劉學(xué)
(南京煉油廠有限責(zé)任公司,江蘇南京210033)
南京煉油廠有限責(zé)任公司(簡稱南煉)白油加氫裝置采用撫順石油化工研究院(現(xiàn)大連石油化工研究院)開發(fā)的WSI 高壓加氫異構(gòu)脫蠟和補(bǔ)充精制工藝技術(shù),采用一段串聯(lián)一次通過工藝流程,設(shè)有反應(yīng)系統(tǒng)和分餾系統(tǒng),反應(yīng)系統(tǒng)的異構(gòu)和精制反應(yīng)器所裝填催化劑活性組分均為貴金屬(Pt/Pd),反應(yīng)后的生成油進(jìn)入分餾系統(tǒng)進(jìn)行切割。本裝置以中國石化公司某分公司(以下簡稱分公司) 加氫裂化尾油和外購尾油為原料,生產(chǎn)APIⅡ類潤滑油基礎(chǔ)油在內(nèi)的特種工業(yè)白油產(chǎn)品。
原料罐區(qū)設(shè)有4 個(gè)儲(chǔ)罐為本裝置供應(yīng)原料,其中3 個(gè)用于儲(chǔ)存分公司尾油,1 個(gè)儲(chǔ)存外購原料。儲(chǔ)罐參數(shù)見表1。
表1 儲(chǔ)罐參數(shù)表
加氫裂化尾油具有硫、氮含量低,芳烴含量低,飽和烴含量高等特點(diǎn),以此作為原料所獲得的潤滑油基礎(chǔ)油,往往都能達(dá)到APIⅡ類標(biāo)準(zhǔn)。分公司尾油餾程穩(wěn)定,硫、氮含量低,不同時(shí)期100℃運(yùn)動(dòng)粘度差別較大,傾點(diǎn)相對較低,說明其異構(gòu)化程度高,含蠟量低。外購原料不同廠家之間的性質(zhì)差別大,廠家1 各階段餾出溫度高(干點(diǎn)過高未采集到分析數(shù)據(jù)),說明重組分多,廠家2 前部餾出溫度居中,干點(diǎn)較低,說明中間餾分多,廠家3 前部餾出溫度低,干點(diǎn)較高,說明輕重兩端餾分多,總體上外購原料與分公司尾油相比呈現(xiàn)出傾點(diǎn)高、組分重的特點(diǎn)。不同原料性質(zhì)見表2。
表2 原料性質(zhì)指標(biāo)
2.1.1 供應(yīng)不足對裝置運(yùn)行的影響
本裝置原料供應(yīng)主要取決于分公司加氫裝置能否平穩(wěn)運(yùn)行,一般遇到晃停電、設(shè)備故障等非計(jì)劃停工,7d 左右能重新恢復(fù)供料,如果是壓容壓管檢測、催化劑再生換劑等大停工檢修,根據(jù)工程量可能需要30~45d。上游裝置停工或外采原料量偏少,會(huì)導(dǎo)致裝置降量甚至停工。
2.1.2 應(yīng)對措施
1)短時(shí)間的供應(yīng)緊缺需要根據(jù)原料庫存以及恢復(fù)供應(yīng)時(shí)間來計(jì)算合適的處理量,分公司尾油1# 罐作為非常用罐,其液位盡量維持在10m 作為儲(chǔ)備,原料供應(yīng)中斷時(shí),尾油2800t 庫存量能維持裝置以15t/h(摻煉比10∶5)處理量運(yùn)行11d,同時(shí)加大外購原料采購力度,提高外購原料儲(chǔ)罐液位,在尾油庫存消耗完畢后,做好全加工外購原料的準(zhǔn)備。由于外購原料傾點(diǎn)高,按以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),處理量以12t/h 為宜,能保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行。
2)長時(shí)間停供一般是上游裝置大檢修,提前了解上游裝置檢修時(shí)間和周期,制定好本裝置陪停檢修計(jì)劃,預(yù)留10d 左右的原料庫存,便于時(shí)間銜接上的調(diào)整。
由圖2 和圖3 可以看出:兩起事故中,隨著異常原料穿透催化劑床層,反應(yīng)器上、下床層溫升總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。隨著時(shí)間推移,上、下床層溫升曲線形成剪刀張開形態(tài),同時(shí)總溫升逐漸下降,說明反應(yīng)深度下降,催化劑正在逐漸失活,兩起事故相互比較,原料帶水溫升變化時(shí)間快,變化幅度更明顯。兩起事故的原因分別是原料流程串油導(dǎo)致被污染,儲(chǔ)罐內(nèi)伴熱蒸汽泄漏導(dǎo)致帶水。
圖2 硫、氮含量超標(biāo)反應(yīng)溫升變化圖
2.2.2 應(yīng)對措施
1)設(shè)置報(bào)警
DCS 系統(tǒng)上設(shè)置報(bào)警:a)原料密度報(bào)警,原料進(jìn)裝置溫度65℃左右,參考日常運(yùn)行過程中密度
2.2.1 原料硫、氮、水含量超標(biāo)對催化劑的影響
由于催化劑采用貴金屬作為活性組分,硫、氮超標(biāo)極易導(dǎo)致催化劑中毒,硫、氮屬于非永久性毒物,但長期存在過量的硫、氮,也會(huì)造成催化劑永久性中毒[1]。水含量超標(biāo)主要是原料帶水進(jìn)入反應(yīng)器后液態(tài)水或高濃度水蒸氣與催化劑接觸時(shí),會(huì)造成催化劑上的金屬聚結(jié)、晶體變形以及催化劑外形改變,從而破壞催化劑的機(jī)械強(qiáng)度及活性、穩(wěn)定性[2]。本裝置曾發(fā)生過原料硫、氮含量超標(biāo)和原料帶水兩起事件,其反應(yīng)器床層溫升變化情況分別見圖2、圖3。變化范圍和帶水事故中密度變化趨勢,對原料質(zhì)量流量計(jì)密度設(shè)置825kg/m3高報(bào);b) 反應(yīng)溫升異常報(bào)警,利用DCS 相應(yīng)功能塊,將反應(yīng)溫升數(shù)值前后變化進(jìn)行計(jì)算,再與設(shè)定值進(jìn)行比對,最后輸出ON 時(shí)觸發(fā)溫升報(bào)警,設(shè)定值是根據(jù)兩次中毒事故溫升變化趨勢確定的。
圖3 原料帶水反應(yīng)溫升變化圖
2)應(yīng)急處置
出現(xiàn)原料密度報(bào)警或反應(yīng)溫升報(bào)警,及時(shí)查看分公司尾油是否切換罐,外購原料是否換料,上游加氫裝置是否進(jìn)行調(diào)整,儲(chǔ)罐區(qū)流程是否改動(dòng),需要硬隔離的流程是否加堵盲板。若上述情況均正常,無法判斷報(bào)警原因,可采取以下處置:a)原料及時(shí)采樣分析,加強(qiáng)原料罐切液,密切觀察反應(yīng)床層溫度、溫升、差壓,高分壓力,氫耗,常頂氣量等參數(shù)變化;b) 若相關(guān)參數(shù)變化趨勢明顯,則迅速切斷所有進(jìn)料,裝置改循環(huán)操作,待原因查明恢復(fù)正常后再開工引油;c) 開工后若發(fā)現(xiàn)催化劑活性受到影響,制定并執(zhí)行相應(yīng)合理的催化劑清洗還原方案。
2.3.1 傾點(diǎn)變化的影響
傾點(diǎn)的變化由油品中的石蠟含量和組成分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)的多少來共同決定,石蠟含量越高或組成分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)越多則傾點(diǎn)越高。原料的傾點(diǎn)高低及目的產(chǎn)品的傾點(diǎn)要求決定了異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度,當(dāng)原料中的蠟含量較高或蠟較重時(shí),需要的異構(gòu)脫蠟反應(yīng)溫度較高,但是提高溫度會(huì)導(dǎo)致催化劑選擇性下降,產(chǎn)品液收下降,并會(huì)縮短催化劑壽命[3]。
考慮傾點(diǎn)的決定原因,有時(shí)摻煉高傾點(diǎn)外購料對產(chǎn)品粘指改善效果不明顯,由表3 可以看出:廠家2 和廠家3 相同傾點(diǎn)和相同摻煉比的工況下,反應(yīng)溫度相差15℃,摻煉廠家2 與摻煉廠家3的原料方案相比,其減二線油和減底油的粘指分別高出8 和10 個(gè)點(diǎn),摻煉廠家2 起到了較好的改質(zhì)效果。
表3 加工不同性質(zhì)原料的操作參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量
2.3.2 組分輕重變化的影響
通過對原料密度、餾程和100℃運(yùn)動(dòng)粘度的分析,可以判斷原料組分輕重,從而能判斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大體分布。由表2 和表4 中的內(nèi)容可以看出:廠家1 組分最重,時(shí)期1 組分最輕,兩者結(jié)合摻煉后,其減底油仍然保持了較高收率,廠家3 初餾低,干點(diǎn)高,其減頂循油和減底油收率明顯較其他工況高,說明原料組分輕重與產(chǎn)品分布具有一致性。
表4 加工不同性質(zhì)原料的產(chǎn)品收率
當(dāng)原料組分發(fā)生變化時(shí),如果判斷不及時(shí),相應(yīng)的爐溫、回流、產(chǎn)品排量調(diào)整滯后,容易導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。當(dāng)其組分變化偏離正常工況較多時(shí),則不利于裝置平穩(wěn)運(yùn)行,輕組分過多和重組分過少,常壓塔系統(tǒng)分離效果變差,減壓爐負(fù)荷過大,輕組分過少和重組分過多,常壓爐爐管體積流速過低容易形成氣阻現(xiàn)象,減壓塔上部產(chǎn)品調(diào)節(jié)余量小。
2.3.3 芳烴含量變化的影響
目前大多傾向認(rèn)為部分飽和多環(huán)芳烴是導(dǎo)致基礎(chǔ)油光安定性差的主要原因,尤其是這類物質(zhì)含量雖然不高,但性質(zhì)很不穩(wěn)定,在紫外光作用下油品顏色會(huì)變深甚至產(chǎn)生沉淀[4]。當(dāng)原料中芳烴含量偏高時(shí),超出本裝置補(bǔ)充精制催化劑加氫飽和能力,容易導(dǎo)致產(chǎn)品芳烴含量不合格。
2.3.4 應(yīng)對措施
1)操作調(diào)整:a)外購原料主要采購自廠家1/2/3,廠家3 含蠟量高,對應(yīng)反應(yīng)溫度比廠家1 和廠家2 要高出15℃,外購原料切換時(shí)提前做好反應(yīng)溫度調(diào)整,對于首次加工的新外購原料,做好數(shù)據(jù)收集,總結(jié)加工經(jīng)驗(yàn)。b)分公司尾油換罐時(shí),及時(shí)分析罐樣成績變化,根據(jù)變化方向判斷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分布,做好分餾爐出口溫度和各側(cè)線產(chǎn)品抽出量的操作調(diào)整,再根據(jù)產(chǎn)品分析成績,提高目的產(chǎn)品收率。
2)社版優(yōu)化原料結(jié)構(gòu):a)分公司尾油品質(zhì)較好,供應(yīng)穩(wěn)定,以加工分公司尾油為主,有利于催化劑壽命延長和產(chǎn)品芳烴含量合格,但分公司尾油傾點(diǎn)低,重組分占比少,產(chǎn)品粘指差,所以要輔以摻煉合適的外購原料和優(yōu)化摻煉比,提升產(chǎn)品粘指,同時(shí)摻煉后反應(yīng)裂解產(chǎn)生的輕組分增加,能消除常壓爐氣阻現(xiàn)象,所摻煉的外購原料組分重,能降低減壓爐負(fù)荷,有利于裝置的正常操作調(diào)整。b)以市場需求為導(dǎo)向,生產(chǎn)高粘指產(chǎn)品以摻煉廠家2 為主,追求重組分收率以摻煉廠家1 為主,追求輕組分收率以摻煉廠家3 為主。通過表3 和表4 可以看出:采取廠家2 和廠家3 外購料混合摻煉,既能改善產(chǎn)品粘指,同時(shí)兼顧了減底油收率,可以嘗試將更多不同廠家外購料進(jìn)行混合摻煉,為下一步原料優(yōu)化做參考。
1)從裝置安全運(yùn)行角度出發(fā),做好原料的監(jiān)控預(yù)警工作,發(fā)現(xiàn)任何異常及時(shí)切斷進(jìn)料,防止催化劑中毒。
2)從裝置平穩(wěn)運(yùn)行角度出發(fā),首先保持原料一定的庫存來應(yīng)對短時(shí)間的供應(yīng)緊缺,其次對原料性質(zhì)變化做好預(yù)判,根據(jù)原料傾點(diǎn)變化,組分輕重變化,及時(shí)做好平衡操作,避免產(chǎn)生較大波動(dòng)。
3)從裝置經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā),摻煉合適的外購原料,摸索不同外購料混合摻煉,通過對原料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來提升目的產(chǎn)品質(zhì)量和收率。