于 浩

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

技術(shù)進(jìn)步

影響1#加氫裂化裝置長周期運(yùn)行原因分析

于 浩

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

介紹了1.5 Mt/a加氫裂化裝置自2012年更換催化劑以后的運(yùn)行情況，分析了原料中氮和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、終餾點(diǎn)、操作反應(yīng)溫度、氫分壓、氫油比、空速以及設(shè)備運(yùn)行等因素對加氫裂化裝置長周期運(yùn)行的影響情況，總結(jié)了裝置維持長周期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)。

加氫裂化 長周期運(yùn)行 催化劑

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)芳烴部2#芳烴聯(lián)合裝置1.5 Mt/a加氫裂化(1#加氫裂化)裝置為采用美國UNOCAL公司的專利技術(shù)，由德國LURGI公司進(jìn)行設(shè)計的大型成套引進(jìn)裝置，加工能力為900 kt/a。1998年該裝置進(jìn)行了增量改造，以減壓柴油(VGO)為主要原料，采用一段串聯(lián)一次通過流程，主要生產(chǎn)重石腦油、航煤和柴油等產(chǎn)品，加工能力提高至1.5 Mt/a。2012年3月，對加氫精制反應(yīng)器(DC-101、DC-103)的催化劑進(jìn)行了更換，使用的是由中國石化撫順石油化工研究院研制開發(fā)的FF-46加氫精制催化劑(上部裝填FZC系列保護(hù)劑)；加氫裂化反應(yīng)器(DC-102)則使用中國石化撫順石油化工研究院研制開發(fā)的FC-32加氫裂化催化劑以及部分FF-46后精制催化劑。

1 原料性質(zhì)對裝置長周期運(yùn)行的影響

原料性質(zhì)對加氫裂化長周期運(yùn)行的影響與工藝過程的設(shè)置和催化劑的選擇有關(guān)，但對于已有的加氫裂化裝置，根據(jù)自身的工藝特點(diǎn)和產(chǎn)品需求選擇了合適的催化劑后，原料性質(zhì)的變化則是裝置長周期運(yùn)行的重要影響因素。

1.1 氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)

原料中的氮化物影響催化劑的穩(wěn)定性和活性，尤其是堿性氮化物，對依靠酸性而產(chǎn)生裂解活性的加氫裂化催化劑性能有抑制作用，并且氮化物本身也不穩(wěn)定，易縮合生焦造成催化劑失活[1]。VGO中的氮化物經(jīng)過加氫反應(yīng)生成NH3，NH3對催化劑的裂解活性和裂解選擇性以及產(chǎn)品的異構(gòu)化程度均有負(fù)面的影響。而NH3與H2S、HCl會化合形成(NH4)2S、NH4Cl，并且在溫度較低的最后兩個高壓換熱器和高壓空冷管束中析出形成固體，堵塞系統(tǒng)造成系統(tǒng)壓降增大。

上海石化1#加氫裂化裝置原料氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制得較低，如圖1(數(shù)據(jù)收集時間為2012年4月至2016年4月)所示，平均值在750 mg/kg以下，低于FF-46催化劑要求氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的上限值1 600 mg/kg，很好地保證了加氫精制催化劑的脫氮效果和壽命。這得益于2012年投入使用的渣油加氫裝置，通過整體的物料平衡調(diào)整，使得加氫裂化的原料性質(zhì)變好，為長周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有利條件，整體效益得到提升。針對銨鹽結(jié)晶的問題，操作中將注水量穩(wěn)定在8%(對進(jìn)料量)以上，盡可能洗掉換熱器和空冷管束中的結(jié)晶鹽，確保長周期運(yùn)行。

——◆平均值；——■最大值

1.2 硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)

原料中的硫化物在催化劑的作用下加氫脫硫反應(yīng)生成H2S，H2S的存在一方面降低了反應(yīng)的氫分壓，抑制加氫脫硫反應(yīng)的正向進(jìn)行，造成產(chǎn)品硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)超標(biāo)；另一方面對系統(tǒng)設(shè)備和管線造成腐蝕。

由于采購的原油中硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，1#加氫裂化裝置原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)持續(xù)在2%以上(如圖2所示，數(shù)據(jù)收集時間為2012年4月至2016年4月)，高于FF-46催化劑要求的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)上限值(1.8%)。裝置通過調(diào)整循環(huán)氫脫硫貧胺液量來調(diào)整脫硫后循環(huán)氫中H2S體積分?jǐn)?shù)，使其在300～2 000 mL/m3，保持精制催化劑為硫化態(tài)且有高的脫氮脫硫活性?？紤]到高體積分?jǐn)?shù)的H2S對分餾系統(tǒng)的腐蝕，裝置在脫戊烷塔(硫化氫汽提塔)塔頂氣相出料管線上注入緩蝕劑，減緩高硫氣相對管線的沖刷腐蝕，監(jiān)測塔頂回流罐酸水中的鐵離子等指標(biāo)，控制腐蝕速率，維持長周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

——◆平均值；——■最大值

1.3 終餾點(diǎn)

原料的終餾點(diǎn)提高，代表多環(huán)芳烴和重稠環(huán)芳烴增多，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、重金屬等雜質(zhì)也隨之增多，大大增加了加氫難度，同時這些雜質(zhì)很不穩(wěn)定，容易縮合生焦使催化劑加速失活[2]。

為了減少原料中的重雜質(zhì)，要求原油減壓蒸餾裝置嚴(yán)格控制側(cè)線抽出溫度，保證VGO的質(zhì)量，同時采用“嘴對嘴”直供的方式供料，既能避免VGO在儲罐中發(fā)生重雜質(zhì)氧化導(dǎo)致質(zhì)量變差，也減少了一部分能耗。1#加氫裂化原料終餾點(diǎn)變化如圖3(數(shù)據(jù)收集時間為2012年4月至2016年4月)所示，裝置進(jìn)料終餾點(diǎn)控制較低，對減緩催化劑失活起到了很好的作用。

——◆平均值；——■最大值

2 操作條件對裝置長周期運(yùn)行的影響

2.1 反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度是需要嚴(yán)格控制的參數(shù)。加氫裂化反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫度呈梯度分布，控制反應(yīng)溫度可保持進(jìn)料達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率，避免“飛溫”等異常情況發(fā)生。加氫裂化過程中由于催化劑表面積炭，堵塞催化劑孔道，導(dǎo)致催化劑活性下降，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和轉(zhuǎn)化率，需要提高反應(yīng)溫度以彌補(bǔ)活性損失。對于目前主流加氫裂化催化劑來說，允許的溫度上限是很高的，而導(dǎo)致無法提溫的主要限制因素是設(shè)備材質(zhì)可以耐受的溫度。

裝置從2012年4月更換催化劑后運(yùn)行至今，DC101、DC103、DC102的最高溫度分別為403，398，404 ℃，根據(jù)裝置在滿負(fù)荷狀態(tài)下各反應(yīng)器最高點(diǎn)溫度的升溫速率(DC101為0.013 0 K/d、DC103為0.004 5 K/d、DC102為0.012 8 K/d)以及裝置反應(yīng)器操作溫度上限410 ℃判斷，裝置在滿負(fù)荷狀態(tài)下可以運(yùn)行到本周期末(2017年3月)。裝置運(yùn)行末期可將精制的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)放寬，以降低精制反應(yīng)器的溫度，控制裂化段轉(zhuǎn)化深度，保證裂化床層冷氫閥開度有余量。

2.2 氫分壓和氫油比

加氫裂化反應(yīng)在較高的溫度進(jìn)行，原料中一定數(shù)量的稠環(huán)芳烴和非芳化合物會發(fā)生縮合反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑表面積炭，使催化劑失活從而降低催化劑的壽命。當(dāng)提高氫分壓時，可以抑制焦炭的生成，從而減緩催化劑失活，延長裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)周期。因此，操作中維持合適的反應(yīng)壓力和氫氣體積分?jǐn)?shù)，是維持長周期運(yùn)行的重要條件。氫油比的變化影響反應(yīng)的氫分壓，由于反應(yīng)過程有較大的氫耗，入口氫油比低會導(dǎo)致床層下部氫分壓偏低，催化劑積炭加劇，不利于催化劑活性的維持。

裝置本周期內(nèi)維持系統(tǒng)壓力在13～14 MPa，精制反應(yīng)器氫油比大于800,裂化反應(yīng)器氫油比大于1 400，有效地抑制了催化劑積炭結(jié)焦失活，同時確保產(chǎn)品中芳烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)合格，為長周期運(yùn)行提供了條件。

2.3 空速

空速是將催化劑裝填量和處理的原料量關(guān)聯(lián)的參數(shù)，空速與反應(yīng)溫度在一定范圍內(nèi)是互補(bǔ)的，這取決于催化劑的活性和原料性質(zhì)。提高空速時，為了確保一定的轉(zhuǎn)化率，需要提高催化劑床層溫度，導(dǎo)致結(jié)焦速度加快，縮短運(yùn)行周期。

裝置2012年更換的FF-46和FC-32催化劑按照裝置滿負(fù)荷運(yùn)行時空速1.0 h-1和1.5 h-1設(shè)計，精制反應(yīng)器采用部分稀相和部分密相填裝，裂化反應(yīng)器采用密相填裝，保證有足量的催化劑，運(yùn)轉(zhuǎn)4年后裂化床層仍有提溫空間。

3 設(shè)備運(yùn)行狀況對裝置長周期運(yùn)行的影響

設(shè)備運(yùn)行狀況是影響裝置長周期運(yùn)行的重要因素，保持好的設(shè)備運(yùn)行狀況，是長周期運(yùn)行的最基本要求，也是最重要的保障。表1列出了裝置本周期內(nèi)發(fā)生的非計劃停車情況，2012年裝置開車至今共發(fā)生非計劃停車的6次，消缺檢修1次。

表1 上海石化1#加氫裂化裝置本周期停車記錄

從表1可知：關(guān)鍵設(shè)備的故障嚴(yán)重影響裝置長周期運(yùn)行，是導(dǎo)致非計劃停車的重要原因。裝置在日常設(shè)備管理中，應(yīng)做好關(guān)鍵設(shè)備的檢查和整改工作，對設(shè)備故障檢修要形成閉環(huán)，同時組織對使用年限長的設(shè)備進(jìn)行排查。在檢修中強(qiáng)調(diào)檢修深度的深化，對加氫裂化等運(yùn)行年限超過30年的裝置建議增加檢修費(fèi)用和時間、加深檢修深度。

4 結(jié)論

通過以上分析，確保加氫裂化裝置長周期運(yùn)行要注意以下幾點(diǎn)。

(1)嚴(yán)格控制原料中的硫、氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，穩(wěn)定常減壓裝置操作，控制好原料終餾點(diǎn)，有條件的可以進(jìn)行熱供料，保證反應(yīng)注水量。

(2)控制反應(yīng)溫度，保持床層冷氫余量，同時按照催化劑的設(shè)計空速來控制進(jìn)料量，防止床層溫度升高速率增大，保持反應(yīng)系統(tǒng)操作穩(wěn)定。

(3)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力在較高的水平，控制合適的氫油比，減緩催化劑結(jié)焦速率。

(4)加強(qiáng)現(xiàn)場設(shè)備管理，做好關(guān)鍵設(shè)備的檢查和整改工作，形成科學(xué)高效的閉環(huán)檢修，增加檢修深度，重點(diǎn)抓好檢修質(zhì)量，落實(shí)全面質(zhì)量管理。

[1] 韓崇仁.加氫裂化工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2006:314.

[2] 張繼昌，劉黎明，王軍霞，等.加氫裂化裝置長周期運(yùn)行的影響因素分析[J].中外能源，2010(11)：79-81.

Analysis on the Factors Affecting Long-term Operation of 1#Hydrocracking Unit

Yu Hao

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

This paper introduces the operation of 1.5 Mt/a hydrocracking unit after the catalyst change since 2012,analyzes the effectors of various factors as mass fraction and final boiling point of nitrogen and sulfur in raw materials,operating reaction temperature,hydrogen partial pressure and hydrogen/oil ratio,air speed,and equipment operation on the long-term operation of the hydrocracking unit,and summarizes the experience in maintaining long-term operation of plants.

hydrocracking,long-term operation,catalyst

2016-11-01。

于浩，男，1987年出生，2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，主要從事芳烴生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

1674-1099 (2017)02-0021-04

TE624

A