渣油加氢运行初期高分波动原因分析及应对措施

姚 迅

（中国石化扬子石油化工有限公司，江苏南京 210048）

1 概述

随着社会经济的不断发展，各国对绿色清洁燃料的需求量逐年增加，而全球原油开采难度却逐年增大，原油劣质化的趋势越发突出，追求渣油深度转化成为石油化工行业长期追求的目标。渣油加氢技术路线具有液收高、投资回报率高等优势，已经成了目前国内外炼油技术研究与发展的热点。

渣油加氢是以渣油为原料，在适当的温度、压力、氢油比和空速条件下，原料油和氢气在催化剂的作用下进行反应，所发生的化学反应很多，也非常复杂，主要的化学反应有加氢脱硫反应、加氢脱氮反应、烯烃饱和反应、芳烃饱和反应、加氢裂化反应、加氢脱金属反应、加氢脱残碳反应、加氢脱氧反应、缩合生焦反应等，使油品中的杂质，即硫、氮、氧化物转化成为相应的易于除去的H2S、NH3和H2O而脱除，重金属杂质与H2S反应生成金属硫化物沉积在催化剂上，稠环芳烃及一部分不饱和烃加氢得到饱和，为下游装置生产出合格的原料油，同时副产部分柴油及石脑油。

目前，渣油加氢按照反应器类型主要分为固定床、沸腾床、移动床和悬浮床。沸腾床渣油加氢能够加工高硫、高残炭、高金属的劣质渣油，具有较高的转化率，但存在投资大、操作技术复杂等问题。悬浮床渣油加氢技术具有原料适应性强、转化率高、产品质量好等优点，但对于加工常规重油，其经济效益难以体现。移动床渣油加氢具有催化剂利用率高、装置运转周期长等优点，但装置投资成本较高，操作难度较大。固定床渣油加氢发展于20世纪60年代，相较于其他渣油加氢路线，固定床渣油加氢技术较为成熟，投资及操作费用低，操作难度适中，追求短周期运行效益，是目前渣油加氢技术的首选方案，也是目前工业应用最多的渣油加氢技术。在未来渣油加氢装置的投资建设中，固定床渣油加氢技术仍然占据着主导地位。

在固定床渣油加氢装置运行初期，时常发生热高压分离器（热高分）液位、冷高压分离器（冷高分）液位及界位大幅波动的情况，高压串低压风险增加，操作难度明显增大，严重影响到装置的安全平稳运行，同时，高分持续波动会导致装置处理量的下降从而使公司油品物料难以平衡，最终导致公司的炼油能力下降，影响经济效益。

2 流程简述及高分波动现象

2.1 装置流程简述

固定床渣油加氢装置主要流程如图1所示，炉前混氢，避免反应进料加热炉炉管结焦，反应部分采用热高分工艺流程，反应流出物在热高压分离器（热高分）中气液分离，顶部出来的热高分气经换热后进入热高分气空冷器，冷却后进入冷高压分离器（冷高分）进行气、油、水三相分离，冷高分气进入循环氢脱硫系统，水相进入酸性水系统，冷高分油进入冷低压分离器（冷低分），热高分底部出来的热高分液进入热低压分离器（热低分）进行气液分离，热低分气经换热后进入冷低分，冷低分再经过三相分离，低分气去下游产品精制单元，水相去酸性水罐，冷低分油换热后并热低分油去汽提塔，汽提塔顶部气相经冷却后进入塔顶回流罐三相分离，塔底液去分馏塔系统进一步分离成石脑油、柴油及加氢常渣，如图1所示。

图1 渣油加氢装置方块流程图

2.2 高分波动现象

（1）热高分液控阀开度减小，油量下降，热低分油量明显减少，重油夹带至冷高分。

（2）热高分气与循环氢换热器的出口温度波动，混合进料与热高分气换热器出口温度波动，高压空冷出口温度波动。

（3）冷高分液位大幅波动且油量明显增多，冷高分界位波动，存在高压串低压风险，冷低分油量明显增多。

（4）现场检查冷高分油发现明显夹带渣油组分，冷高分水相检查发现明显的油水分离不清，油相随水相进入酸性水罐，酸水带油，严重影响下游装置安全生产。

（5）硫化氢汽提塔进料气化率变化而且进料组成发生突变，从而造成汽提塔热平衡、相平衡、物料平衡被打破而发生大幅波动及其整个分馏系统（分馏塔、柴油塔）的波动，严重时会造成冲塔、塔顶温度剧变和空冷管束变形的重大事故发生。

通过对以上现象进行分析，能够确定发生这样的波动是由于热高分油气分离不好，热高分气夹带着重油的泡沫连续不稳定地进入到换热器、高压空冷以及冷高分从而引起换热温度和空冷后温度的波动，也因为有重油组分引入到冷高分从而引起冷高分油水分离不清。

3 运行初期高分波动原因分析

3.1 反应温度的影响

根据相关文献研究，反应生成油中含有较多胶质或沥青质以及胶质的不完全反应中间产物是造成其发泡并引起高分波动的主要原因。原料油中胶质及沥青质的反应深度主要由反应器催化剂床层温度的加权平均值（CAT）决定。渣油具有类似胶体的性质，在渣油胶体体系中，沥青质和胶质构成分散相，芳烃和烷烃构成连续相，石油体系胶体溶解模型是以沥青质为核心，向外依次包裹胶质、芳香分和饱和分。渣油加氢装置运行初期，催化剂活性较高，外围的芳香分和饱和分快速反应，沥青质及胶质析出，同时由于CAT较低，大分子沥青质及胶质扩散速率低且反应不完全，易造成发泡从而引起高分波动。

3.2 掺渣比的影响

渣油加氢进料的掺渣比实际反映了其“重度”，掺渣比越高原料油越“重”，从而其性质更加恶劣，具体表现为杂质和非理想组分含量多，黏度大等。所以进料掺渣比过高不利于加氢反应的进行。在装置运行初期，若掺炼减压渣油过多，掺渣比高，原料沥青质及胶质含量高，而此时反应温度低，沥青质、胶质的反应不完全，反应中间产物不易被溶解，易导致发泡并造成重油夹带。

3.3 氢油比的影响

氢油体积比简称氢油比。氢油比一般指反应器入口氢油比，即反应器入口单位时间所需通过的氢气标准体积量与反应器入口单位时间通过的进料标准体积量之比，氢气由新氢压缩机补充的氢气和部分循环氢气组成，通过调整循环氢气的流量来控制反应器入口氢油体积比。循环氢量过大或者过小都会加剧高分波动，循环氢流量过大会导致系统压降变大，气体停留时间短从而降低油气分离效果，加重热高分气带液的情况。循环氢流量过小会改变油气的流动状态，尤其在换热器中易产生液体的积聚而产生脉冲式的波动。

4 高分波动应对措施

4.1 降低掺渣及反应注水量

减少进料减压渣油量，降低掺渣比，改善原料油性质是缓解高分波动最直接的措施。同时，可以降低装置注水量，渣油加氢装置高压注水点位置一般位于高压空冷前，注水的主要目的是为了溶解在加氢反应过程中形成的铵盐，防止这些铵盐在某一温度下结晶析出，堵塞管道以及换热器和空冷器管束。高分波动主要是热高分油气分离不好，热高分气夹带重油至冷高分从而引起油水分离不清，适当减少注水量同样有助于缓解高分波动，尽快恢复平稳运行，但不可长时间减少或停注水，避免高压空冷有铵盐结晶，造成其偏流和铵盐腐蚀。

4.2 提高CAT温度及热高分入口温度

适当提高反应器催化剂床层温度（CAT），渣油中胶质及沥青质扩散速率增加，黏度减小，反应深度增加，降低发泡概率。同时，适当关小高压换热器（反应产物/混合原料）的旁路阀，改变反应产物的换热，以此来提高热高分的入口温度，入口温度高使液相黏度减小，表面张力减小，不易产生重油夹带。高分入口温度也不宜过高，热高分入口温度过大会导致重组分挥发并且难以冷凝下来，导致热高分气夹带重油，从而使高分产生波动。

4.3 调整循环氢量

当反应器入口氢油比过高，热高分气重油夹带严重时，可以适当降低循环氢压缩机的转速，适当开大废氢排放，同时适当提高胺液循环量增加循环氢中的H2S脱除率以提高循环氢纯度达到减小循环氢质量流量的目的。若氢油比较低，循环氢量不足，氢分压低造成沥青质及胶质反应不完全时，及时提高循环机转速同时关小排废氢量，提高循环氢量，缓解高分波动。

4.4 热高分液位适当低控

高分液位过高导致容器内部上方挥发空间较小，热高分油表层泡沫层被夹带，从而加剧波动影响。操作中尽量按照液位正常控制范围的下限控制，同时加强对高分界位的校对工作，一当发现界位指示有异常要马上联系仪表及时处理正常，同时也要让仪表人员定期核对液位指示的真实准确性。高分液位也不可控制过低，过低存在高压串低压的风险。此外，还可对热高分进行改造，在其内部增设专门的油气分离设备，提高油气分离效果。

5 结束语

1）固定床渣油加氢装置开工运行初期，掺渣比过高，原料油劣质化，反应器催化剂床层平均温度低，沥青质和胶质含量高且反应不完全，氢油比不合理等因素是造成高分波动的主要原因。

2）通过降低掺渣及反应注水量，提高CAT温度，保证热高分入口温度，同时调整循环氢量，热高分液位低控，可以有效缓解高分波动，维持装置稳定生产。