固定床渣油加氢第一反应器切出工艺运行分析

袁 德 明

(中国石化安庆分公司，安徽 安庆 246001)

渣油加氢是渣油轻质化的主要手段之一，其工艺主要有固定床、沸腾床、悬浮床及移动床4种类型[1-2]。与其它渣油加氢技术相比，固定床渣油加氢技术最为成熟，应用最为广泛。固定床渣油加氢技术的投资相对较低，操作费用低，运行安全简单，占世界渣油加氢处理能力的75%以上[3]，在今后几年仍将处于主导地位[4-5]。尽管固定床渣油加氢技术有许多优点，但在实际生产运行中，反应器床层压降特别是第一反应器(R101)压降的上升是制约装置满负荷生产和长周期运行的最重要因素之一[6]。因此，可以通过适当的工程设计，最大限度地发挥各反应器催化剂的活性，真正使催化剂的活性达到“吃干榨尽”，有效地延长装置的运行周期。

1 反应部分工艺流程特点

与传统工艺流程相比，安庆分公司重油加氢装置反应部分略有不同，工艺简图见图1所示，在R101入口与第二反应器(R102)入口间增设跨线，其余工艺流程相同。

图1 安庆分公司重油加氢装置工艺流程示意

反应部分具体工艺特点如下：①R101入口设置无变径的三通阀，正常生产时原料由加热炉进R101，当R101压降达到0.70 MPa(设计值)时，通过调节三通阀，将R101物料直接改进R102；②R101入口及跨线均设置了吹扫热氢气，R101投用时，跨线通入一定量的氢气，保证跨线中有流动的热物料；R101切出时，R101入口通入氢气，保证R101反应器床层有流动的热物料；③停工时，将R101缓慢并入反应系统，恢复原流程，5个反应器用蜡油置换及成膜，停工换剂。

2 催化剂级配特点

由于渣油中杂原子含量高，分子结构和加氢反应均较复杂，固定床渣油加氢需采用复杂的催化剂级配体系。针对安庆分公司重油加氢装置的工艺特点，石科院开发了适宜的催化剂级配技术，催化剂装填情况见表1。沿江炼油厂渣油加氢装置原料铁和钙的含量较高，R-101主要装填大孔径保护剂和脱金属剂；由于R-101切出后原料和氢气进入R-102，因此R-102顶部也装填部分大孔径的保护剂，并依次装填脱金属剂及少部分脱硫剂；R-103装填脱硫剂；R104装填脱硫剂和降残炭剂；R105装填降残炭剂。第一、二周期(RUN-1，RUN-2)均采用第三代RHT系列催化剂，根据RUN-1的运行情况，对RUN-2的催化剂级配进行了优化。

表1 各反应器催化剂装填情况

3 R-101切出工艺应用情况

RUN-1运行428天时，R-101压降升至0.70 MPa(限定值)，缓慢将R-101切出反应系统，为配合下游装置的改造，RUN-1运行至445天停工。

RUN-2运行至300天时，由于变压吸附氢提纯(PSA)装置吸附剂出现问题，装置新氢纯度较低(体积分数为92%)，循环氢中氢气体积分数仅为83%，R-101压降接近0.70 MPa。运行至337天时，PSA装置更换新吸附剂并投入运行，产品氢体积分数提高至99.9%，循环氢体积分数提高至95%以上，R-101压降降至0.48 MPa，且较为稳定。但为了防止R-101催化剂板结，延长大检修停工卸剂时间，装置运行至458天时缓慢将R-101切出反应系统。RUN-2运行至509天时全厂停工检修，装置按要求停工。

RUN-1和RUN-2在R-101切出过程中，均采用缓慢分步操作进行，每次调整均稳定一段时间，观察R-101各床层温度变化情况，逐次调整操作，整个切换过程耗时8 h左右。切换期间机组运行平稳，高压管线、法兰无异常。从两个周期的运行情况看，R101切出后，R102～R105压降均未发生大的变化，且整体催化剂活性稳定，说明RHT系列催化剂的级配技术满足生产要求。

3.1 R-101切出前后各反应器床层压降变化

RUN-1各反应器床层压降见图2。由图2可以看出：R-101切出后，R-101压降下降至0.2 MPa以下；其余各反应器压降均保持稳定，在整个运行周期内压降基本稳定在0.35 MPa左右。RUN-2各反应器床层压降见图3。由图3可以看出：R-101切出后，R-101压降下降至0.2 MPa以下；其余各反应器压降基本不变，在整个运转周期内维持稳定，说明RHT系列催化剂的级配技术满足生产要求。

图2 RUN-1各反应器床层压降的变化 ◆—R101； ●—R102； ▲—R103； ■—R104； ×—R105。图3同

图3 RUN-2 各反应器压降的变化

3.2 R-101切出时操作条件变化情况

R-101缓慢切出过程中，进入R-101的原料油和混氢量逐渐减少，R-101床层物料分配变差，有可能产生局部“热点”，从而加快渣油原料的结焦速率。为了降低由于分配问题产生热点的风险，根据RUN-1切出时的经验，RUN-2切出时对原料性质进行优化调整，改善了原料性质。RUN-1和RUN-2切出前的操作条件见表2。由表2可以看出，RUN-2切出前，原料掺渣率降低至35%。

表2 RUN-1和RUN-2切出前的操作条件

3.3 R-101切出后其床层温度变化情况

RUN-1中R101切出后R-101上床层及中床层部分温度点的变化分别见图4。由图4可以看出，RUN-1切换结束后，R101上床层温度(4个点)及中床层(2个点)温度均有较大幅度的升高，尤其是上床层温度变化幅度最大且交替上升，最高点升至552 ℃，中床层部分温度点亦出现交替上升。在R101切出过程中，残留在上床层的油未能被完全带出，且床层内部出现沟流现象，随着循环氢量的减少，热量聚集，在催化剂床层上可能发生了热裂化反应，床层温度呈无规律变化，反应结束后，各点温度均下降。

图4 RUN-1中R101上床层和中床层各点温度的变化 —吹扫氢量，×100 m3h。上床层： —TI10801A； —TI10801B； —TI10801C； —TI10801D。 中床层： —TI10802A； —TI10802D

在总结RUN-1切换经验的基础上，RUN-2优化了切换方案，改善了原料性质，整个切换过程更平稳，RUN-2中R101切出后R-101上床层及中床层部分温度点的变化分别见图5。由图5可以看出，切换结束后各床层温度均缓慢下降，此时R-101入口吹扫氢量控制在17 000 m3h(标准状态)。因R-101冷氢量较大，造成R-102入口温度较低，反应炉提温困难，因此将吹扫氢量降至9 000 m3h(标准状态)，24 h后，R-101上床层2个点温度上升，开始时上升速率较慢，很快变为快速上升，加大吹扫氢量至23 000 mh(标准状态)以上(满量程)，亦无法控制床层温度的上涨，待残留原料热裂化反应结束后，各点温度均缓慢下降。

图5 RUN-2中R101上床层和中床层部分温度点的变化 —吹扫氢量，×100 m3h。上床层： —TI10801B； —TI10801D。中床层： —TI10802A； —TI10802C； —TI10802D

3.4 催化剂活性情况

由于沿江炼油厂渣油加氢装置主要以降残炭为主要目标，因此可以考察整体催化剂的降残炭率的变化来说明R-101切出前后催化剂的活性变化情况。RUN-1和RUN-2中，R-101切出前，其床层已基本没有温升，说明该反应器中催化剂的活性已“吃干榨尽”。以RUN-2为例，R-101切出前后，尽管空速发生了变化，但催化剂的降残炭率基本没有变化，RUN-2原料及加氢常压渣油残炭变化情况见图6。由图6可以看出，R-101切出后，加氢常压渣油的残炭均在5.5%(控制指标)范围内，完全满足下游催化裂化装置的原料要求，表明R-101的切出在技术上是完全可行的，不仅能够延长装置的运行周期，还能最大限度发挥催化剂的活性。同时R101切出后，催化剂整体活性稳定，说明RHT系列催化剂的级配技术合理。

图6 RUN-2原料及加氢常压渣油残炭的变化 ◆—原料； ●—加氢常压渣油

4 结 论

(1)从RUN-1和RUN-2运行情况可以看出，R-101切出工艺技术可行，RHT系列催化剂级配技术合理。R-101切出对产品质量没有影响，产品质量完全满足下游催化裂化装置原料的要求。同时能够延长装置运行周期2～3个月，最大限度地发挥催化剂的活性。

(2)在R-101切出期间，应尽早投用R101的吹扫氢，且吹扫氢量尽可能大，用于吹扫带油，以减少存油，降低其在催化剂床层发生热裂化反应的风险。尽管在切出结束后，R101上、中床层温度出现较快上涨，无法有效控制，但从整个卸剂情况看，没有大的影响。

(3)在条件允许的情况下，尽可能改善原料的性质，渣油全部退出，同时较大幅度地降低R-101入口温度，待R101温度降至存留在催化剂的上的油不发生反应时再切出，这样可能会避免R101出现“热点”。

(4)R-101切出要缓慢、分步进行，避免对机组的运行造成影响，同时应加强对高压部位的检查。

[1] 邵志才，戴立顺，杨清河，等.沿江炼油厂渣油加氢装置长周期运行及优化对策[J].石油炼制与化工，2017，48(8)：1-5

[2] 章海春.渣油加氢装置高苛刻度运行分析[J].石油炼制与化工，2017，48(3)：17-21

[3] 吴睿，蒋立敬，韩照明.固定床渣油加氢反应器结垢原因分析及对策[J].当代化工，2012，41(4)：366-370

[4] 方向晨.国内外渣油加氢处理技术发展现状及分析[J].化工进展，2011，30(1)：95-104

[5] 边钢月，张福琴.渣油加氢技术进展[J].石油科技论坛，2010，29(6)：13-18

[6] 段贵宝，马方伟.固定床渣油加氢反应器结垢原因分析及对策[J].化工管理，2015(5)：3-4