张喆
中国石化天津分公司炼油部联合九车间 天津市 300270
摘要：随着节能环保、可持续发展理念的深入人心，在炼油厂生产中也对原油生产提出了环保方面的要求，对清洁油品的质量要求更高。采用固定床渣油加氢裂化装置生产工艺，可实现重油最大轻质化，液体的收率也较高，具有质量好、环境友好的优势，因此在炼油厂中得到了广泛的应用。中固定床渣油加氢装置的目的是为下游催化裂化装置提供优质的原料，原料的杂质含量将影响到加氢裂化装置的应用效果以及裂化的结果。在渣油中存在许多胶质、沥青质等较高的杂原子含量，采用的催化剂失效速度很快，在线运转时间较短，基本都是一次性使用的，无法实现对催化剂的循环利用。为此，提高渣油加氢装置的使用周期是关键。鉴于原料性质会对加氢装置产生一定影响，应根据装置实际运行情况特点，去除原料中的杂质，确保加氢裂化正常反应，从而保障炼油厂安全稳定的运行，有利于提升炼油厂的整体经济效益。
关键词：原料性质；渣油加氢装置；影响和控制
1 原料性质对渣油加氢装置产生的影响
由于渣油中存在的分子较大，反应物的结构也比较复杂，常见的渣油加氢装置使用的催化剂有加氢脱金属催化剂和保护剂，为提高渣油杂质脱除的效率，对渣油加氢裂化工艺要求很严，必须严格按照技术标准进行操作，控制反应温度以实现分压，控制运行速度实现较好的馏分油加氢效果。在加氢反应时，原料性质、催化剂、操作条件等都会对加氢装置的运行产生一定影响，其中又以原料性质对装置的影响最大。在具体实验中，使用相同的渣油加氢催化剂对几种不同的渣油原料进行加工处理，分析发现在硫含量较高和氮含量较低的情况下，或者钒含量较高而镍含量较低的渣油原料，加氢反应的效果较好，且对渣油杂质的脱除效果较好。从中可以发现，硫、氮、钒、镍这些元素含量会对渣油加氢裂化装置的运行效果、加氢反应的结果产生影响，所以在选择原料时应尽量选择硫高氮低和钒高镍低的原油。
1.1 硫含量
装置设计原料油中硫质量分数不超过5%，通过反应温度的调整可控制产品硫的含量，但是也会加快结焦速度，使催化剂快速失效。硫含量不影响硫化氢的生成但是会影响循环氢脱硫塔。将原料油硫质量分数设计为2%，实际生产中的的硫含量较低，导致反应流出物换热器换热不足，但加热炉设计负荷则按照硫的质量分数设计，无法采用提升加热炉负荷的方式来满足反应温度要求。所以只能采用提高反应器出口的温度来满足生产要求，当反应器出口温度升高以后会对后期操作产生影响，尽量将硫的含量控制在设计值才能实现装置物料与能量的平衡。
1.2 残碳含量
装置设计残碳的含量应小于15.5%，若残碳含量质量分数高于设计指标，则需要通过控制反应操作温度来确保合适的进料残碳值，在进料时也要同反应温度操作的调整来满足生产对残碳含量的要求。
1.3 金属含量
金属元素，镍、钒和铁的含量会随着设备的运转而沉积下来，金属的沉积会使得催化剂活性部位中毒，导致催化剂孔隙口被封堵或结焦，使得催化剂的活性丧失。在装置设计中，钒和镍的质量分数不能大于105ug/g，且质量比应相对较高才能达到标准沉积要求，避免金属积聚和沉积速度太快而加快催化剂失活。铁的质量分数则不能超过10ug/g，否则会导致渣油固定床反应器的压力快速下降，缩短装置的运行周期。
1.4 沥青质含量
装置设计中，原料油中的沥青质含量也会对原料转化率、催化剂结焦速度、沉积等产生很大的影响，沥青质含量过大就会使催化剂失活速度加快，且容易变成沉积物引起管道毒素、降低换热器传热效果，缩短装置运转周期。为此，应控制沥青质质量分数小于4.1%，减少管道沉积堵塞的问题，延长设备反应时间，确保产品生产的安全。
2 实际工业应用效果分析
2.1 装置运行情况分析
在确保原油产品指标符合生产标准的基础上，为提高装置运行时间，提高加氢裂化反应效果，进一步具体分析了原料性质对装置运转的影响，在第二周期运行中，采用了第三代系统渣油加氢催化剂，能有效提高融金属的能力。为充分发挥催化剂的作用，科学设计催化剂级配方案并对其装填进行控制，确保催化剂均匀装填在装置中。此外，控制原料中的钙含量和铁含量，合理把关原料中的钒镍元素的比例以及硫氮的比例，采用质量比较高的原料，促使催化剂能在较为稳定的环境下运行，确保设备运转周期提升。
以某炼油厂渣油加氢反应为例，在前第一、第二周期设备运转中并未更换原料油，生产速度较慢、生产效率不高。在第二周期后期，对渣油加氢装置反应进料的负荷变化进行了观察研究，并以此为基础进行了周期当量运转时间的统计。在停工整修的这段期间，设备中还存在一部分催化剂。对原料油的化学成分、性质等进行了研究，并对含有不同元素含量的原料油在装置中加氢反应的现象，对装置运行时间的影响进行了总结，发现该装置运行周期受到原料各元素含量的影响比较明显，原料的性质不仅对设备运转周期产生了影响，而且也对渣油系统中的催化剂使用效率产生一定影响，最终会对整个生产过程产生影响。
2.2 原料性质控制对装置运行产生的影响
通过上述分析发现，渣油原料典型值和反应性能之间有着密切联系，在炼油厂生产运行中，原料的性质、操作工艺条件对催化剂的使用效果影响显著，这时可采用归一处理方式，即统一化所有设备运转数据，在某个标准条件下比较催化剂的活性。将脱硫归一化温度设置为t0，在归一化处理中，使催化剂和原料硫含量指标中需要的温度相符合，表示出催化剂加氢脱硫的活性。若归一化温度较低说明该催化剂的活性较高，原料在加氢装置中的反应效果较好，渣油杂质硫脱除的效果较好。反过来也说明，装置内还可以通过升温进行催化反应，加氢装置的运转时间得到延长，工作效率和产量提升，反应效果较好。
2.3 装置产品分析结果
对于常压条件下渣油内的硫质量，其分数不高，绝大部分低于0.5%。根据渣油加氢装置内原料油和加氢常压渣油实际残碳变化情况分析可知，原料中残碳的波动性较大，而常压下的渣油内残碳含量随着原料中残碳的变化而发生变化，说明渣油杂质脱除反应效果会受到原料油性质的影响。
3 结语
综上所述，在确定渣油装置运转周期后就需要制定科学合理的催化剂级配方案和装填方案，通过试验研究发现，原料油的性质会对催化剂的活性、对装置的运转时间产生很大的影响。在渣油加氢反应的过程中，控制原料的性质，选择合适的催化剂，设置合理的操作反应条件，可有效提高装置反应的时间。而其中，控制原料油的性质最为关键。
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