加氫裂化裝置的技術(shù)發(fā)展

加氫裂化裝置的技術(shù)發(fā)展

近年來(lái)，隨著產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)步的加快和油化一體化技術(shù)的快速發(fā)展，氫裂化不僅隨著設(shè)備規(guī)模、生產(chǎn)能力、工藝和催化劑技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。至2006年底,我國(guó)已經(jīng)建成的加氫裂化裝置有25套,加工能力為29.46Mt/a,占到一次加工能力的8%以上。另外我國(guó)還建成投產(chǎn)了4套渣油加氫處理裝置,加工能力為8.60Mt/a。1次加氫裝置到2007年6月底,中國(guó)石油化工股份有限公司(中國(guó)石化)有加氫裂化裝置18套,加工能力約占原油一次加工能力的12.4%,遠(yuǎn)高于世界平均水平(5.5%)。另有3套渣油加氫處理裝置,這些裝置的加工能力約占原油一次加工能力的3.5%。2006年,中國(guó)石化加氫裂化裝置加工原料油約12.92Mt/a,平均負(fù)荷率73.7%;2007年上半年,加工原料油11.39Mt/a,平均負(fù)荷率68.3%。2運(yùn)營(yíng)中的問(wèn)題2.1加氫裂化裝置開(kāi)工周期較短,負(fù)荷率較高截止2007年6月底,開(kāi)工周期最長(zhǎng)的裝置是中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(上海石化)的Ⅰ套加氫裂化裝置,達(dá)到1339d,但不少加氫裂化裝置開(kāi)工周期較短。另外,中國(guó)石化加氫裂化裝置整體負(fù)荷率不高,今年上半年平均負(fù)荷率為68%,去年僅為74%。負(fù)荷率不高的主要原因是原油重質(zhì)化后,蠟油組分減少。燃料型煉油廠加氫裂化運(yùn)行成本高,對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及全廠效益貢獻(xiàn)較小,這也是燃料型煉油廠加氫裂化負(fù)荷率較低的主要原因之一。2.2加工損失率及能耗2007年上半年能耗高于平均水平的有12套裝置,加工損失高于平均水平的有10套裝置。部分裝置由于建設(shè)時(shí)間較早、工藝落后,能耗較高,如茂名分公司、金陵分公司Ⅰ套、上海石化Ⅰ套等加氫裂化裝置。加氫裂化裝置加工損失率最高達(dá)到0.8%;綜合能耗最高達(dá)到2231.15MJ/t,而最低的僅為1205.80MJ/t。能耗構(gòu)成差異也較大,例如:電單耗最高的到95.83kW·h/t,最低的僅為17.02kW·h/t;蒸汽單耗最高達(dá)到0.24t/t,最低的僅為-0.06t/t(負(fù)值表示產(chǎn)出);燃料氣單耗最高的達(dá)到24.14t/t,最低的僅為8.74t/t。2.3空冷器注水量加氫裂化裝置原料氮、硫含量的上升,使得精制反應(yīng)器入口溫度上升,加熱爐負(fù)荷處于極限,同時(shí)氫氣耗量也增加較大,脫硫系統(tǒng)負(fù)荷也隨之加大。部分企業(yè)不控制進(jìn)料氮含量,進(jìn)料氮含量變化劇烈,可能導(dǎo)致空冷器操作參數(shù)大幅度變化(如入口溫度、管內(nèi)流速等)。進(jìn)料量增加或進(jìn)料氮含量提高,氮的轉(zhuǎn)化總量增加,如果不增加注水量,勢(shì)必提高污水中NH4HS的濃度。部分企業(yè)在加氫裂化裝置改造時(shí),空冷器及注水設(shè)備未做任何改動(dòng),空冷器注水量長(zhǎng)期不足,導(dǎo)致污水中NH4HS濃度提高,引起腐蝕。根據(jù)2006年的調(diào)查,近年來(lái)有8套裝置的高壓空冷器發(fā)生過(guò)泄漏。2.4高壓下脫硫系統(tǒng)從部分新建裝置實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看,循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)負(fù)荷偏大,脫硫劑循環(huán)量設(shè)計(jì)值過(guò)高,在實(shí)際運(yùn)行中,脫硫劑流量較設(shè)計(jì)值偏離較大,使得胺液泵的液力渦輪機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn),造成投資的浪費(fèi)。建議設(shè)計(jì)單位對(duì)高壓下氣體脫硫過(guò)程進(jìn)行理論計(jì)算,并對(duì)實(shí)際運(yùn)行情況詳細(xì)分析研究,確定出循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)適宜的負(fù)荷。部分裝置還存在對(duì)低壓分離器氣體等氫含量較高的氣體如何利用考慮不周等問(wèn)題。目前設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)任務(wù)比較飽滿,新建裝置投產(chǎn)運(yùn)行后,很少開(kāi)展設(shè)計(jì)回訪工作,使得很多在實(shí)際生產(chǎn)中暴露出來(lái)的問(wèn)題沒(méi)有在后續(xù)裝置的設(shè)計(jì)中得到整改。3加氫裂化催化劑加氫裂化技術(shù)具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)方案靈活、目的產(chǎn)品選擇性高、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境友好等特點(diǎn),在今后很長(zhǎng)一段時(shí)期仍將保持快速發(fā)展。加氫裂化技術(shù)的主要發(fā)展方向是:(1)采用現(xiàn)代分析技術(shù),深入開(kāi)展基礎(chǔ)研究,進(jìn)一步掌握加氫裂化過(guò)程反應(yīng)機(jī)理,從分子水平上認(rèn)識(shí)催化劑組成、結(jié)構(gòu)等對(duì)催化劑實(shí)際使用性能的影響;(2)繼續(xù)提高加氫裂化預(yù)處理催化劑的加氫脫氮/脫芳烴、加氫飽和的活性和穩(wěn)定性;(3)繼續(xù)提高加氫裂化催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性;(4)進(jìn)一步提高加氫裂化裝置對(duì)加工重質(zhì)高氮等劣質(zhì)原料油的適應(yīng)性,擴(kuò)大加氫裂化原料來(lái)源;(5)提高加氫裂化產(chǎn)品質(zhì)量,滿足汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油等石油產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)升級(jí)和尾油作為蒸汽裂解制乙烯原料的質(zhì)量要求;(6)改善加氫裂化裝置氫氣和各種能量利用效率,降低裝置氫耗和能耗,以降低裝置運(yùn)行費(fèi)用;(7)針對(duì)特定用戶,開(kāi)發(fā)“量體裁衣”的加氫裂化組合工藝技術(shù),降低裝置整體建設(shè)投資和操作費(fèi)用;(8)改進(jìn)加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件和催化劑裝填技術(shù),提高反應(yīng)器空間利用率和催化劑實(shí)際利用效率;(9)提高加氫裂化裝置核心設(shè)備質(zhì)量和運(yùn)行及控制技術(shù)水平,保證裝置實(shí)現(xiàn)高在線率、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、達(dá)標(biāo)和平穩(wěn)運(yùn)行;(10)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用加氫裂化催化劑器外預(yù)硫化和器外再生、裝置快速開(kāi)停工、各種阻垢劑和緩蝕劑等技術(shù),提高裝置的實(shí)際在線運(yùn)行時(shí)間和設(shè)備完好率;(11)提高催化劑生產(chǎn)裝置規(guī)模和自動(dòng)化水平,努力降低物耗、能耗,實(shí)現(xiàn)催化劑生產(chǎn)過(guò)程清潔化。下面對(duì)如何推進(jìn)我國(guó)加氫裂化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展提幾點(diǎn)建議。3.1加氫裂化裝置模擬計(jì)算加氫裂化工藝是一種催化加工工藝,其技術(shù)核心是催化劑。國(guó)外石油公司在加氫裂化催化劑管理上的一些做法值得借鑒。如日本某煉油廠技術(shù)人員每月都要用模擬軟件對(duì)加氫裂化裝置進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算出催化劑壽命、催化劑活性損失、氫氣消耗,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整操作參數(shù),以便節(jié)約能耗(調(diào)整氫油比)并延長(zhǎng)催化劑使用壽命。國(guó)內(nèi)研究單位開(kāi)發(fā)了很多加氫工藝及催化劑,也可以開(kāi)發(fā)出煉油廠專用配套操作模擬軟件,隨催化劑與工藝包一起轉(zhuǎn)讓給煉油企業(yè),使煉油企業(yè)在加氫裂化裝置日常生產(chǎn)管理時(shí),可以及時(shí)調(diào)整操作,優(yōu)化催化劑使用條件,既節(jié)約能源又延長(zhǎng)催化劑使用周期。3.2反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件加氫裂化反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的性能,對(duì)控制加氫裂化反應(yīng)深度、保證目的產(chǎn)品收率、提高催化劑的利用率、延長(zhǎng)裝置的開(kāi)工周期及保障裝置安全運(yùn)行至關(guān)重要。加氫裂化裝置表現(xiàn)出的性能,不僅取決于催化劑系統(tǒng),而且取決于反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件。反應(yīng)器中均勻的氣液流動(dòng)分布是發(fā)揮催化劑良好使用效果的基礎(chǔ)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多工程公司在新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件方面做了大量卓有成效的研究開(kāi)發(fā)工作,推出了一批新型反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件。我國(guó)加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與國(guó)外先進(jìn)水平尚有一定差距,因此要進(jìn)一步開(kāi)展加氫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件的研究開(kāi)發(fā)工作,必要時(shí)可以引進(jìn)部分先進(jìn)技術(shù),以提高我國(guó)加氫裂化工程設(shè)計(jì)的整體水平。3.3裝置巡檢責(zé)任制的落實(shí)加氫裂化裝置高溫、高壓、臨氫、易燃、易爆、腐蝕、有毒的特點(diǎn),決定了現(xiàn)場(chǎng)管理工作的難度很大,因此應(yīng)該狠抓責(zé)任制的落實(shí)。要搞好裝置的高負(fù)荷持續(xù)生產(chǎn),必須克服巡檢的隨意性,保證裝置巡檢的到位率和巡檢質(zhì)量。應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)管理作為安全管理的重點(diǎn),建立健全日、周、月檢查制度。每周對(duì)重要儀表、調(diào)節(jié)閥閥位進(jìn)行確認(rèn),每周定期對(duì)裝置進(jìn)行全面細(xì)致的檢查,發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)消除或采取有效的防范措施。3.4動(dòng)設(shè)備日常管理加氫裂化裝置要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行,設(shè)備管理是基礎(chǔ)。設(shè)備管理人員要以現(xiàn)場(chǎng)為主,結(jié)合歷史分析,充分考慮可能出現(xiàn)的各種因素,開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)隱患查找工作,并對(duì)設(shè)備狀態(tài)作出客觀的評(píng)價(jià),同時(shí)可引入新的管理理念,采用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)和以可靠性為中心的維修(RCM)等先進(jìn)手段對(duì)裝置進(jìn)行診斷、管理。在設(shè)備操作上,操作人員嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行,不超溫、超壓、超量、超速。加強(qiáng)動(dòng)設(shè)備的日常管理,將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與日常檢查有機(jī)地結(jié)合起來(lái),及時(shí)掌握轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備狀況。在檢修質(zhì)量上,嚴(yán)格把關(guān),杜絕因檢修質(zhì)量而導(dǎo)致的非計(jì)劃停工事故。3.5降低反應(yīng)器中硫含量根據(jù)加氫裂化裝置增設(shè)循環(huán)氫脫硫設(shè)施前后空冷器的腐蝕情況來(lái)看,設(shè)置循環(huán)氫脫硫設(shè)施可以大大降低氫氣中的硫含量,從而減輕反應(yīng)器流出物對(duì)空冷器的腐蝕。沒(méi)有循環(huán)氫脫硫設(shè)施的加氫裂化裝置要結(jié)合原料硫含量的情況在近期內(nèi)分批建設(shè)循環(huán)氫脫硫設(shè)施,這樣一方面可以提高加工高硫油的適應(yīng)性,另一方面可以減少?gòu)U氫排放。3.6控制裝置注水水質(zhì)操作中應(yīng)定期分析原料和氫氣的氯含量;定期分析高壓分離器排水(高分水)中的硫化氫、氨、氯離子和鐵離子的含量以及其pH值;控制裝置補(bǔ)充氫氣中的Cl-含量。監(jiān)控進(jìn)料中硫和氮的含量及其在反應(yīng)過(guò)程的轉(zhuǎn)化率、高壓分離器排出氣體中H2S的含量、空冷器的進(jìn)出口溫度、注水率、注水性質(zhì)、高分水pH值、高分水NH4HS濃度、高分水的其它雜質(zhì)(O,Cl,Fe,CN-等)含量。要保證每臺(tái)空冷器的注水量相同,并控制注水中的Cl-含量、氧含量和氮含量。注水點(diǎn)盡量靠近空冷器。注水質(zhì)量要滿足要求。3.7與其他裝置的供熱合作加氫裂化裝置的能耗構(gòu)成中,電耗和燃料消耗所占比例最高,分別高達(dá)30%～40%和30%～60%,蒸汽的消耗不同裝置差異較大,所占比例從5%到20%不等。加氫裂化裝置的節(jié)能工作應(yīng)著重從以下幾方面著手。(1)維持適宜的氫油比。在反應(yīng)器的能量平衡中,循環(huán)氫帶入的熱量占反應(yīng)器總熱量的70%左右,比例非常大。因此控制合適的氫油比對(duì)反應(yīng)器的用能影響較大。應(yīng)根據(jù)裝置負(fù)荷調(diào)整維持適宜的氫油比,避免氫油比過(guò)高,增加能耗。氫油比的降低可以使系統(tǒng)壓力降降低,從而使循環(huán)氫壓縮機(jī)能耗降低,同時(shí)降低加熱爐的熱負(fù)荷和燃料消耗以及空冷器的電耗。此外,新氫的純度影響到裝置的能耗,對(duì)于高壓加氫裂化裝置,新氫純度每下降1.0%,反應(yīng)部分能耗約增加7%。(2)與其他裝置實(shí)現(xiàn)熱聯(lián)合。如加氫裂化裝置可與常減壓蒸餾裝置、延遲焦化裝置實(shí)現(xiàn)熱聯(lián)合,蠟油出裝置前不用冷卻,直接作為熱進(jìn)料進(jìn)加氫裂化裝置。這樣既可以降低常減壓蒸餾裝置空冷器電動(dòng)機(jī)的電耗,又可以減少加氫裂化裝置加熱爐的熱負(fù)荷,降低燃料消耗。(3)回收利用低溫?zé)?。加氫裂化裝置生產(chǎn)過(guò)程中有很大一部分高品位能量變成了低品位(低溫)能量,并以各種形式排至環(huán)境而損失掉。其利用程度對(duì)裝置的能耗有較大影響。將加氫裂化裝置100℃以上物流的熱量加以回收利用,則裝置能耗可降低10%～20%。對(duì)加氫裂化裝置來(lái)講,還存在高壓低溫余熱的回收和利用問(wèn)題。高壓低溫余熱主要位于高壓空冷器,空冷器入口溫度一般為100～150℃,由于加氫裂化裝置反應(yīng)產(chǎn)物中輕組分多、循環(huán)氣流量大,且該處熱量集中,如回收其效益將非?？捎^,目前主要通過(guò)設(shè)置多臺(tái)高壓空冷器來(lái)取走該熱量,將該熱量向環(huán)境釋放。如某0.8Mt/a加氫裂化裝置采用全循環(huán)、冷高壓分離器流程,80℃以上反應(yīng)流出物余熱量達(dá)15.8MW;某新建4