柴油加氢装置长周期运转的影响因素分析

柴油加氢装置长周期运转的影响因素分析

马宝利;徐铁钢;张文成;刘茉

【摘要】在文中分析了反应器内构件、床层压降、铵盐结晶、设备与管线腐蚀及造成催化剂快速失活等因素对生产国V柴油加氢装置长周期运转的影响.提出了加强工艺管理规范化、设备维护与腐蚀防护常态化,原料管理科学化的保障措施,建议加快开发高性能加氢催化剂与反应器内构件等新技术.

【期刊名称】《炼油与化工》

【年(卷),期】2017(028)005

【总页数】3页(P17-19)

【关键词】国V柴油;加氢装置;长周期运转

【作者】马宝利;徐铁钢;张文成;刘茉

【作者单位】中国石油大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油大庆化工研究中心,黑龙江大庆163714;中国石油大庆石化公司检测公司,黑龙江大庆163714

【正文语种】中文

【中图分类】TE624

2017年初车用柴油均实行国Ⅴ标准，国家发改委宣布，我国将抓紧启动第6阶段汽、柴油国家标准（国VI）制订工作，并于2019年实施。不断提高的柴油质量标准对柴油中硫含量、多环芳烃含量、十六烷值等指标提出了更加严格的要求，预计国VI标准车用柴油的多环芳烃将限制为小于7%。

国内炼油厂应对日益严格的车用柴油质量标准，主要的升级途径是柴油深度加氢处理，具体措施包括新建加氢装置或对已有加氢装置进行改造。但是无论何种方式来实现国V柴油的生产，其典型工艺条件均与国III及国IV标准柴油的生产有较大

区别，主要是体现在空速低、反应温度高及加氢产品质量要求波动小等。目前，我国消费柴汽比持续走低，有报道预测2020年柴汽比将降至1.1左右［1］。但高

质量清洁柴油需求量在逐年增多，国V柴油加氢装置是企业的重要效益增长点，

保证国V柴油加氢装置长周期运转对企业挖潜增效至关重要。通过分析加氢装置

及国V柴油工艺特点可知，影响国V柴油加氢生产装置长周期运转的因素主要有

装置因素、工艺管理因素及催化剂因素等。

生产国V柴油加氢装置是在高负荷、高温高压、临氢及有腐蚀性介质状况下运行的，其运转状态不但关系到设备安全、催化剂安全，还关系到操作人员及环境安全。同时装置的异常工况及紧急停工等将严重影响装置的长周期稳定运转。

反应系统主要包括加氢反应器，影响装置长周期运转的主要因素是反应器内构件和反应系统压降。

（1）反应器内构件

反应器内构件主要包括：入口扩散器、顶部分配盘、冷氢系统、再分配盘、出口收集器等。其中分配盘上的气液分配器与冷氢系统是反应器的关键内构件，主要影响气液分配，其性能的优劣直接影响到反应器空间利用率的高低，影响到催化剂的使用效率及寿命。美国Shell公司开发的新型反应器内构件可以将反应器空间利用率由67%提高到86%［2］，因此高效的加氢反应器内构件可以提高催化剂的有效

装填空间及利用率，为生产国V柴油加氢装置置高效、长周期平稳运行提供保障［3］。

（2）床层压降

反应系统压降主要包括反应器床层压降与管线压降。实际工业运转中床层压降是影

响装置长周期运行的制约因素，一旦床层压降出现增大，并且采取措施无法缓解时，往往会造成装置被迫停工。造成反应器床层压降增大的主要因素有3个：①装置

前没有原料过滤器或者过滤器损坏及未投用等造成进料中固体颗粒堵塞，或者在反应器床层上部结焦等导致压降增大；②由于开工阶段原料选取及生产过程中发生超温、飞温现象、氢油比偏低、氢分压低、空速低等异常操作；③意外停工造成床层温度来不及降低等因素导致的催化剂结焦，也会引起床层压降增大［4］。

循环氢系统是国V柴油加氢装置中的核心部分，其核心设备是循环氢压缩机与新

氢压缩机，一旦循环氢压缩机因机械故障或工艺连锁等原因造成循环氢系统中断，就会迫使装置紧急停工处理［5］；同时新氢压缩机也存在机械故障和工艺连锁等意外情况导致的停车或跳车现象，国内曾有炼油厂采用的重整新氢中含有铵盐，由于铵盐结晶导致新氢压缩机停车的案例。

目前随着炼油设计理念和技术的不断进步，为降低能耗，提高换热效率，国V柴

油加氢装置会有多台临氢高压换热器与高低分离系统及各种水洗添加助剂系统。这些临氢高压换热器、分离罐及各种管线的材质、设计制造缺陷、安装不合理及运行过程腐蚀等都可能造成堵塞或泄露。尤其是加氢过程中生成的H2S、NH3和HCl，在一定温度下会生成NH4Cl和NH4HS结晶，沉积在空冷器管束中，堵塞管线或换热器造成系统压降上升，导致加氢产品不合格或加氢装置被迫停工。

进入国V柴油加氢生产时代，工艺管理因素将对装置长周期运转产生重要影响，

在油品质量升级步伐加快的前提下，很多炼油厂的柴油加氢装置管理上存在着经验不足重视不够的问题。主要的工艺管理影响因素是平时的工艺操作管理，原料管理及关键设备的维护及装置腐蚀管理等。

用于国V柴油生产的加氢催化剂主要为非贵金属催化剂，一般都存在着催化剂装

填和开工预处理阶段。催化剂的装填质量高低直接关系到工业运转过程中是否会发生反应物料在催化剂床层内“沟流”、“贴壁”等走“短路”现象，如果催化剂装

填的径向的均匀性和轴向的紧密性和级配性质量不高，甚至会导致部分床层的塌陷，进而影响催化剂的利用率和装置的长周期运转。国V柴油加氢催化剂开工预处理

阶段主要包括干燥、硫化等工序，或者为器外预硫化型催化剂的活化阶段，开工阶段对非贵金属柴油加氢催化剂加氢性能的发挥起到至关重要的作用，因此需要加强开工阶段的工艺管理。同时为满足国V柴油的生产，需要加强平时工艺调整，防

止不当工艺调整造成催化剂活性快速下降。

目前很多炼化企业都面临原料种类的频繁切换及组成的大幅度变化，企业为了挖潜增效会在国V柴油加氢装置中掺炼更多种类的原料油或催化轻循环油等其它原料，这些因素都将影响装置的长周期运转。王军强等的研究表明，原料油中里硫含量和环烷基油比例将对精油硫含量有较大影响。尚猛等的研究表明加工高氯原料柴油，将会在高压换热器、高压空冷管程发生氯化铵盐结晶，造成反应系统差压增大，装置无法运行。马书涛等研究了柴油原料中掺炼焦化汽油的影响，由于焦化汽油中含有大量的二烯烃、硫、氮、硅及重金属等杂质，氧化安定性差等特点，柴油原料中掺入焦化汽油将会给装置带来一系列问题。

国V柴油加氢装置的的特点是高温、高压、临氢，因此需要解决氯及硫等对设备

和管线的腐蚀，设备或管线的腐蚀往往会出现管线破裂或者泄漏着火等，严重情况将造成装置停工。目前随着炼化企业加工含氯、高氮、高硫、高酸等劣质原油比例的不断增加，如果原料中氯离子浓度升高将会造成加氢反应流出物系统设备的铵盐堵塞及腐蚀问题，成为国V柴油加氢装置安全连续运行的不稳定因素之一。

生产国V柴油加氢装置的核心是加氢催化剂，因此国V柴油加氢催化剂活性和稳

定性将是影响装置长周期运转的关键因素。影响国V柴油加氢催化剂性能的主要

因素是催化剂快速失活和中毒，能够导致催化剂失活速率加快的因素主要有原料的性质、工艺异常调整及产品苛刻度等。

用于国V柴油生产的柴油加氢催化剂均有正常的失活速率，一般加氢催化剂的失