蜡油加氢处理装置长周期运行影响因素.pdf

74石油化工引言某企业3.2Mt/a蜡油加氢装置中，由于加氢后的原油中硫含量和第一床层压力差异不断增大，最终运行结束时，工艺荷载下降到340t/h，反应温度达到413，且加氢蜡油硫的质量比例连续超过0.5%（设计值0.3MPa）。为防止后续设备腐蚀进一步恶化和对反应器内部部件的损坏，在43个多月的时间里，对该设备进行了停机处理。针对催化剂失活、初床压降升高、高压换热器内部泄漏等问题进行探讨。通过对催化剂级配的优化，按照沉淀物的数量来调节反应刻度，保证了设备的长期稳定运行，达到“四年一修”要求，防止设备在生产过程中出现停机和抛锚现象。一、装置概况1.催化剂级配该设备在生产结束时的平均床层温度为408，床层内总压降为0.6MPa，第一床层压降为0.3MPa，体积空速为1.6h-1。以RVS-420、RN-32V为主要催化剂，以RG-20、RG-30A、RG-30B为保护剂。该设备的主要催化剂在8a，4a时进行一次循环。2.加工负荷该设备的加工能力是每小时381吨，并且在实际的加工过程中当设备运转到1200天时，在425t/h的实际加工量下，加工载荷维持在110%。在经过1200天的操作后，因加氢石蜡的含硫量不断超过指标，使反应器的压降呈现阶梯状上升，处理能力逐渐下降，在停止之前，重量下降到340t/h。3.产品质量如从图1中可见，当该装置运转到1200天时，加氢蜡油中的硫含量基本上被保持在0.4%之内。经过1200天的连续生产，随着反应温度的不断升高，装置处理负荷的不断下降，加氢石蜡的含硫量呈现阶梯状上升。图1加氢蜡油硫含量随运行时间变化分馏塔底油与加氢蜡油中的硫化物成分类似，因此可以避免加氢蜡油/原料油换热器的内部泄漏。热低压分离器底油与加氢蜡油的含硫量接近，可以消除低压分离过程中出现的串漏现象。在排除其他过程中发生泄漏的可能后，可以判定为生成油反应形成的高压热交换器发生泄漏。将高压热交换器内环加压螺丝拧紧，使感应压力降低到8.0MPa。按对称原理紧固116个直径为M363171的螺栓。开始扭矩为800N，当所有螺栓都拧上时，逐渐上升到900N、1000N，最后上升到1500N。结果表明，在实际生产中，由于采用了一次加压方式，并没有有效解决加氢蜡油的内泄漏问题。停机后，未对其进行拆卸检查，只是将其内环压紧螺丝拧紧。在生产过程中，对所产生的加氢蜡油的含硫量进行了测试，测试结束后加氢蜡油和反应生成油当中的硫含量明显降低。经大修后，加氢汽油中的含硫量均未超过0.35%，表明在大修过程中，由于管壳两程没有压力差异，采用了较好的紧固方式，达到了预期目的。二、影响装置长周期运行的因素1.原料油性质在加氢工艺中，原料油的物化特性是影响整个工艺蜡油加氢处理装置长周期运行影响因素周晟中国石油乌鲁木齐石化公司炼油厂【摘要】蜡油加氢处理装置是以减压蜡油、焦化石蜡为基础，可以得到蜡油中含硫量较少的精制蜡油，为蜡油加氢处理装置提供了高质量的原料。本项目拟在某石化工业研究所，选用 FF-18（FZC类防护剂）作为主要催化剂，使用年限为3年。在设备开始运转时，催化剂具有很高的活性，在低于设定的催化剂初始反应温度（357）时，可达到90%左右的脱硫率，在应用过程中也会发生工况突变，表现为催化剂活性降低，床层压降升高。通过对装置概况和影响装置长周期运行的因素进行了剖析，并针对其中存在的问题，给出了相应的解决措施。【关键词】蜡油加氢处理装置；长周期运行；影响因素【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.17.02575石油化工过程的关键因素。严格控制原料油，保证了原料油的长期稳定。在第四个周期运行过程中，连续生产了43个月的原料油12.16Mt，包括85.12%的降压蜡油和1.81吨的焦化蜡油，分别为10.35吨和14.88%。在表2中列出了原料油的平均特性。从表2可知，在该设备生产中，平均原油的硫含量符合设计值，平均含氮量超过了设计值。结果表明，该工艺的整体质量分数比设计值高。原油中的N值过高，不仅加大了催化剂的脱除困难，而且对设备进行腐蚀。如果金属质量分数超过一定值，则会使催化剂的减活率及反应器的压力降升高速度加快。表2原料油平均性质项目平均值设计值残碳，%0.861w（氮），%0.1470.122W（硫），%2.853.4馏程/初馏点/5%242.5/323.710%/30%346.8/394.650%/70%430.1/470.890%/95%519.4/548.2终馏点567.7W（镍+钒）/（gg-1）0.59W（铁）/（gg-1）0.57W（钙）/（gg-1）0.35W（总金属）/（gg-1）2.2822.反应温度根据加氢蜡油的含硫量对其进行调节，在1200天时，催化剂的失活率达到了每月0.52。经过1200天的生产，由于高温换热器内漏和精炼蜡油中的硫化氢浓度持续升高，导致设备停机时，最大的反应温度达到了413。在解决了高压热交换器的内渗问题后，反应器的反应温度从413下降到400，经过43个多月的连续使用，反应器二、三床层的催化性能依然良好。3.反应器压力降反应器压力降是影响设备操作的重要因素，其升高速度关系到设备操作的寿命。反应过程中，由于金属沉积、催化剂积炭和催化剂破碎等因素，导致了催化剂在一段时间内的压差增加，由于上游原料油的夹带而导致了催化剂的压差增加。第一床层的压差为0.3MPa，在生产实践中的压差曲线逐渐上升。当该设备运转到820天时，床压将保持在0.12MPa。从8201200天开始，床内压降逐渐增大，达到了0.01MPa/月份。经过1200天的连续操作，随着反应温度的升高和进料量的减少，第一床层的压降由0.20MPa增加到0.35MPa，以0.03MPa/月的速度增加。第一床层压降超过了设计要求，为了防止对反应器内部部件的破坏，该设备进行了停机处理。第一床层压降的增加是由于原料油中沥青质、残碳和金属含量增加所致，其中力学杂质的沉淀与此有较大关系。在实际生产中发现，原料油中残余碳的平均水平达到了设计水平，而全金属的平均水平则超过了设计水平。假设原料油中所载的所有金属均在该催化剂上沉淀，经过测算，该设备连续生产43个月，累计沉淀了27.48吨金属。在反应过程中，原料油会将大量的金属离子引入反应体系的多孔结构中，从而使反应过程变得缓慢，影响反应的进行。在床层内压降过大时，会造成反应器内部元件损坏，催化剂机械强度下降，反应器内物料流动紊乱，造成设备停产。4.金属杂质为了满足重油的轻量化需求，很多企业都采用了深拔法进行生产，原油终端温度高于590，使得减压蜡油馏分中进入Ni、V、Si等杂质，甚至含量可达到1015ug/g。Ni、V、Si等杂质的存在不仅会对上层的催化剂造成毒害作用，而且会渗入上层催化剂中，还可能进入催化剂底层，造成催化剂孔的阻塞，导致催化剂中毒，并对其运行周期产生较大影响。当前多个蜡油加氢处理装置原料存在含量超标问题，而且无法在短期之内从根源上得到有效的解决。所以必须在满足设备生产指标的情况下，确保蜡油加氢装置能够长期稳定地运转。三、蜡油加氢处理装置长周期运行关键指标1.催化活性剂加氢过程中由于操作周期的增加，导致催化性能下降，必须通过增加平均反应温度来改善其性能。在催化剂使用年限方面，一般采用的是平均反应温度作为评价指标，当到达设计温度时，将其视为使用年限的结束。在此基础上，对设备进行初步研究，并对设备进行性能测试。375为设计初期反应温度，408为末期反应温度。根据该工艺要求，本工艺中的蜡油原料含硫率分别为2.8%和0.17%，而在实际操作中，含硫化氢的含硫率通常为0.30%0.40%。2.反应器压降影响设备操作的一个重要参数就是反应器压降，增加速率的大小能够装置运行周期长度造成直接影响。而加氢处理装置当中主要车床分为两个，在设计初期阶段，第一床层压为0.1MPa，末期为0.2MPa。四、延长蜡油加氢处理装置运行周期的技术关键1.原料油的管理由于蜡油原料的不同，蜡油馏分特性也存在很大差76石油化工异，而芳烃尤其是稠环芳烃含量、馏程、沥青质含量、残碳和金属等是决定蜡油加氢制得过程中能否长期稳定运行的重要因素。在氢分压偏小时，焦油中沥青质组分及残碳越多越容易导致焦油催化反应过程中焦油的流失，从而影响焦油催化反应的持续进行。金属沉积不仅会导致催化剂的活性急剧降低，同时，金属中的Fe、Ca、Na等可以在床层顶部沉积，降低床层空隙率，导致压降的急剧上升，进而缩短运转周期。2.装置设计工艺参数延长蜡油加氢装置工艺运行效率的主要途径是在减少积碳失活率的前提下，既要防止主要的金属沉淀，又要减少积碳的失活率。反应温度、反应空速、氢油比对氢分压及反应过程中的反应速率有较大的影响。实际应用和实验证明，当其他条件一定时，升高反应温度会导致更快结焦，对运行时间（f7）有负面作用，但通常改变反应温度来调控加氢深度，并不会对运行时间起到决定性作用。氢分压越大不仅可以强化反应效率，还可以延缓积碳，所以，在一定范围内，氢分压越小越好。空气速度是指汽油在催化剂表面的滞留时间、空气速度与反应温度之间存在着某种程度的互补关系。在相同的相位下，提升空速要求升高反应温度，导致催化剂升温的余地变小，从而影响运行时间，但过慢又易导致催化剂表面积碳。高氢油比会减缓催化剂表面积炭速度，延长催化剂运行寿命，但高氢油比会增大压气机能耗，同时也会减少催化剂与原料油间的接触，影响加氢深度。结果表明，油蜡的加氢工艺中，氢油体积比的优化是以600为宜。3.催化剂性能和级配技术在原料油和装备一定的情况下，要使蜡油加氢工艺长期稳定运行，关键在于其性能和分级技术。同时，提高了催化剂的脱硝性能，可以有效地提高催化剂的升温空间，提高了催化剂的运行时间和稳定性，可以减少积碳的失活率，延长装置的运行时间。石化公司已研发出具有较高脱硫脱硝效率的催化剂、具有较好的焦油裂解和积碳能力的保护剂、脱铁剂以及容金剂等。根据不同类型原油的性能特征，提出保护剂/脱金脱硫/特殊加氢解离催化剂的分级组合，实现了对各类原料油直馏分、含石蜡等低品质原料油的高效解离。经过系统的技术开发，RVHT技术的特征如下：（1）专用加氢处理RN系列催化剂以具有较大孔容量和孔径的改性氧化铝为载体，采用优化比例的W-Mo-Ni三组分活性金属体系，并采用新型合成技术，拥有很高的蜡油加氢脱硫、加氢脱氮、芳烃加氢饱和活性。而钴钼类RVS类催化剂对蜡油的加氢脱硫性能较好，可以有效地降低蜡油的起始反应温度。（2）为解决低品质蜡油在加氢加工时容易结焦和压力损失快速上升的难题，提出了几种不同形状的保护剂的分级工艺。（3）以提升脱硫效率、降低总氢耗和增强对高金属掺杂物料的适配性为目标，开展高效脱硫剂/加氢催化剂的协同装载工艺研究，实现高效脱硫剂/加氢催化剂的协同装载，提升脱硫效率和降低氢耗，增强系统稳定性。五、催化剂长周期运行思路和对策蜡油加氢处理装置在投入使用的首个循环过程中，曾出现过严重的催化失效现象，为了防止其提前失效，确保设备长期稳定运转，应该在日后的工作中，不断地总结和完善对催化剂操作的控制。本文针对这一问题，就如何防止催化剂活性下降，确保其长期稳定工作，提出了几点措施。（1）强化原材料的质量控制。添加对沥青质和胶质的实验室检测，加强对原材料性能的追踪，使原材料中的沥青质低于50010-6。在加入新的原料之前，对其进行了化验分析，并对其进行充分的论证。（2）高含硅量的油产品，如焦化汽油和焦化柴油，将不再进入蜡油加氢装置。（3）在保证沥青制品品质的条件下，对脱沥青油进行适度的轻拔，使脱沥青油中的胶质、沥青质及其他杂质减少。（4）增加一层焦化蜡油中的焦粉，尽量减少其中所含的焦粉和其他杂物。（5）要严格控制原料过滤器的运行管理，禁止原料油从过滤器的旁道流入。六、结束语总体而言，本文对蜡油加氢装置处理的长周期运行情况进行详细分析，主要包括装置概况和影响装置长周期运行的因素，其中原料油性质、反应温度和反应器压力降都会对装置长周期运行情况造成直接影响。通常也针对延长蜡油加氢处理装置运行周期的技术关键进行分析，提出了催化剂长周期运行思路和对策，以此来提高装置的运行质量和运行效率，推动行业发展。参考文献：1史卜建.蜡油加氢处理装置长周期运行影响因素分析J.炼油技术与工程，2021，51(2):18-21.2方友，郑港西，赵晨曦.4.0Mt/a蜡油加氢裂化装置长周期运行分析J.炼油技术与工程，2018，48(2):17-20.作者简介：周晟（1980），男，汉族，陕西洛南人，本科，助理工程师，研究方向：蜡油加氢。