少1次;饱和分、芳香分、胶质、沥青质每月至少1次;酸和氯可以根据需要适时提分析计划;产品分析频次应与原料相对应，最主要的作用是可以计算出催化剂上金属沉积量;建立沥青质分类试验方法，至少每月监测一次原料和产品的难转化沥青质含量。建立台账，随时监测原料的性质，确保整个周期原料性质的稳定。同时对氢气中的氯离子含量进行跟踪。

1.2反应器压差的影响

反应器床层压差高是渣油加氢长周期运行的一个瓶颈，在运的渣油加氢装置，60%-70%是由于床层压差高而导致无法继续生产，只能停工换剂。第一反应器、第二反应器床层压差在运行到催化剂末期时（300d）后快速上升，其中第一反应器在停工前的压差已达0.75MPa，第二反应器的0.62MPa，已经超过了允许的最大压差，迫使装置停工换剂。

1.3高压换热器结垢

高压换热器的结垢问题是制约渣油加氢装置长周期运行的另一个重要原因之一，渣油中的胶质、沥青质含量较高，胶体稳定性较差，渣油再加氢过程中，破坏了胶体稳定性，溶沥青质、胶质的能力下降，导致沥青质、胶质更容易析出，其次，在原料换热过程中，沥青质在低温部位，特别是在换热器管束表面析出、结焦生垢，造成换热效率下降，装置能耗增加，严重时会造成反应器入口温度提不上去，另外胶质、沥青质也可能在催化剂的床层析出，导致催化剂结焦，物料偏流，行程局部热点，床层压降增加从而迫使装置提前检修。

1.4催化剂的级配

催化剂按尺寸、形状和活性进行级配，以尽量避免潜在的压降增长过早发生。按物流流向来看，渣油加氢催化剂级配总体原则是颗粒从大到小，孔径从大到小，活性从低到高，酸性从弱到强，体积比表面从小到大，体积孔容从大到小，金属含量从少到多。脱金属剂装填比例。基于金属含量选择：40～70μg/g金属含量适中，选择催化剂时，主要考虑脱金属（容金属）能力与其它杂质脱除能力的均衡问题，通常脱金属催化剂占装填催化剂的40v%～50v%;70～110μg/g金属含量较高，选择催化剂级配时优先考虑催化剂体系的脱金属（容金属）能力，选择脱金属（容金属）能力强的催化剂，通常脱金属催化剂占催化剂装填总量的50v%～55v%。

2.保持渣油加氢长周期运行的主要措施

保证催化剂装填效果，在催化剂装填过程中要进行全面跟踪保证级配装填的装填效果和装填质量，避免开工后出现催化剂床层坍塌，造成物流偏流现象。催化剂硫化时严格执行催化剂厂家的硫化方案，不超温、不还原，保证硫化效果，保证催化剂硫化后的活性。产品分析对确保操作条件不十分苛刻是非常重要的。保证产品分析的准确性能够防止在不必要高的脱金属/脱硫/转化率苛刻度下的操作而导致催化剂寿命缩短。严格监控反应器入口压力、氢纯度、补充氢和循环氢组成、进料性质以避免对催化剂寿命造成大的影响。较高的氢分压能抑制催化剂生焦从而延长催化剂寿命。反应器内较高的氢分压是通过保持较高的反应器总压、保持和进料油一起通过反应器的循环氢量尽可能高、持续排放部分循环氢去膜分离氢回收单元进行提纯来实现。同时需要用新氢来补充反应所消耗的氢气、高压回路排放的氢气和生成油中溶解的氢气。用部分冷的富氢循环氢作为急冷氢注入到反应器之間和反应器的催化剂床层间来控制加氢处理反应的温升。严格控制催化剂平均温度。严格对照专利商提供的升温曲线控制催化剂平均温度和各床层入口温度，严禁快速提温。在提温提量操作过程中，严格遵循“先提量后提温”和“先降温后降量”操作流程进行操作。在提量操作过程中，每次提量不超过10%。

参考文献：

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