趙哲甫(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司,海南洋浦578101)
渣油加氫裝置裝置單系列運(yùn)行分析
趙哲甫(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司,海南洋浦578101)
中國(guó)石化海南煉油化工有限公司渣油加氫裝置。310萬(wàn)噸/年催化原料預(yù)處理裝置(RDS)共有兩列,目前每列有兩個(gè)反應(yīng)器,開(kāi)工周期為330天。本裝置和國(guó)內(nèi)外同類裝置相比,設(shè)計(jì)體積空速較大(0.4h-1)。裝置所加工原料為低硫石蠟基原油的常渣/減渣(50%AR/50%VR),渣油原料的表觀性質(zhì)比較好,但相對(duì)于常規(guī)中東原油的常渣/減渣原料,該類渣油原料在加工過(guò)程中,隨著反應(yīng)溫度升高,芳香性降低,重組分(瀝青質(zhì))比較容易聚集,導(dǎo)致催化劑結(jié)焦加劇以及轉(zhuǎn)化率下降。此外該原料中鐵含量非常高,沉積在催化劑的鐵具有非常強(qiáng)脫氫性能,會(huì)進(jìn)一步加快催化劑結(jié)焦,導(dǎo)致反應(yīng)器壓降上升以及熱點(diǎn)問(wèn)題。因此優(yōu)化的裝置操作以及合理的催化劑性能/級(jí)配對(duì)催化原料預(yù)處理裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)非常關(guān)鍵。
渣油加氫裝置;運(yùn)行;分析
國(guó)外公司第五代催化原料預(yù)處理催化劑設(shè)計(jì)主要基于三個(gè)方面的特點(diǎn):(a)通過(guò)優(yōu)化催化劑載體的表面性質(zhì),具有非常強(qiáng)的抗結(jié)焦性能,在工業(yè)裝置上表現(xiàn)出非常高的穩(wěn)定性,并很好控制了催化劑床層熱點(diǎn)/壓降的風(fēng)險(xiǎn),以及降低卸劑難度;(b)催化劑系統(tǒng)對(duì)渣油重組分有非常好加氫的選擇性,這樣不僅可以降低渣油產(chǎn)品的重組分聚集/析出風(fēng)險(xiǎn),還可以有效利用氫氣,同時(shí)改善催化裂化裝置產(chǎn)品分布;(c)“獨(dú)特”過(guò)渡劑具有多種功能(HDM/HDS/HDCCR)和極高的穩(wěn)定性,這種多功能的特點(diǎn)可以提高對(duì)不同類型的渣油原料的適應(yīng)性。以上三種特點(diǎn),對(duì)于本裝置低硫石蠟基渣油原料來(lái)說(shuō),具有很好的針對(duì)性。
2.1 裝置原料
本裝置原料為低硫石蠟基輕質(zhì)原油的50%常渣/50%減渣混合渣油原料,主要原油的常渣/減渣料性質(zhì)見(jiàn)表1。從表1中可以看出,這些原油的渣油原料主要有四個(gè)特點(diǎn):(a)渣油原料硫含量低,殘?zhí)?硫比值較高,通常該比值越高,渣油重組分的轉(zhuǎn)化難度就越大;(b)渣油原料金屬鎳+釩含量較低,但鎳/釩比較高,通常該比值越高,金屬脫除率就越低;(c)渣油原料偏石蠟基(UOPK值高于12.0),在加工過(guò)程中,隨著渣油產(chǎn)品的芳香性會(huì)進(jìn)一步降低,會(huì)導(dǎo)致重組分(瀝青質(zhì))聚集;(d)渣油原料的瀝青質(zhì)含量相對(duì)較低,有利于RDS裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
表1 主要加工原油的常渣/減渣性質(zhì)
其中B列第九周期的加工量,裝置進(jìn)料量控制非常平穩(wěn),在最初兩周按相對(duì)較低負(fù)荷(190t/h)操作,逐漸提高到195t/h,兩個(gè)半月后將處理量提高到200t/h。在最后兩個(gè)月,為充分利用催化劑,進(jìn)一步將進(jìn)料量提高到205 t/h,并維持在高負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)到停工,B列在整個(gè)周期累計(jì)總加工量為178萬(wàn)噸。在運(yùn)轉(zhuǎn)到56~72天時(shí),由于催化裂化裝置消缺停工,將B列進(jìn)料降低了75%負(fù)荷,并回?zé)挷糠旨託湓汀?/p>
B列第九周期的減渣摻煉比基本控制在50%以上,最高達(dá)到70%,整個(gè)周期的減渣摻煉比為56.7%。
2.2 裝置操作
(1)催化劑床層溫度
B列第九周期催化劑床層平均溫度(CAT)以及每個(gè)反應(yīng)器BAT變化情況見(jiàn)圖1,在前9個(gè)月控制非常緩慢的升溫速度,在B列運(yùn)轉(zhuǎn)到第30天時(shí)CAT為368.5℃,270天為380.5℃,平均升溫速度約為1.5℃/月,這種升溫策略對(duì)對(duì)延緩催化劑的結(jié)焦非常關(guān)鍵,同時(shí)確保催化原料預(yù)處理催化劑的高穩(wěn)定性能充分發(fā)揮。裝置運(yùn)轉(zhuǎn)270天后,為了充分利用催化劑剩余活性,并考察催化劑在較高的溫度下操作的性能(活性/穩(wěn)定性),以較高的速度(4.4℃/月)升溫,直到裝置停工前CAT達(dá)到了396.1℃。在運(yùn)轉(zhuǎn)的最后一個(gè)月,B列在392-396℃高溫下操作,充分考察了催化劑在高溫下的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
圖1 RDS裝置(B列)第九周期催化劑床層平均溫度(CAT/BAT)
為降低裝置能耗,在B列運(yùn)轉(zhuǎn)200天后,將兩個(gè)反應(yīng)器BAT差值也進(jìn)行了優(yōu)化。在運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始階段將BAT差值控制在8-11℃,200天后逐漸將BAT的差值提高到18-20℃,這樣可以有效利用了反應(yīng)熱,以降低了進(jìn)料加熱爐燃料氣的消耗。此外通過(guò)優(yōu)化兩個(gè)反應(yīng)器BAT差值,也很好的平衡了兩個(gè)反應(yīng)器的催化劑結(jié)焦速度。
(2)反應(yīng)器溫升
一反和二反的溫升見(jiàn)圖2,在裝置運(yùn)轉(zhuǎn)前300天,一反溫升穩(wěn)定在18℃左右,以及二反溫升逐漸由開(kāi)始階段的20℃左右的溫升上漲到24℃。裝置運(yùn)轉(zhuǎn)到300天(裝置CAT達(dá)到385℃)后,隨著反應(yīng)溫度的提高,一反溫升逐漸由18℃下降到13℃,二反溫升則相應(yīng)由24℃增加到29℃。在運(yùn)轉(zhuǎn)最后一月,兩個(gè)反應(yīng)器的溫升均有不同程度的下降,可見(jiàn)在高溫下(392-396℃)操作,催化劑失活速度加快。
圖2 RDS裝置(B列)第九周期的催化劑床層溫升
為了更好理解在反應(yīng)器內(nèi)不同位置的催化劑狀態(tài),將兩個(gè)反應(yīng)器分成四個(gè)部分:一反上部(脫金屬劑部分)、一反下部/二反上部(過(guò)渡劑部分)、以及二反下部(深度脫硫劑部分)。從兩個(gè)反應(yīng)器上下床層的溫升變化情況來(lái)看,裝置運(yùn)轉(zhuǎn)到300天后,一反R-101B總溫升下降主要是由一反下部(過(guò)渡催化劑)的溫升下降導(dǎo)致的,而上部脫金屬催化劑溫升則保持相對(duì)穩(wěn)定,一直到裝置停工。而R-102B在運(yùn)轉(zhuǎn)300天溫升相應(yīng)上漲,則主要由于二反上部過(guò)渡催化劑床層的溫升上漲貢獻(xiàn)。
一反下部過(guò)渡催化劑床層溫升下降,分析認(rèn)為主要由于兩個(gè)方面原因:(a)在較高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn),沉積在催化劑鐵的脫氫性能加劇,一反中上部催化劑結(jié)焦速度加快,出現(xiàn)了偏流現(xiàn)象,導(dǎo)致一反內(nèi)的催化劑(尤其下部催化劑)的利用效率下降;(b)在較高的溫度下操作,加氫產(chǎn)品的芳香性降低,大分子(瀝青質(zhì))聚集程度提高,吸附在催化劑上,脫附難度大,導(dǎo)致催化劑結(jié)焦加劇。
(3)反應(yīng)器壓降/徑向溫差
圖3所示為B列第九周期各反應(yīng)器的壓降變化情況。B列在運(yùn)行的前300天,一反和二反的壓降保持穩(wěn)定。在運(yùn)轉(zhuǎn)到80-100天時(shí),由于渣油進(jìn)料量/減渣摻煉比例的提高,兩個(gè)反應(yīng)器的壓降在此階段均有上升。在運(yùn)行到300天后,B列兩個(gè)反應(yīng)器壓降同時(shí)上升,停工前的一反和二反壓降分別達(dá)到0.59MPa和0.52MPa,均小于0.7MPa。
圖3 RDS裝置(B列)第九周期的反應(yīng)器壓降變化
為了更好說(shuō)明反應(yīng)器內(nèi)的偏流情況,在圖4和圖5中列出兩個(gè)反應(yīng)器的徑向溫差。由圖4可以看出一反上部徑向溫差在330天前保持穩(wěn)定,330天后逐漸上升到停工前的7.9℃。一反中部徑向溫差保持相對(duì)穩(wěn)定,而底部徑向溫差在330天后快速上漲,停工前達(dá)到9.1℃,表明一反下部床層存在偏流,也進(jìn)一步驗(yàn)證了一反下部溫升下降的原因。
圖5為二反徑向溫差變化情況,可以看出二反中部徑向溫差在330天前穩(wěn)定在3~6℃,330天后則最高達(dá)到17.3℃,而底部徑向溫差則逐漸上升,停工前達(dá)到12.8oC。
圖4 RDS裝置(B列)第九周期的一反徑向溫差變化
圖5 RDS裝置(B列)第九周期的二反徑向溫差變化
2.3 渣油原料/熱低分油性質(zhì)
B列第九周期加工的原料和加氫生成油(熱低分油)中的硫含量,殘?zhí)亢?,?釩含量變化情況,總體來(lái)說(shuō),加氫生成油中硫和殘?zhí)亢磕芎芎脻M足生產(chǎn)指標(biāo)要求,為下游FCC裝置提供了合格的進(jìn)料。加氫生成油中的鎳+釩含量則受原料總金屬含量以及鎳/釩比變化影響,當(dāng)鎳/釩比較高時(shí),加氫產(chǎn)品的鎳+釩就相對(duì)較高。
在表2中列出了B列硫、殘?zhí)恳约敖饘俚拿總€(gè)月平均脫除率和總脫除率,可見(jiàn)雜質(zhì)脫除率非常平穩(wěn),但在運(yùn)轉(zhuǎn)到最后一個(gè)月,在高溫下(392-396℃)運(yùn)轉(zhuǎn),所有的脫除率均有一定的下降。
表2 B列平均雜質(zhì)脫除率
在B列第9周期的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程,單元和標(biāo)準(zhǔn)公司技術(shù)人員一直保持密切溝通,在結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)催化劑的性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上,不斷優(yōu)化裝置操作,充分發(fā)揮了標(biāo)準(zhǔn)催化劑的性能,同時(shí)提高了裝置性能,并降低了裝置能耗;
在B列第9周期,裝置一直按較高的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)(除催化裂化裝置停工兩周外),同時(shí)減渣的摻煉比也一直保持在較高的水平,以及渣油產(chǎn)品也很好滿足催化裂化裝置要求。