劉 榮

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海200540)

近年來，隨著世界石油儲量的減少和原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化的趨勢加劇，環(huán)保法規(guī)要求日益嚴格，輕質(zhì)石油產(chǎn)品需求量增加以及產(chǎn)品質(zhì)量不斷升級換代，如何清潔高效地利用石油資源已成為全球面臨的重要問題。渣油是原油中最重的組分，其平均相對分子質(zhì)量大、沸點高、黏度和極性大，集中了原油中大部分的含硫、含氮、含氧化合物和膠質(zhì)，以及全部的瀝青質(zhì)和重金屬，是油品加工的重點和難點。渣油加氫技術可顯著改善渣油的性質(zhì),是高效利用重質(zhì)石油資源的重要手段。

中國石油上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)3.9 Mt/a渣油加氫裝置是六期改造工程核心裝置之一，采用中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院(以下簡稱石科院)的渣油加氫處理RHT技術數(shù)據(jù)包，由中國石化工程建設有限公司(SEI)設計，采用A/B兩個反應器系列，每個系列有5個反應器，A/B兩個系列可以單獨開停工。裝置使用石科院開發(fā)的第三代RHT系列渣油加氫催化劑，于2012年12月投料生產(chǎn)[1]。裝置累計運行7年，處理渣油25.38 Mt，文章對該段運行情況進行總結(jié)分析，以期為同類裝置的運行分析及優(yōu)化提供參考。

1 上海石化3.9 Mt/a渣油加氫基本概況

1.1 裝置概況

上海石化煉油改造工程3.9 Mt/a渣油加氫裝置以來自3#常減壓裝置的部分減壓渣油、2#常減壓裝置3.5 Mt/a常減壓的全部減壓渣油、2#常減壓裝置2.5 Mt/a的全部常壓渣油、3#常減壓裝置的全部減壓洗滌油和部分減壓重蠟油、焦化裝置的全部焦化蠟油、催化裝置的催化柴油及催化重柴油為原料，在高溫、高壓和氫氣以及催化劑的作用下脫除原料中的硫、氮、殘?zhí)?、金屬等雜質(zhì)，生產(chǎn)重油催化裂化原料，同時副產(chǎn)柴油餾分和混合石腦油。裝置年開工時間為8 400 h，設計水力學彈性為：雙系列部分為原料總加工量的60～110%，單系列部分為原料進料量的50～110%。

1.2 主要工藝技術特點

采用SEI開發(fā)的固定床渣油加氫技術，催化劑采用石科院的第三代RHT系列渣油加氫催化劑；反應部分設置兩個獨立的反應系列，兩個系列可以實現(xiàn)單開單停；反應產(chǎn)物分離采用熱高分方案，并設置液力透平回收從熱高壓分離器到熱低壓分離器的能量；設置循環(huán)氫脫硫塔，并設置一套液力透平回收循環(huán)氫脫硫塔至富胺液閃蒸罐的能量；反應注水采用高-低壓注水方案，熱低分氣空冷器前連續(xù)注水，冷低分兼做高壓注水緩沖罐；分餾部分采用硫化氫汽提塔+常壓塔的雙塔流程方案。

1.3 裝置工藝流程簡介

裝置的組成包括反應部分、分餾部分、低壓脫硫部分、低分氣干燥系統(tǒng)、公用工程以及輔助系統(tǒng)等。反應部分分為原料油預熱和過濾系統(tǒng)、原料油升壓系統(tǒng)、反應進料換熱和加熱系統(tǒng)、反應器系統(tǒng)、反應產(chǎn)物分離系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)、循環(huán)氫壓縮機系統(tǒng)和補充氫壓縮機系統(tǒng)等。分餾部分主要有汽提塔系統(tǒng)和分餾塔系統(tǒng)。

2 裝置運行情況

2.1 長周期運行情況

渣油加氫裝置A系列于2012年11月26日切換渣油，B系列于2012年12月1日切換渣油，至2018年4月22日A系列停工換劑，裝置已成功運行四個周期，具體運行情況見表1。從前四周期運行情況來看，A/B系列平均每周期運行530.25 d，遠超一年的設計運行周期，其中A系列第一周期最長運行580 d，但運行后發(fā)現(xiàn)催化劑板結(jié)嚴重，給卸劑帶來困難，經(jīng)調(diào)整后裝置目前運行周期約550 d左右，并根據(jù)生產(chǎn)實際情況做出微調(diào)。

表1 渣油加氫前四周期長周期運行情況統(tǒng)計

2.2 催化劑情況

2002年石科院開發(fā)并首次工業(yè)應用了渣油加氫處理RHT技術及RHT系列渣油加氫催化劑，工業(yè)應用結(jié)果表明：RHT渣油加氫系列催化劑具有脫雜質(zhì)反應活性高、容金屬能力強、降低殘?zhí)恐倒πШ?、加氫反應選擇性好和使用壽命長等特點。2011年開發(fā)了第三代RHT系列渣油加氫催化劑，性能進一步提高[2]。裝置使用由石科院開發(fā)、中國石化催化劑有限公司長嶺分公司和淄博齊茂催化劑有限公司生產(chǎn)的第三代RHT系列渣油加氫催化劑。

第一周期實際裝填催化劑四大類，共13個牌號，合計1 431.705 t[3]。根據(jù)裝置第一周期運行情況，第二周期催化劑級配中新增了RDMA-31和RCS-31催化劑，以強化整體脫瀝青質(zhì)、脫金屬(釩)和降低殘?zhí)康墓δ堋５诙芷趯嶋H裝填催化劑四大類，共15個牌號，合計1 315. 75 t。根據(jù)裝置第二周期運行情況，第三周期催化劑級配中新增了RG-30、RDM-36和RMS-3催化劑，替代了RMS-30催化劑，以強化催化劑整體脫瀝青質(zhì)、脫金屬(釩)功能，同時獲得殘?zhí)恐颠m當?shù)募託渲赜?。第三周期實際裝填催化劑四大類，共17個牌號，合計1 298.59 t。根據(jù)第三周期催化劑運行情況，對第四周期催化劑級配方案進行了優(yōu)化，包括采用RDMA-31-1.3替代RDM-36-1.3，采用RDM-33C替代RDM-33B，采用RMS-3B替代RMS-3，采用RCS-31B替代RCS-30和RCS-31，目的是為了適應第四周期原料性質(zhì)劣質(zhì)化趨勢，提高催化劑整體脫殘?zhí)考盀r青質(zhì)轉(zhuǎn)化性能。第四周期實際裝填催化劑四大類，共16個牌號，合計1 296.38 t。

2.3 主要操作條件

裝置的主要操作條件見表2。

表2 3.9 Mt/a渣油加氫裝置主要操作條件

注：年開工時間按8 400 h計算。

2.4 原料及產(chǎn)品分布情況

裝置原料情況和產(chǎn)品分布情況見表3～4。

從裝置原料情況來看，四個周期運行下來，原料呈輕質(zhì)化、優(yōu)質(zhì)化方向發(fā)展，500 ℃餾出量逐步增多，硫、殘?zhí)考敖饘儋|(zhì)量分數(shù)逐漸減少；同時產(chǎn)品的加氫渣油收率逐步減少，柴油、石腦油及氣體等輕質(zhì)產(chǎn)品收率同步增加，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化。

表3 渣油加氫前四周期原料情況統(tǒng)計

表4 渣油加氫前四周期產(chǎn)品分布情況統(tǒng)計

注：因兩個系列不是同開同停，表中數(shù)據(jù)為每周期A系列運行第九個月時數(shù)據(jù)。

2.5 能耗情況

裝置能耗情況見表5。從裝置能耗情況來看，四個周期運行下來，裝置能耗呈下降趨勢。

表5 渣油加氫前四周期能耗情況統(tǒng)計 kg/t(以標油計)

2.6 摻煉催化柴油情況

催化柴油具有密度大，硫、氮、烯烴、芳烴、膠質(zhì)等含量高，十六烷值低，儲存安定性差等特點，是全廠柴油中最差的一種。為了應對催化柴油出路困難的情況，裝置從2013年6月起開始逐步嘗試摻煉催化柴油，最大摻煉量55 t/h，最小摻煉量5 t/h，目前的摻煉量在20 t/h左右。從摻煉的情況來看，自動反沖洗過濾器壓差、一反溫升及氫耗均無明顯變化，催化劑以及各設備的運行情況均正常，產(chǎn)品質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在柴油上，摻煉后柴油收率明顯增加，同時柴油十六烷指數(shù)從原來的44降低到41～42，柴油的硫含量也略有下降。總的來說，渣油加氫裝置摻煉催化柴油可以優(yōu)化渣油加氫的原料性質(zhì)，有利于渣油加氫反應進行。

2.7 試生產(chǎn)低硫重質(zhì)船用燃料油情況

國際海事組織(IMO)《國際防止船舶造成污染公約》規(guī)定，自2020年1月1日起，全球船舶必須使用硫質(zhì)量分數(shù)不高于0.5%的船用燃料[4]。目前，整個航運業(yè)的年燃料油消耗量約320 Mt，預計“IMO 2020新規(guī)”的實施將新增120萬桶/d的超低硫船用燃料油和船用柴油需求，而全球大部分煉廠煉制的是含硫量較高的非輕質(zhì)原油，低硫船用燃料油的供應能力與市場需求存在較大差距。上海石化3.9 Mt/a渣油加氫裝置積極推進低硫重質(zhì)船用燃料油布局，通過前期2018年9—12月框架試驗、技術改造，于2019年1月17—19日備料生產(chǎn)8 kt，1月25—26日備料生產(chǎn)4 kt，國內(nèi)首批12 kt 180#低硫重質(zhì)船用燃料油順利生產(chǎn)并成功出廠，由中國石化燃料油銷售有限公司全球船供油中心配送國際航線船舶進行試航，為裝置今后長期生產(chǎn)低硫船用燃料油打下良好基礎。按照計劃，裝置從2019年第4季度開始長期生產(chǎn)180#低硫重質(zhì)船用燃料油。

3 設備運行情況

3.1 循環(huán)氫壓縮機運行情況

裝置循環(huán)氫壓縮機K-1102/1802是由沈陽鼓風機集團股份有限公司生產(chǎn)的單缸、單段、8級、垂直剖分式、蒸汽輪機驅(qū)動的離心壓縮機，汽輪機是由杭州汽輪機股份有限公司生產(chǎn)的背壓式汽輪機，采用福斯高壓干氣密封系統(tǒng)。運行四周期來，主要存在問題有：隨著催化劑逐步運行至末期，汽輪機轉(zhuǎn)速逐步下降，汽輪機能力不足；干氣密封系統(tǒng)存在一定的缺陷。循環(huán)氫壓縮機設計轉(zhuǎn)速7 500～10 490 r/min，運行初期調(diào)速閥開度70%左右，轉(zhuǎn)速可達9 600 r/min。但運行過程中轉(zhuǎn)速緩慢下降，運行6個月后在調(diào)速閥全開的情況下，轉(zhuǎn)速僅能達到9 000 r/min，如3.5 MPa蒸汽壓力低或1.3 MPa蒸汽壓力高，則轉(zhuǎn)速更低，影響氫油比。循環(huán)氫壓縮機全進口福斯干氣密封，2016年在國內(nèi)首次實現(xiàn)了超高壓干氣密封國產(chǎn)化。運行中出現(xiàn)的主要故障有：2018年7月發(fā)現(xiàn)K-1802驅(qū)動端主密封氣手閥前卡套管線斷裂，大量氫氣外泄，裝置被迫停工進行處理，經(jīng)分析檢測確認斷裂系由疲勞裂紋萌生并擴展造成；2018年12月K-1802投用一個月后，驅(qū)動端干氣密封泄漏流量、泄漏壓力呈多次階躍式上升，逐步逼近聯(lián)鎖值，裝置被迫停工，后經(jīng)解體檢查確認泄漏原因是推環(huán)密封圈與靜環(huán)座之間的磨損。另外，根據(jù)《煉油企業(yè)壓縮機組干氣密封管理指導意見(暫行)》，高壓干氣密封系統(tǒng)管線應采用對焊連接，而K-1102/1802干氣密封系統(tǒng)部分管線采用卡套連接，并因此導致裝置非計劃停工，需盡快整改。

3.2 新氫壓縮機運行情況

裝置新氫壓縮機K-1101A/B/C由美國德萊賽蘭公司設計制造，運行過程中兩做一備，其中K-1101A有HydroCOM氣量無極調(diào)速系統(tǒng)以降低電耗。開車初期新氫壓縮機K-1101A三級出口緩沖罐D(zhuǎn)-1706A在巡檢時發(fā)現(xiàn)放空接管與罐體角焊縫區(qū)域出現(xiàn)裂縫，導致氫氣泄漏。在之后的運行及檢測中，K-1101A/B/C 3臺新氫壓縮機級間緩沖罐均發(fā)現(xiàn)開裂或者缺陷情況。在采取對各開裂部位以及缺陷處進行處理，拆除緩沖罐頂部放空底部排污閥門和增加盲法蘭等措施后，問題得到解決。2017年裝置對新氫壓縮機K-1101B進行了升級改造，新增HydroCOM氣量無極調(diào)速系統(tǒng)，檢測數(shù)據(jù)顯示，新增系統(tǒng)后每天的用電量從原先的165 MW降至85 MW，降幅約50%，節(jié)能效果顯著。

3.3 反應進料泵運行情況

裝置反應進料泵P-1102A/B、P-1802由德國蘇爾壽公司設計制造，運行過程中兩做一備(P-1102B為P-1102A和P-1802的備泵)。反應進料泵從開車后6年左右運行一直良好，但從2018年6月起P-1802開始出現(xiàn)泵出口壓力及流量降低，軸位移逐漸增大，運行至2019年1月，軸位移呈持續(xù)上升狀態(tài)。2019年1月下旬，P-1802整體拆除外送檢修，送至廠家進行泵芯拆卸、解體、清洗。通過拆檢分析，確認主要原因是彈性密封圈損壞，相應的配合面沖刷；減壓襯套、軸套磨損，口環(huán)磨損，間隙超標，內(nèi)漏嚴重。此次設備故障表明彈性密封圈的使用壽命有限，到期(如5～6年)后，須對該泵進行解體大修，更換相應的零部件，不能等到流量有下降了再進行檢修。裝置于2019年4月利用A系列換劑檢修的機會對P-1102A也進行了解體檢修。兩臺反應進料泵自檢修至今，運行情況良好。

3.4 自動反沖洗過濾器運行情況

裝置原料反沖洗過濾器SR-1101/1801由美國伊頓公司生產(chǎn)制造，每個系列10組過濾器并聯(lián)運行，每組過濾器設置了6個濾筒，呈梅花型排列，每次反沖洗一個濾筒，除去直徑大于25 μm的固體雜質(zhì)，反沖洗油為產(chǎn)品加氫渣油。由于自動反沖洗過濾器本身旋轉(zhuǎn)導流的結(jié)構(gòu)問題，以及反沖洗油的壓力遠高于原料油，當進行反沖洗時，會有大量加氫渣油通過過濾器漏到原料側(cè)(每系列內(nèi)漏量約20 t/h，兩系列共40 t/h)，造成原料油緩沖罐和分餾塔液位波動，同時大量內(nèi)漏的加氫渣油不僅占用了裝置負荷，還增加了裝置能耗。盡管裝置通過降低反沖洗油背壓、取消正向置換步驟、減少反沖洗時間等措施來減少內(nèi)漏量，但是效果并不明顯，內(nèi)漏問題始終沒有得到解決。尤其是在原料油性質(zhì)較差、反沖洗頻繁時，原料油自動反沖洗過濾器內(nèi)漏的問題已經(jīng)成為了限制裝置負荷的瓶頸，嚴重影響渣油加氫裝置的正常運行。裝置于2019年4月對SR-1101進行了改造，在每組過濾器原料側(cè)進出口增加程控閥，在過濾器反洗狀態(tài)下，新增的兩個程控閥自動關閉，對應該組過濾器被隔離為離線狀態(tài)，僅進行反沖洗，不進料進行過濾，這樣就可徹底避免反沖洗時因為過濾器旋轉(zhuǎn)導流機構(gòu)孔隙結(jié)構(gòu)和反沖洗壓力大而出現(xiàn)內(nèi)漏的情況發(fā)生。改造后自動反沖洗過濾器無內(nèi)漏，效果明顯。裝置將利用B系列停工檢修機會對SR-1801進行改造。

3.5 加熱爐運行情況

裝置共有3臺加熱爐，分別是反應進料加熱爐(F-1101)、反應進料加熱爐(F-1801)和分餾塔進料加熱爐(F-1201)。反應進料加熱爐(F-1101/1801)采用雙室雙面輻射水平管純輻射箱式爐爐型，加熱介質(zhì)為渣油+氫氣+氣體+微量硫化氫，設計熱負荷為13.8 MW，正常熱負荷為8.35 MW。工藝介質(zhì)分2管程進入輻射室加熱至所需溫度。分餾塔進料加熱爐(F-1201)采用單排管單面輻射、對流-輻射型圓筒爐爐型。加熱介質(zhì)為石腦油+柴油+渣油+微量水，設計熱負荷26.4 MW，正常熱負荷為21.7 MW。工藝介質(zhì)先經(jīng)對流室預熱，再進入輻射室加熱至所需溫度。反應進料加熱爐煙氣通過水平煙道進入對流室底部，對流室加熱兩種類型過熱蒸汽。3臺加熱爐共用一套余熱回收系統(tǒng)。2015年4月16日頒布的《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》(GB 31570—2015)對“大氣污染物特別排放限值”工藝加熱爐污染物排放濃度做出限制，要求工藝加熱爐排放污染物中二氧化硫限值為50 mg/m3，NOx限值為100 mg/m3，顆粒物限值為20 mg/m3。裝置使用的燃料氣均是脫硫干氣，所以目前排放物的二氧化硫質(zhì)量濃度已經(jīng)滿足國家標準要求，燃燒后產(chǎn)生的顆粒物濃度遠遠小于國家標準要求，顆粒物限值可以保證小于20 mg/m3。裝置對加熱爐火嘴燃燒壓力和火嘴二次配風進行了優(yōu)化，并將加熱爐氧體積分數(shù)控制在1%～2%(氧體積分數(shù)控制過低存在一定隱患)，在C2裝置正常運行情況下NOx質(zhì)量濃度基本維持在80 mg/m3，一旦C2裝置停車(此時燃料為催化凈化干氣)，由于燃料氣組分發(fā)生變化，NOx質(zhì)量濃度會上升至100 mg/m3左右。2017年8月8日，渣油加氫裝置低分氣并入燃料氣管網(wǎng)后，NOx質(zhì)量濃度隨之上升到120 mg/m3左右，高于國家標準要求。裝置于2018年10月對F-1801進行了改造，更換低氮火嘴48臺。2019年4月對F-1101進行了改造，更換低氮火嘴48臺。目前NOx排放濃度維持在60 mg/m3左右，并將利用大修機會對F-1201進行改造，進一步降低NOx排放濃度。此外，裝置空氣預熱器為熱管式換熱器，換熱效率低且易失效，夏季生產(chǎn)時排煙溫度高達140 ℃，裝置加熱爐熱效率偏低，可在接下來的節(jié)能改造中對預熱器進行升級。

3.6 其他情況

在2018年10月B系列第四周期停工檢修過程中，發(fā)現(xiàn)高壓部分TP347厚壁管道焊縫出現(xiàn)裂紋，由于時間關系，未對全部焊口進行磨平檢測處理，共發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋9道，對這9道焊口打磨消除裂紋后進行了補焊、熱處理，運行至今情況良好。2019年4月A系列停工后，對A系列TP347厚壁管道焊縫進行了全面檢查，共發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋50道，對于較長裂紋進行車削處理，對于小裂紋進行打磨處理，消除裂紋后進行了補焊，除加熱爐F-1101進口三通前焊縫由于打磨較深焊接后進行了熱處理外，其余焊口經(jīng)論證后取消了焊后熱處理并投入運行，實踐證明并沒有影響到管道的安全使用。目前A系列TP347厚壁管道焊縫已全面檢測修復，但B系列尚未全面修復，需在平時運行中加強監(jiān)控，并在下次停工檢修時進行處理。TP347厚壁管道焊縫出現(xiàn)大面積裂紋，可能為裝置建設初期遺留，接下來要對TP347厚壁管道焊縫進行持續(xù)監(jiān)測。

4 結(jié)語

上海石化3.9 Mt/年渣油加氫裝置運行四個周期以來，平均每周期運行530.25 d，運行效果良好，為下游催化裂化裝置提供了良好的原料。通過不斷優(yōu)化裝置原料和催化劑級配方案，裝置產(chǎn)品分布不斷得到優(yōu)化，能耗也逐步降低。摻煉催化柴油可以優(yōu)化渣油加氫的原料性質(zhì)，有利于渣油加氫反應的進行。

渣油加氫裝置主要設備眾多，關鍵機組循環(huán)氫壓縮機主要問題為干氣密封系統(tǒng)故障，2016年首次實現(xiàn)了超高壓干氣密封國產(chǎn)化。新氫壓縮機開車初期異常較多，運行后逐漸優(yōu)化，K-1101B節(jié)能改造效果明顯。反應進料泵運行到一定周期后需要解體大修，更換密封件以減少內(nèi)回流。自動反沖洗過濾器通過增加程控閥，內(nèi)漏問題得到了很好的解決。加熱爐低氮火嘴改造效果明顯，但加熱爐熱效率偏低，需進一步改造。裝置的TP347厚壁管道焊縫問題需要進行持續(xù)處理和檢測。

在目前的渣油加氫技術中，固定床渣油加氫工藝技術最成熟，發(fā)展最快，裝置最多，加工能力約占渣油加氫的85.5%；沸騰床加氫技術和移動床技術正日益成熟，不斷得到應用，其中恒力石化股份有限公司3 200 kt/a沸騰床渣油加氫已于2019年3月一次開車成功，中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司2 600 kt/a沸騰床渣油加氫裝置已于2019年9月中交，預計年底投產(chǎn)；漿態(tài)床加氫技術取得突破性進展，處于逐步推廣應用階段，中國石油化工股份有限公司茂名分公司2 600 kt/a漿態(tài)床渣油加氫目前處于開工建設中，是全球規(guī)模最大、國內(nèi)第一套重質(zhì)原油深加工裝置，對煉油化工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義，裝置預計于2020年6月投料生產(chǎn)。

目前較多渣油加氫裝置開始配合生產(chǎn)船用燃料油，部分加氫渣油直接作為船用燃料油調(diào)和組分外送，一方面優(yōu)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，另一方面會降低下游催化裝置負荷，影響企業(yè)整體效益，新建渣油加氫裝置專供船用燃料油成為一個選擇方向。從目前渣油加工來看，如原油呈輕質(zhì)化發(fā)展，可以通過優(yōu)化原料、催化劑級配方案等措施延長固定床渣油加氫生產(chǎn)周期，有利于降低能耗及投資，運行較為平穩(wěn)，而沸騰床及漿態(tài)床可以加工高硫高殘?zhí)扛呓饘俚脑希⒋蟠筇岣吡嗽偷霓D(zhuǎn)化率，對于整個企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要意義，代表了今后渣油加工的發(fā)展方向。