中化泉州渣油加氫上流式反應(yīng)器應(yīng)用總結(jié)

中化泉州渣油加氫上流式反應(yīng)器應(yīng)用總結(jié)于長(zhǎng)旺;張強(qiáng);張鵬【摘要】介紹了上流式反應(yīng)器在中化泉州石化有限公司渣油加氫裝置上的應(yīng)用情況該裝置采用上流式反應(yīng)器+固定床反應(yīng)器的工藝技術(shù)路線，主要用來(lái)加工劣質(zhì)減渣、蠟油以及焦化蠟油的混合原料，其中混合原料的硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)4.5%、金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)120，Mg/g以上，加氫后的渣油產(chǎn)品滿足硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.5%、金屬(Ni+V)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于19pg/g和殘?zhí)康馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)低于6%的原料要求.該裝置兩個(gè)系列在前4個(gè)周期分別采用了國(guó)內(nèi)外4個(gè)不同廠家的催化劑，在裝置運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)上流式反應(yīng)器催化劑的密度和初期活性、操作參數(shù)以及原料性質(zhì)均對(duì)上流式反應(yīng)器的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)有很大的影響.通過(guò)對(duì)上流式反應(yīng)器的操作參數(shù)及催化劑設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷優(yōu)化，裝置安全、滿負(fù)荷、平穩(wěn)運(yùn)行至今.【期刊名稱】《煉油技術(shù)與工程》【年(卷)，期】2019(049)006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P28-31)【關(guān)鍵詞】渣油;上流式;反應(yīng)器;加氫;催化劑【作者】于長(zhǎng)旺;張強(qiáng);張鵬【作者單位】中化泉州石化有限公司福建省泉州市362103;中化泉州石化有限公司福建省泉州市362103;中化泉州石化有限公司福建省泉州市362103【正文語(yǔ)種】中文隨著世界原油需求的持續(xù)走高，原油資源的重質(zhì)化越來(lái)越明顯［1］，同時(shí)世界重油大會(huì)資料表明［2］，全球的重油剩余儲(chǔ)量相當(dāng)巨大。據(jù)HartEnergy2011年預(yù)測(cè)，未來(lái)23年，全球重油、油砂產(chǎn)量將快速增長(zhǎng)，且以南美成熟勘探區(qū)為主。到2035年，全球重油和油砂產(chǎn)量將達(dá)到15541千桶/d［3］。渣油加氫技術(shù)是實(shí)現(xiàn)渣油清潔高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)［4］。國(guó)內(nèi)高效加工渣油的主要手段為固定床渣油加氫+催化裂化工藝技術(shù)路線。典型的固定床加氫工藝有Chevron公司的RDS和VRDS工藝、UOP公司的RDST藝、Exxon公司的Residfining工藝、Shell公司的HDS工藝和中國(guó)石化的S-RHT工藝等［5］。固定床渣油加氫反應(yīng)器因操作中機(jī)械雜質(zhì)、油泥、腐蝕產(chǎn)物（鐵的硫化物）和高活性有機(jī)金屬（鐵、鈣、鈉）等沉積在反應(yīng)器中［6］，導(dǎo)致反應(yīng)器壓力降上升，影響渣油加氫裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為有效延長(zhǎng)渣油加氫裝置運(yùn)行周期，美國(guó)CLG公司發(fā)明了上流式反應(yīng)器處理技術(shù)，即在固定床反應(yīng)器前增設(shè)1個(gè)上流式反應(yīng)器。中化泉州石化有限公司（中化泉州）由于處理巴士拉、科威特和沙中等劣質(zhì)原油，渣油加氫裝置采用了CLG公司的上流式反應(yīng)器（簡(jiǎn)稱UFR）+國(guó)定床反應(yīng)器的加工路線。該裝置于2014年6月一次開(kāi)工成功，至今裝置安全、滿負(fù)荷、平穩(wěn)運(yùn)行。1裝置簡(jiǎn)介中化泉州I3.3Mt/a渣油加氫裝置是中化泉州煉油項(xiàng)目中的核心工藝裝置之一，原設(shè)計(jì)為2.6Mt/a，工藝包于2007年由CLG公司設(shè)計(jì)完成。2011年8月，中化泉州根據(jù)全廠總平衡的需要，渣油加氫裝置加工負(fù)荷擴(kuò)能為3.3Mt/a,CLG公司對(duì)工藝包進(jìn)行修改，每列反應(yīng)系統(tǒng)各增設(shè)1臺(tái)反應(yīng)器（每個(gè)系列5臺(tái)反應(yīng)器，共10臺(tái)反應(yīng)器），裝置設(shè)計(jì)運(yùn)行周期為300d。該裝置采用UFR+固定床反應(yīng)器的工藝技術(shù)，其中UFR作為保護(hù)反應(yīng)器，在裝置實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)后部固定床反應(yīng)器起到了非常好的保護(hù)作用。自裝置首次開(kāi)工以來(lái)，已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了4個(gè)周期，固定床反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，而UFR則受操作參數(shù)、UFR催化劑類型以及原料性質(zhì)的影響。原料油和氫氣從反應(yīng)器底部進(jìn)入，與器內(nèi)催化劑接觸并發(fā)生加氫反應(yīng)，反應(yīng)后的油氣從頂部流出，作為后部固定床反應(yīng)器進(jìn)料。反應(yīng)油氣從底部進(jìn)入，床層催化劑產(chǎn)生一定的膨脹，理想操作狀態(tài)膨脹率為2%。整個(gè)床層溫度分布更加理想且可以有效防止金屬結(jié)垢堵塞催化劑床層，減緩固定床出現(xiàn)板結(jié)導(dǎo)致反應(yīng)器壓力降上升的現(xiàn)象。經(jīng)原料油過(guò)濾器過(guò)濾后，未除盡的機(jī)械雜質(zhì)會(huì)存留在UFR內(nèi)，從而避免堵塞后部固定床第一反應(yīng)器頂部，極大地保護(hù)了后部的固定床催化劑。UFR與固定床反應(yīng)器結(jié)合可以有效地提高裝置的處理能力，可長(zhǎng)期加工金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)為120pg/g的重質(zhì)油。與傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器比較，UFR主要優(yōu)勢(shì)如表1所示。表1UFR與傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器比較Table1ComparisonofUFRandconventionalfixedbedreactor項(xiàng)目UFR反應(yīng)器傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器催化劑床層狀態(tài)輕微膨脹不變催化劑接觸與濕潤(rùn)均勻浸泡在油中可能會(huì)出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象流體分布良好運(yùn)行末期變差良好流體分布所需的條件氣體流速較低液體和氣體流速較高壓力降很低適中，并且會(huì)增加堵塞幾率低使用級(jí)配催化劑而降至最小催化劑結(jié)塊可能性很小可能性較大2上流式反應(yīng)器的運(yùn)行情況中化泉州渣油加氫裝置擴(kuò)能改造后，UFR液相、氣相線速度都相應(yīng)增加。表2為UFR的操作條件與國(guó)內(nèi)其他煉油廠UFR進(jìn)行了比較，可見(jiàn)該裝置UFR的氣相和液相線速度要明顯高于其他裝置，操作難度較大。與國(guó)內(nèi)其他渣油加氫裝置的原料性質(zhì)相比，該裝置原料中含有較高的硫含量和金屬含量。裝置存在的這些不利條件對(duì)UFR的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)非常大的挑戰(zhàn)，對(duì)操作參數(shù)的優(yōu)化和UFR催化劑的設(shè)計(jì)有了更高的要求。該裝置兩個(gè)系列（I列和H列），在前4個(gè)周期分別采用了4個(gè)不同廠家（國(guó)產(chǎn)A、國(guó)產(chǎn)B、國(guó)外A、國(guó)外B）的催化劑，表3和表4分別列出了1列和H列催化劑使用情況。2.1UFR在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題傳統(tǒng)固定床反應(yīng)器在操作中油氣向下流動(dòng)，氣相為連續(xù)流，而液相為非連續(xù)流；而UFR在操作方面正好相反，油氣向上流動(dòng)，液相為連續(xù)流，氣相為非連續(xù)流(成鼓泡狀)，并且床層催化劑一直處于微膨脹狀態(tài)，這就對(duì)UFR操作提出了較固定床相比更苛刻的要求。中化泉州渣油加氫UFR實(shí)際操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了以下問(wèn)題。UFR入口混氫量的不確定性按照操作手冊(cè)要求，UFR入口混氫量為定值，操作中波動(dòng)范圍不允許超過(guò)±5%。UFR催化劑處于微膨脹狀態(tài)，理想膨脹率為2%，膨脹后的催化劑料面應(yīng)與上部約翰遜網(wǎng)有一定距離。但由于各催化劑供應(yīng)商提供的催化劑密度不同，按照統(tǒng)一的入口混氫量控制，將會(huì)造成密度較小的催化劑膨脹量大，極有可能造成催化劑料面接觸到上部約翰遜網(wǎng)，進(jìn)而堵塞約翰遜網(wǎng)，造成床層壓力降迅速升高甚至損壞內(nèi)構(gòu)件。隨著裝置的運(yùn)行，原料油中金屬經(jīng)加氫反應(yīng)不斷脫除并沉積在催化劑孔道內(nèi)，導(dǎo)致催化劑密度不斷升高(UFR催化劑可沉積占比60%的金屬)，催化劑膨脹率逐漸降低。此時(shí)若氫氣量過(guò)低，將導(dǎo)致催化劑因氫分壓低而快速結(jié)焦。催化劑初期活性的影響在上流式反應(yīng)器內(nèi)油氣是向上運(yùn)動(dòng)的。入口油氣溫度高，油氣密度小，膨脹率低。為保證合適的膨脹率及較好的物流分布，根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)器入口溫度要控制在340°C以上。表2國(guó)內(nèi)上流式反應(yīng)器的主要操作參數(shù)Table2MainoperatingparametersofdomesticUFR項(xiàng)目企業(yè)1企業(yè)2企業(yè)3企業(yè)4加工＞/(kt-h-1)62591729催化劑系列221(2UFR)2反應(yīng)器直S/m4.44.93.74.0入口壓力/MPa18.017.417.516.5氫油比(入口)290330500240體積空速/h-11.11.10.510.54液相線速度/(m3-h-1)33.825.913.119.1氣相線速度/(m3-h-1)102.592.670.552.4*氣相線速度為UFR入口流量降低至50dam3/h后的數(shù)據(jù)。表3I列各周期催化劑情況Table3RunningstatusofseriesIcatalystofeachperiod運(yùn)行周期第1周期第2周期第3周期第4周期催化劑工藝包二反換國(guó)產(chǎn)B國(guó)外B國(guó)外B國(guó)外B（換前3個(gè)反應(yīng)器催化劑）運(yùn)行天數(shù)/d265244435231300總加工量/ktl189.41167.12091.51105.61427.9平均負(fù)荷,％93.84100.00100.3099.70100.98金屬沉積量/t86.0581.55154.5598.0395.41催化劑裝填量/t534.7682.83489.40478.50301.30表4H列各周期催化劑情況Table4RunningstatusofseriesIIcatalystofeachperiod運(yùn)行周期第1周期第2周期第3周期第4周期催化劑工藝包國(guó)外A國(guó)產(chǎn)A國(guó)產(chǎn)A運(yùn)行天數(shù)/d325425285315總加工量/kt142.63203.02136.33150.42平均負(fù)荷,％91.4399.5099.6099.48金屬沉積量/t100.88125.8291.31108.24催化劑裝填量/t536.80512.83493.20498.67國(guó)內(nèi)外卜不同廠家提供的催化劑初期活性不同，在進(jìn)料流量和入口溫度相同的情況下，UFR出口溫度差別較大。對(duì)于初期活性高的催化劑則要求降低UFR入口溫度，來(lái)達(dá)到控制床層溫度進(jìn)而控制反應(yīng)速率的目的。由于裝置原料硫含量高，經(jīng)過(guò)加氫脫硫反應(yīng)后放出大量的熱造成出口溫度高。這就造成在其他裝置應(yīng)用合適的催化劑在該裝置表現(xiàn)為初期活性太高。在裝置開(kāi)工初期受催化劑初期活性高限制，無(wú)法將UFR入口溫度提至340^，導(dǎo)致油氣在催化劑上分布不理想，造成油氣波動(dòng)，表現(xiàn)為出口溫度大幅波動(dòng)。這一現(xiàn)象均出現(xiàn)在上述4個(gè)廠家的催化劑中，但使用國(guó)產(chǎn)催化劑后表現(xiàn)尤為明顯。國(guó)外A、國(guó)外B和國(guó)產(chǎn)A3家催化劑提供商，都根據(jù)應(yīng)用情況不斷改進(jìn)，其中國(guó)外B公司催化劑經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，在開(kāi)工初期基本未出現(xiàn)溫度波動(dòng)的情況。H列更換國(guó)產(chǎn)B催化劑后，開(kāi)工初期溫度沒(méi)有出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，2017年9月20日出現(xiàn)的一次較大波動(dòng)，溫度最高至450°C,但較2016年9月使用的國(guó)產(chǎn)A催化劑出現(xiàn)的高點(diǎn)溫度(504C)要低得多，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)B催化劑比國(guó)產(chǎn)A催化劑更穩(wěn)定。國(guó)產(chǎn)B供應(yīng)商正在對(duì)準(zhǔn)備更換的催化劑方案進(jìn)行改進(jìn)。2.2UFR存在問(wèn)題的解決辦法UFR入口混氫量的確定對(duì)于UFR催化劑，由于中化泉州渣油加氫裝置液相、氣相流速大，要求盡量提高催化劑密度，這就要求催化劑供應(yīng)商根據(jù)裝置的特點(diǎn)對(duì)催化劑進(jìn)行優(yōu)化。生產(chǎn)中，根據(jù)不同供應(yīng)商催化劑，從催化劑初期到末期，將入口混氫量呈階梯式提升，既要防止初期催化劑密度較小時(shí)混氫量過(guò)大，又要保證催化劑密度逐漸增大后有足夠的氫分壓減緩催化劑表面生焦速度，如國(guó)外B催化劑在初期混氫量保持58dam3/h,國(guó)產(chǎn)A催化劑保持50dam3/h。催化劑初期活性的確定由于原料油硫含量高且摻煉焦化蠟油，則要求UFR催化劑初期活性盡量低，但同時(shí)要求催化劑具有較高的穩(wěn)定性。⑶盡量采購(gòu)性能更穩(wěn)定的催化劑經(jīng)過(guò)兩列共8個(gè)周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，中化泉州已經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外悟個(gè)廠家的催化劑性能和價(jià)格有了較充分的了解，在以后的催化劑采購(gòu)中，特別是UFR催化劑，會(huì)使用性能更穩(wěn)定的催化劑，從而提高渣油加氫裝置的可靠性，使全廠效益最大化。3結(jié)束語(yǔ)上流式反應(yīng)器(UFR)在中化泉州渣油加氫裝置得到了非常好的應(yīng)用，有效地提高了裝置處理量，延長(zhǎng)了裝置運(yùn)行周期。由于裝置實(shí)際為擴(kuò)能改造，存在氣、液流速大等制約因素，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)造成影響，中化泉州通過(guò)不斷優(yōu)化操作并采用更合適的催化劑來(lái)保證裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】LARAAL,LEGERMW,AUERSJ.Crudeoilpriceforecasting:astatisticalapproach[C].NPRAAnnualMeeting，AM-07-45,SanAntonio,Texa