劉仁杰

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

近些年來，催化裂化原料逐漸呈重質(zhì)化、劣質(zhì)化趨勢，而社會對成品油質(zhì)量的要求卻是越來越高，對環(huán)境污染的指標(biāo)越來越嚴(yán)格。這對石化行業(yè)提出了更高的要求和新的挑戰(zhàn)，如何增加裝置脫硫脫氮效率，如何利用較劣質(zhì)的原料產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品，如何使裝置能耗更低、污染更少，已經(jīng)是石化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要目標(biāo)。為達(dá)到這一目標(biāo)，中海油惠州石化有限公司引入減壓蠟油全液相處理技術(shù)，經(jīng)過一個周期的運行，取得了優(yōu)異成績，脫硫率達(dá)到96.15%，脫氮率為78.7%，裝置運行能耗僅為8.304 kg/t，完全能夠達(dá)到工藝要求[1]。邁出了新時代下石化行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的第一步。

1 裝置介紹

中海油惠州石化煉油六部設(shè)有一套2.60 Mt/a全液相蠟油加氫裝置，也是國內(nèi)首套全液相蠟油加氫裝置。和傳統(tǒng)“滴流床”加氫裝置有以下幾點不同：

(1)全液相加氫技術(shù)不需要大量的氫氣循環(huán)來維持較高的氫油比，其采用的是利用液相反應(yīng)產(chǎn)物的溶氫能力，為原料油提供所需的氫氣，所有的反應(yīng)在全液相的環(huán)境中進行，同時可以通過循環(huán)油的量來控制反應(yīng)深度，與傳統(tǒng)加氫技術(shù)相比，反應(yīng)更為均勻，降低了非受控裂化反應(yīng)，產(chǎn)生更少的輕組分，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率僅與反應(yīng)動力學(xué)有關(guān)，與氫氣傳質(zhì)無關(guān)[2]。

(2)裝置不設(shè)循環(huán)氫系統(tǒng)，沒有冷熱高分系統(tǒng)，反應(yīng)器較傳統(tǒng)加氫裝置體積更小，不僅減少了建設(shè)投資，也減少了員工的操作難度和危險。

(3)與傳統(tǒng)加氫技術(shù)最大的不同，就是反應(yīng)更加溫和，反應(yīng)溫升均勻，沒有局部“飛溫”現(xiàn)象存在，同時催化劑利用率更高，催化劑壽命更長，反應(yīng)能耗更低[3]。氫氣不作為降溫的手段，而是用來控制各床層液位的方法。

裝置操作參數(shù)見表1。

表1 裝置操作參數(shù)

該裝置加工由常減壓提供的減壓蠟油，反應(yīng)進料泵升壓至15.83 MPa后，與爐前氫氣混合加熱至306℃進入反應(yīng)器。反應(yīng)產(chǎn)物一部分由循環(huán)油泵送至反應(yīng)器入口，提供反應(yīng)所需的氫氣，另一部分換熱后直接經(jīng)過液力透平減壓至2.99 MPa進入低分系統(tǒng)。分餾系統(tǒng)設(shè)一脫硫化氫汽提塔、一產(chǎn)品分餾塔和一側(cè)線柴油汽提塔，主要產(chǎn)品為加氫蠟油和柴油，產(chǎn)較少石腦油和不凝氣。裝置流程示意見圖1。

圖1 裝置流程示意

作為催化原料加氫預(yù)處理工藝，裝置接收常減壓來的減壓蠟油，預(yù)處理后的加氫蠟油送至催化裝置，自2017年10月開始運行至今，實踐說明全液相加氫技術(shù)在蠟油工況下是完全可行的，其產(chǎn)品各項指標(biāo)完全能夠滿足下游催化裝置對進料的要求，見表2。

表2 原料及產(chǎn)品指標(biāo)

2 核心設(shè)備介紹——循環(huán)油泵

除了新氫壓縮機和反應(yīng)進料泵這兩個大型機組外，循環(huán)油泵是全液相加氫裝置中不可或缺的一個設(shè)備，其作用是將反應(yīng)產(chǎn)物送至反應(yīng)器入口，提供反應(yīng)所需的氫耗。實際運行情況表明，循環(huán)油泵的運轉(zhuǎn)有利于減少各床層溫升，更好實現(xiàn)反應(yīng)器“等溫操作”，這是因為循環(huán)油的比熱容大，通過循環(huán)油泵能帶走反應(yīng)器內(nèi)大量熱量，使床層溫度分布更均勻，大大降低反應(yīng)溫升[4]。而且在停工過程中，由于沒有循環(huán)氫的存在，循環(huán)油泵還是一個循環(huán)降溫的主要手段。

表3 循環(huán)油泵試運工況參數(shù)對比

如表3所示，選取循環(huán)油泵試運時的參數(shù)數(shù)據(jù)，在總進料一致(220 t/h)的情況下，開啟循環(huán)油泵后，反應(yīng)器出入口溫升減小，反應(yīng)更均衡，更有利于床層“等溫”操作，同時反應(yīng)器壓差減小，有利于催化劑使用壽命的延長。

本裝置循環(huán)油泵采用臥式單級屏蔽泵，由于其處于高溫高壓部位，使用屏蔽泵可有效防止泄露，減少裝置風(fēng)險。泵組附帶兩臺外置計量泵，向泵體內(nèi)輸送清潔柴油(精制柴油)作為循環(huán)冷卻液，其壓力略高于泵葉輪內(nèi)壓力，冷卻液由泵電機軸上的小葉輪驅(qū)動，在屏蔽套、軸承和水冷器之間循環(huán)，達(dá)到冷卻電機、潤滑軸承和密封的作用。在冷卻器上端設(shè)一液位開關(guān)報警，防止氣體進入軸承。

循環(huán)油泵的操作重點是循環(huán)冷卻液的選擇和起泵之前的灌泵預(yù)熱操作。

(1)在裝置開工初期，試運循環(huán)油泵時，出現(xiàn)液位開關(guān)頻繁報警，同時軸位移不斷增大現(xiàn)象，查找原因后分析是因為沖洗柴油中的氣體析出導(dǎo)致。沖洗柴油中析出氣體有兩個原因，一是因為沖洗由的選擇是減壓柴油，油品中O、S、N等雜質(zhì)較多，二是因為沖洗由緩沖罐壓控為燃料氣，且壓控壓力較高，可能存在部分氣體溶于沖洗油中帶入泵體。經(jīng)改進，沖洗油改為更加清潔的精致柴油，降低沖洗油緩沖罐壓控且壓控介質(zhì)改為氮氣，循環(huán)油泵軸承也由廠家進一步改進后，解決了上述兩個問題，循環(huán)油泵順利運行。

(2)在正常開工或正常切換的過程中，由于循環(huán)油泵出入口皆為高溫高壓狀態(tài)，循環(huán)油泵的充壓和預(yù)熱成為啟動前的重中之重。使用沖洗柴油灌泵，打開沖洗油泵的出入口手閥，用沖洗油緩沖罐的自壓灌泵，同時打開高點排氣，確認(rèn)高點有油排出后，關(guān)閉高點，啟動沖洗油泵充壓。由于初期升壓速度較慢，可以同時打開兩臺沖洗油泵充壓，當(dāng)壓力充至7 MPa后，停一臺循環(huán)油泵，繼續(xù)升壓至略高于反應(yīng)壓力。充壓完成后，可稍開預(yù)熱線進行預(yù)熱，注意升溫速度不高于30℃/h，泵體上下溫差不超過50℃，密切注意泵體法蘭面等可能泄露點。充壓預(yù)熱完成后，才達(dá)到啟動條件。

3 日常操作要點

不同于傳統(tǒng)“滴流床”加氫反應(yīng)，全液相加氫反應(yīng)的重點在于控制反應(yīng)器床層液位，如圖2所示，在兩個反應(yīng)床層之間，設(shè)有混合器、分配盤等配件，保證氫氣與油品完全混合。反應(yīng)床層設(shè)置釋放氣流程，操作中需要維持各床層少量的釋放氣量，以保證油中氫氣飽和，為反應(yīng)提供足夠的氫氣。而液位是反應(yīng)是否加氫飽和的一個重要參數(shù)，所以在平時操作中應(yīng)密切關(guān)注各床層液位，如同加裂控制各床層溫升一般。因為裝置不設(shè)高低分系統(tǒng)，反應(yīng)最后一床層液位就是隔離高低壓的手段，所以任何情況下都應(yīng)保證最后一床層液位不被壓空[5]。

圖2 反應(yīng)器液位控制方案

以一反一床層為例，反應(yīng)器液位的控制通過R-101床層的液位控制器LT01102與注氫線上的流量控制器FIC01101串級控制，當(dāng)床層液位偏高時，進入液位控制器LIC01102信號增大，調(diào)節(jié)器為正作用，輸出信號增大，通過FIC01101副回路進行串級調(diào)節(jié)的設(shè)定值也提高，偏差減小，調(diào)節(jié)器為反作用，輸出信號增大，調(diào)節(jié)閥是風(fēng)開閥，補充氫流量增大，使床層與下一床層的差壓增大，加快液相向下一床層流動，已達(dá)到控制床層液位的目的，反之亦然。

在日常運行操作的過程中，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器床層液位不僅與補充氫量有關(guān)，還和液力透平角閥開度大小有關(guān)。本裝置透平角閥開度與最后一床層釋放氣壓力串級，分程控制角閥開度，保證反應(yīng)器壓力。所以在正常補充氫量充足的情況下，可能會發(fā)生某一床層液位出現(xiàn)較大幅度波動且不受補充氫控制的情況(多出現(xiàn)于第一、最后一床層)，此時不可盲目加大/減少補充氫量，須觀察角閥開度以及各床層補充氫量情況，將整個反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)做整體考慮，切不可頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳。

4 事故狀態(tài)下的處理方法

4.1 新氫中斷事故

由于氫氣管網(wǎng)的關(guān)系，裝置運行三年來經(jīng)歷最多的事故就是新氫中斷事故。在新氫中斷事故下，重要的是將透平打手動控制，控穩(wěn)反應(yīng)器最后一床層液位，防止超壓。維持反應(yīng)器壓力的手段是關(guān)閉釋放氣調(diào)節(jié)閥、各床層補充氫調(diào)節(jié)閥及爐前混氫調(diào)節(jié)閥。同時在降溫將量改長循環(huán)的過程中，重要的是保證循環(huán)油泵按照循環(huán)比正常運行，因為這是反應(yīng)器降溫的一個手段。反應(yīng)溫度降至280℃時，可以停注水、停緩蝕劑、阻垢劑，因為這個溫度下蠟油幾乎不參與反應(yīng)，直到反應(yīng)器溫度降至215℃時，可保持此工況待氫氣恢復(fù)后迅速開工，但需定期檢測冷低分尾氣中的硫化氫含量，確保硫化氫含量不低于200 wppm，否則催化劑可能需要重新硫化。此時分餾部分的操作是配合反應(yīng)系統(tǒng)降溫至250℃，停蒸汽、停塔頂回流、改產(chǎn)品等。如果長時間氫氣不能恢復(fù)，則需進行引柴油置換、恒溫解氫等操作，直至裝置完全停下。事故狀態(tài)降溫曲線見圖3。

圖3 事故狀態(tài)降溫曲線

4.2 循環(huán)油泵停運事故

當(dāng)循環(huán)油泵停運時，反應(yīng)產(chǎn)物無法送到反應(yīng)器入口，會導(dǎo)致反應(yīng)器入口溫度突然降低，不會導(dǎo)致反應(yīng)器超溫等緊急情況，但是會導(dǎo)致反應(yīng)效果不好，反應(yīng)深度下降。此時需要做的就是盡快啟動備用泵恢復(fù)生產(chǎn)。備用泵長時間無法啟動時，考慮降溫降量，改長循環(huán)，壓力可降至10 MPa，保持有補充氫通過反應(yīng)床層，最終反應(yīng)溫度往215℃靠，分餾降溫至250℃，操作方法與新氫中斷事故類似，主要監(jiān)控的指標(biāo)還是透平角閥開度以及最后一床層液位。

5 總結(jié)

經(jīng)過三年一個周期的運轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)總結(jié)了許多全液相新工藝操作上的要點及問題?？偟膩碚f，全液相加氫工藝安全性更高，反應(yīng)更加平穩(wěn)，脫硫脫氮率達(dá)到設(shè)計要求。但是由于全廠生產(chǎn)安排，本裝置在三年運轉(zhuǎn)周期中一直保持低負(fù)荷運轉(zhuǎn)，對其能耗等參數(shù)無法精準(zhǔn)測量，更多的操作經(jīng)驗還需繼續(xù)積累。