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        淺談固定床渣油加氫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行

        2020-10-21 08:42:21楊鳳濱李錫楊陶貴金孟祥雷
        科學(xué)與財(cái)富 2020年10期
        關(guān)鍵詞:脫硫

        楊鳳濱 李錫楊 陶貴金 孟祥雷

        摘 要:渣油是原油經(jīng)過常減壓蒸餾后剩余的重組分,其油品質(zhì)量差,雜質(zhì)含量多,組分復(fù)雜,含硫、含氮、含金屬多,加工難度大。所以怎樣延長(zhǎng)固定床渣油加氫的運(yùn)行周期成為了渣油加氫裝置需要重點(diǎn)解決的問題,本文介紹原料性質(zhì)、反應(yīng)器壓差、催化劑、換熱器結(jié)垢等因素對(duì)渣油加氫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響及控制手段。

        關(guān)鍵詞:渣油加氫;長(zhǎng)周期運(yùn)行;催化劑級(jí)配;脫硫;脫殘?zhí)?/p>

        渣油加氫就是渣油在高溫高壓條件下、在渣油加氫催化劑的作用下,經(jīng)過反應(yīng),脫除原料中的硫、氮、金屬等雜質(zhì),降低殘?zhí)己?,為催化裂化裝置提供優(yōu)質(zhì)原料,同時(shí)生產(chǎn)部分柴油,并副產(chǎn)少量石腦油和燃料氣。加氫后的渣油質(zhì)量得到明顯改善,可直接用于催化裂化的原料,進(jìn)而轉(zhuǎn)化成汽油、柴油,做到吃緊榨干,提高了原油的利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

        1.影響因素

        1.1原料的性質(zhì)影響

        固定床渣油加氫原料的一般要求。在處理高金屬和高瀝青質(zhì)的原料時(shí),固定床渣油加強(qiáng)加氫存在催化劑失活和結(jié)焦較快,床層及催化劑孔結(jié)構(gòu)易被焦炭和金屬堵塞,產(chǎn)生壓降和熱點(diǎn),使用壽命短等問題,為保證裝置有足夠的開工周期,通常要求控制原料油的總金屬含量小于150μg/g,殘?zhí)啃∮?5%, 瀝青質(zhì)含量小于5%。具體限值還需考慮加工原油產(chǎn)地、品種及催化劑級(jí)配方案。

        減壓渣油的特點(diǎn)。減壓渣油分子很大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,分子量一般在500-10000,硫、氮、金屬和氧位于碳原子的支鏈上或渣油分子的雜環(huán)上。渣油終餾點(diǎn)附近的光譜非常復(fù)雜,這些含有大量雜環(huán)的分子稱為瀝青質(zhì)。根據(jù)定義,瀝青質(zhì)不溶于正庚烷和其它低沸點(diǎn)直鏈烷烴。通常瀝青質(zhì)和金屬是同時(shí)存在的,而金屬是催化劑的毒物。

        渣油原料一般評(píng)價(jià)指標(biāo)。渣油加氫原料主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括密度、餾程、粘度、殘?zhí)?、平均分子量等一般性質(zhì);硫、氮、氯、酸等非烴化合物含量,鐵、鎳、釩、鈉、鈣、鹽等微量金屬元素;飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等族組成,其中瀝青質(zhì)又可分為渣油加氫條件下相對(duì)難轉(zhuǎn)化和相對(duì)易轉(zhuǎn)化的組分。

        避免加工低硫高氮、低釩高鎳特性的原油。該類原料較難進(jìn)行渣油加氫處理, 若要將該類原料加氫轉(zhuǎn)化到RFCC裝置進(jìn)料指標(biāo)范圍,渣油加氫裝置的操作苛刻度會(huì)非常高,使裝置操作平穩(wěn)度降低,催化劑壽命得不到保證。加工此類原料時(shí), 催化劑的級(jí)配方案要做相應(yīng)的調(diào)整,高活性催化劑的比例要大幅度提升,甚至達(dá)到 75%~80%時(shí),才能滿足脫硫和脫殘?zhí)康闹笜?biāo)要求,而此時(shí)因反應(yīng)器空間限制,脫金屬劑裝填量不足,脫金屬又將成為新的限制因素。

        綜上所述原料的性質(zhì)是影響固定床渣油加氫長(zhǎng)周期運(yùn)行的一個(gè)重要因素,因此采取措施如下:原料中的粘度、殘?zhí)?、金屬含量、瀝青質(zhì)及催化重循環(huán)油催化劑粉末都將影響渣油加氫裝置的運(yùn)行,它們會(huì)造成催化劑活性的降低,催化劑床層壓降的上升而是裝置被迫停工。原料性質(zhì)監(jiān)測(cè)。為監(jiān)測(cè)催化劑活性,提供油品調(diào)和依據(jù),指導(dǎo)生產(chǎn),保證渣油加氫長(zhǎng)周期運(yùn)行,需對(duì)原料及產(chǎn)品性質(zhì)做出及時(shí)有效的分析。原料中硫、殘?zhí)?、密度至少達(dá)到每日分析;金屬、粘度、氮、餾程、鹽分析頻次每周至少1次;飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)每月至少1次;酸和氯可以根據(jù)需要適時(shí)提分析計(jì)劃;產(chǎn)品分析頻次應(yīng)與原料相對(duì)應(yīng),最主要的作用是可以計(jì)算出催化劑上金屬沉積量;建立瀝青質(zhì)分類試驗(yàn)方法,至少每月監(jiān)測(cè)一次原料和產(chǎn)品的難轉(zhuǎn)化瀝青質(zhì)含量。建立臺(tái)賬,隨時(shí)監(jiān)測(cè)原料的性質(zhì),確保整個(gè)周期原料性質(zhì)的穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)氫氣中的氯離子含量進(jìn)行跟蹤。

        1.2反應(yīng)器壓差的影響

        反應(yīng)器床層壓差高是渣油加氫長(zhǎng)周期運(yùn)行的一個(gè)瓶頸,在運(yùn)的渣油加氫裝置,60%-70%是由于床層壓差高而導(dǎo)致無法繼續(xù)生產(chǎn),只能停工換劑。第一反應(yīng)器、第二反應(yīng)器床層壓差在運(yùn)行到催化劑末期時(shí)(300d)后快速上升,其中第一反應(yīng)器在停工前的壓差已達(dá)0.75MPa,第二反應(yīng)器的0.62MPa,已經(jīng)超過了允許的最大壓差,迫使裝置停工換劑。

        1.3高壓換熱器結(jié)垢

        高壓換熱器的結(jié)垢問題是制約渣油加氫裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的另一個(gè)重要原因之一,渣油中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量較高,膠體穩(wěn)定性較差,渣油再加氫過程中,破壞了膠體穩(wěn)定性,溶瀝青質(zhì)、膠質(zhì)的能力下降,導(dǎo)致瀝青質(zhì)、膠質(zhì)更容易析出,其次,在原料換熱過程中,瀝青質(zhì)在低溫部位,特別是在換熱器管束表面析出、結(jié)焦生垢,造成換熱效率下降,裝置能耗增加,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成反應(yīng)器入口溫度提不上去,另外膠質(zhì)、瀝青質(zhì)也可能在催化劑的床層析出,導(dǎo)致催化劑結(jié)焦,物料偏流,行程局部熱點(diǎn),床層壓降增加從而迫使裝置提前檢修。

        1.4催化劑的級(jí)配

        催化劑按尺寸、形狀和活性進(jìn)行級(jí)配,以盡量避免潛在的壓降增長(zhǎng)過早發(fā)生。按物流流向來看,渣油加氫催化劑級(jí)配總體原則是顆粒從大到小,孔徑從大到小,活性從低到高,酸性從弱到強(qiáng),體積比表面從小到大,體積孔容從大到小,金屬含量從少到多。脫金屬劑裝填比例?;诮饘俸窟x擇:40~70μg/g金屬含量適中,選擇催化劑時(shí),主要考慮脫金屬(容金屬)能力與其它雜質(zhì)脫除能力的均衡問題,通常脫金屬催化劑占裝填催化劑的40v%~50v%;70~110μg/g金屬含量較高,選擇催化劑級(jí)配時(shí)優(yōu)先考慮催化劑體系的脫金屬(容金屬)能力,選擇脫金屬(容金屬)能力強(qiáng)的催化劑,通常脫金屬催化劑占催化劑裝填總量的50v%~55v%。

        2.保持渣油加氫長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要措施

        保證催化劑裝填效果,在催化劑裝填過程中要進(jìn)行全面跟蹤保證級(jí)配裝填的裝填效果和裝填質(zhì)量,避免開工后出現(xiàn)催化劑床層坍塌,造成物流偏流現(xiàn)象。催化劑硫化時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行催化劑廠家的硫化方案,不超溫、不還原,保證硫化效果,保證催化劑硫化后的活性。產(chǎn)品分析對(duì)確保操作條件不十分苛刻是非常重要的。保證產(chǎn)品分析的準(zhǔn)確性能夠防止在不必要高的脫金屬/脫硫/轉(zhuǎn)化率苛刻度下的操作而導(dǎo)致催化劑壽命縮短。嚴(yán)格監(jiān)控反應(yīng)器入口壓力、氫純度、補(bǔ)充氫和循環(huán)氫組成、進(jìn)料性質(zhì)以避免對(duì)催化劑壽命造成大的影響。較高的氫分壓能抑制催化劑生焦從而延長(zhǎng)催化劑壽命。反應(yīng)器內(nèi)較高的氫分壓是通過保持較高的反應(yīng)器總壓、保持和進(jìn)料油一起通過反應(yīng)器的循環(huán)氫量盡可能高、持續(xù)排放部分循環(huán)氫去膜分離氫回收單元進(jìn)行提純來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)需要用新氫來補(bǔ)充反應(yīng)所消耗的氫氣、高壓回路排放的氫氣和生成油中溶解的氫氣。用部分冷的富氫循環(huán)氫作為急冷氫注入到反應(yīng)器之間和反應(yīng)器的催化劑床層間來控制加氫處理反應(yīng)的溫升。嚴(yán)格控制催化劑平均溫度。嚴(yán)格對(duì)照專利商提供的升溫曲線控制催化劑平均溫度和各床層入口溫度,嚴(yán)禁快速提溫。在提溫提量操作過程中,嚴(yán)格遵循“先提量后提溫”和“先降溫后降量”操作流程進(jìn)行操作。在提量操作過程中,每次提量不超過10%。

        參考文獻(xiàn):

        [1] Rana M S, Sámano Vicente, Ancheyta Jorge, Et Al, A review of recent advances on process technologies for upgrading of heavy oils and residua[J].Fuel,2007,86( 9) : 1216 ~ 1231.

        [2]袁勝華, 渣油加氫催化劑研發(fā)與應(yīng)用技術(shù)[R].大連:撫順石油化工研究院(大連石油化工研究院),2017

        [3] 金永峰.渣油加氫裝置運(yùn)行問題與解決辦法[J].科學(xué)與財(cái)富, 2016, (10)

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