VRDS渣油加氢装置工艺指标调整.doc

VRDS渣油加氢装置工艺指标调整1.1 工艺调整总体原则1. 严格按工艺卡片操作，对参数的调节要求准确迅速；2. 在保证开工周期的前提下，优化操作条件，提高轻油收率和保证产品质量；3. 在保证工艺指标合格的前提下，降低装置能耗；4. 操作不正常时，减小危害性操作，尽快实现平稳；5. 发生事故时，严格遵循事故处理原则，化解和减小事故造成的危害。1.2 工艺调整方案1.2.1 反应系统调整目前，UFR/VRDS装置催化剂的设计寿命为480天左右。装置有两列并联的反应器系列，每列由四台反应器组成，其中包括一台上流式反应器和三台固定床反应器，这些反应器包括多层催化剂系统，表8-1为UFR/VRDS装置反应部分的设计操作条件。表8-1 设计操作条件项目指标总进料量，t/a1500000渣油1200000阿拉伯轻质/科威特减渣700000孤岛减渣500000稀释油300000液体空速h-1(注1，2)0.17上流式反应器0.4固定床反应器0.31催化剂平均温度CAT，(注3)上流式反应器，开工初期/开工末期390/400固定床反应器，开工初期/开工末期390/411反应器入口压力，MPa上流式反应器，开工初期/开工末期16.76固定床反应器，开工初期/开工末期16.56氢油比，m3/m3 (注4，5)上流式反应器304固定床反应器761化学耗氢，m3/m3 开工初期/开工末期177/182界区新氢纯度，%99.5急冷油，m3/h 开工初期/开工末期11/6排放速度，m3(V)/m3 (注5)136估计泄漏量，m3(V)/m3 (注5)7注：1.仅以活性催化剂为基础（不考虑制成催化剂和级配催化剂）。2.仅以减渣为基础。3.开工初期定义为首次进渣油后30天。4.新氢加上循环氢进入第一台反应器。5. 所述排放速度和泄漏量为纯氢气。1.2.1.1 反应温度温度是加氢反应的重要控制参数，提高反应温度可以极大地提高加氢反应的速度，从而使原料油中硫、氮、金属等杂质的脱除率提高，原料油的裂化程度提高，轻油收率提高。在具体的工艺过程中，其它工艺参数（如原料性质、进料量、反应催化剂活性等）对加氢反应的影响可以通过反应温度的调整加以补偿。通常所说的反应温度为整个催化剂床层温度的加权平均值（CAT）。上流式反应器（R-1305/R1306）和固定床一反（R-1310R1311）所装的是脱金属催化剂，提高温度有利于提高金属杂质的脱除率。但过高的脱金属温度，会使得金属杂质较快地沉积在催化剂的表面，造成差压上升和催化剂的迅速失活从而缩短开工周期；太低的脱金属温度又会造成金属脱除率降低，使金属沉积到后部活性较高的转化催化剂上引起催化剂失活，同样会影响开工周期。所以合适的脱金属温度的选择是至关重要的。固定床二反和三反装的是脱S和脱N转化催化剂，提高该温度可提高S、N的脱除率和转化深度，但温度提高到一定程度，渣油热裂化反应的速度大于加氢反应的速度，产品中不饱和烃增加，并且伴随热裂化反应的进行，缩合生焦反应加剧，将很快造成催化剂的生焦失活。UFR/VRDS装置的催化剂平均温度，上流式反应器UFR400，固定床反应器411，因而正常生产中要严格控制提温幅度为2/月，提温速度过快将极大地缩短运转周期，所以当由于各种原因造成提温速度过快时，应以降低转化率或改善原料性质的手段来减缓提温速度。与反应温度（CAT）同样重要的是各床层的温度分布，保持良好的床层温度分布对发挥催化剂的性能（从初期至末期）具有重要意义。设计推荐的温度分布为：在运转初期的50天前采用提温速度较快的上升温度曲线（370393），以后采用提温速度较缓的上升温度曲线（393410），以使催化剂均匀失活。1.2.1.2 反应压力反应压力的实际因素是氢分压，提高系统的氢分压，可促使加氢反应的进行，烯烃和芳烃的加氢速度加快，脱S、脱N率提高，对胶质、沥青质的脱除也有好处，故所得产品的金属含量低，含S含N化合物少，油品安定性好，同时还可防止或减少结焦，有利于保持催化剂的活性，提高催化剂的稳定性。氢分压可随下列各项的变化而增加，反之则减少：a、整个系统的压力增加 b、补充氢的纯度增加c、循环氢的纯度增加 d、循环氢的流量增加e、循环气的排放量增加 f、V1370气体回收量降低工艺设计是以反应器的平均氢分压在运转初期14.5MPa和运转末期为13.9MPa为基础的。通常我们是以上流式反应器入口氢分压为基准的，它约比反应器床层氢分压高10%，反应器入口氢气分压可用下式求得： PH2：RIPfH2RFG/（26.7OFR+ RFG）式中 PH2：氢分压 MPaRIP：反应器入口压力 MPafH2：反应器进料气中氢的摩尔分率RFG：反应器进料气的流量 m3/hOFR：进料油流量 m3/h反应压力的选择与处理的原料性质有关，原料中含多环芳烃和杂质越多，则反应压力越高。操作中，在确保高压回路系统的全部设备的工作压力处于允许范围内的同时要尽可能维持前置反应器入口压力接近设计值16.57MPa。1.2.1.3 氢油比氢油比的大小或循环气量的大小直接关系到氢分压和油品在催化剂上的停留时间以及分布，并且还影响油的汽化率。循环气量的增加可以保证系统有足够的H2分压，有利于加氢反应。此外，过剩的氢气可起到保护催化剂表面的作用，在一定范围内可防止油料在催化剂表面缩合结焦，同时，氢油比增加可及时的将反应热从系统带出，有利于反应床层的热平衡，从而使反应器内温度分布均匀，容易控制平稳。但过大的氢油比会使系统的压降增大，油品和催化剂接触时间缩短，从而导致反应深度下降，循环机负荷增大，动力消耗增大，反应炉超负荷。氢油比=循环氢量（m3/h）/进料量（m3/h）在正常操作中，循环氢流量在催化剂整个运转周期内应保持恒定，因为经常改变循环机的操作是不允许的。为适应设计进料率，UFR混合进料的气/油比设计为304m3/m3(以减渣为基础)，气体以22600m3/h的流量进入每台上流式反应器（UFR），上流式反应器入口的循环氢流量必须维持在226002400 m3/h。另外，为了避免破坏UFR内的流动状态以及可能产生的催化剂损耗，UFR的气体流量应不超过27000 m3/h。剩余气体则用作固定床反应器进料气，设计气/油比是761m3/m3,气/油比也是以减渣为基础计算得来的。1.2.1.4 空速空速是指单位时间内，单位体积（或重量）催化剂所通过原料油的体积（或重量）数，体积空速表示为：m3原料油/m3催化剂时，重量空速表示为：吨原料油/吨催化剂时，或简写为h-1。VRDS装置是按体积空速0.17h-1设计的。降低空速，则原料在催化剂上的停留时间延长，反应深度加大，转化率提高。但空速过低，二次裂解反应加剧，虽然这时总转化率可以提高，但由于生成的气态烃增加，会导致液收率降低，同时，由于油分子在催化剂中的停留时间延长，在一定的温度压力下，缩合结焦的机会也随之增加，长期在低空速下运转对催化剂的活性不利。空速增大意味着处理能力增大，在保证产品质量的前题下，应尽量提高空速。但空速的增加受到设备设计负荷的限制和相应的温度限制。过高的空速还会导致催化剂过早失活、缩短开工周期。因此，选择的空速必须和原料油性质、催化剂活性及转化深度相适应。1.2.1.5 催化剂活性催化剂活性是一种催化剂最重要的性能指标，影响催化剂活性的因素较多，主要有活性金属的含量、比表面积、孔径等。它对装置的操作条件、产品收率和产品性质有着显著的影响，提高催化剂活性可以降低反应器温度和压力，提高空速或降低氢油比。随着开工周期的延长，催化剂活性是逐步下降的，这种活性的下降通常以提高反应温度来补偿，不恰当的操作方法和事故处理步骤可造成催化剂活性的迅速丧失，所以对操作人员来说严格遵守开、停工程序和事故处理方案对维持催化剂活性、延长开工周期是非常重要的。1.2.1.6 循环气氢气纯度循环气氢气纯度与催化剂内部的氢分压有着直接的关系，保持较高的氢气纯度，则可保持较高的氢分压，有利于加氢反应，是提高产品质量的关键一环，同时保持较高的循环气氢气纯度还可以抑制油料在催化剂表面缩合结焦，起到保护催化剂表面的作用，有利于提高催化剂的活性和稳定性，延长使用周期，但是，如果要求过高的循环气氢气纯度就需要增加通向普利森装置（PRISM）气体的泄放量，冲击普里森系统（PRISM），造成装置氢耗升高，成本提高。UFR/VRDS装置循环气氢气纯度控制在93%（初期）或87%（末期）。循环气氢气纯度是最重要的工艺参数之一，它也关系到催化剂的寿命，为此操作员要经常观察循环气流量、循环气压缩机差压、以及化验循环气氢气纯度分析结果的变化，及时对泄放气量进行调整。UFR/VRDS装置的氢气纯度是由排放氢调节阀13FIC-845/1041控制通向PRISM装置的泄放气量来调节。增加泄放量，可提高循环气氢气纯度。控制循环气中轻烃（如甲烷）的积累量，这些轻烃会降低循环气中氢气的纯度，也会降低反应器中的氢分压，由于较轻气体的产量在EOR期比SOR期高，故在运行期间，为了保持EOR期的高氢分压，必须增加泄放率。1.2.1.7 原料性质原料性质的相对恒定是做好平稳操作的一个重要因素，原料的各项指标在规范要求之内是保证长周期运转的基础。原料变重，需升高催化剂平均温度以维持一定的转化率。另外，原料中的非金属杂质和重金属杂质对加氢处理反应以及床层差压影响较大。原料中的硫、氮含量的变化对加氢精制和加氢裂化反应影响较大，从脱S和脱N反应均属放热反应的角度看，原料中S和N的含量升高，都会使床层温度上升。S增加，会产生H2S导致催化剂活性上升，S含量的大量增加，往往导致床层超温。N是催化剂的暂时毒物，N产生的碱性氮化物如NH3会和催化剂酸性中心中和，导致催化剂暂时中毒、降低了催化剂的加氢裂化功能。为了保证转化率和脱氮率需提高反应温度加以补偿。原料中的铁对催化剂的床层差压影响极大，它可以和重质烃类分子结合，或作为悬浮颗粒物存在，在这两种情况下，它不但会使催化剂失活，还会堵塞催化剂颗粒间的空隙，一般这种堵塞会使第一个固定床反应器的顶部出现板结，从而产生过高的压降（上流式反应器差压一般不会有明显增加）。为此必须严格控制颗粒状的铁进入到催化剂床层中去，因此我们认为只有原料过滤器是不够的，还需增设精细过滤器。由于原料中的钙比较容易被脱除，大部分沉集在催化剂表面，且集中在上流式反应器、前置反应器的顶部，这样就堵塞了催化剂颗粒间的空隙，导致差压很快上升。所以我们必须严格控制原料中的Ca5g.g-1，同时还要严格控制上流式反应器及前置反应器提温幅度，尽量要用较缓和的反应温度，使Ca均匀的沉积在脱金属催化剂上，沉积在催化剂的微孔内。原料中的氯化物如NaCl、MgCl2等会导致上流式反应器、前置反应器顶部积累起盐板结，导致压降上升。过多的不挥发性无机氯盐会堵塞催化剂空隙。过多的有机的无机的氯化物还会在热高分气混氢换热器中造成积垢并引起应力腐蚀裂纹，还可以和反应中产生的氨生成氯化铵，堵塞和腐蚀反应产物的换热器和空冷器。因此我们要严格控制原料的含盐量在2.85g/m3渣油以下，控制有机和无机氯化物在规定指标内。原料与空气接触会生成氧化物和溶解氧，氧化物和大分子烃类反应会生成大分子络合物和环烷酸，使反应器催化剂床层堵塞，加热炉炉管和换热器堵塞，同时还会腐蚀设备。溶解氧会使多硫化物中的硫沉积下来，影响防腐效果，堵塞、腐蚀设备，所以我们要严格控制氮封罐的操作，杜绝原料与空气接触或通过其它途径将氧带入系统。VRDS原料的主要杂质含量列出如下%（wt）：S3.86 N0.525 Ni0.0043 V0.0064 Fe0.0006 Ca0.0005 盐2.85g/m31.2.1.8 反应器的差压差压是固定床反应器的一个重要指标，过高的差压可造成催化剂的破碎和反应器内构件的损坏，也会引起循环机等设备操作困难。过高的床层差压往往意味着装置的停工检修，所以应严格操作尽可能地延缓差压的上升速度，延长开工周期。造成床层差压升高的因素很多，主要有：金属杂质的沉积、进料中的机械杂质、催化剂结焦和破碎，流体分布不均以及频繁的事故等。差压的极限值是根据催化剂的机械强度和反应器内构件的承受能力来确定的。UFR/VRDS装置反应器床层差压的极限值为：固定床一、三、五床层0.742MPa，固定床二、四床层0.527MPa（上流式反应器差压一般维持在0.2 MPa不变）。一旦差压升高接近极限值，唯一的处理方法就是停工撇顶更换催化剂。1.2.1.9 转化深度转化深度可定义为：为了把原料中的538十馏分，按一定的重量百分数转化为馏分油产品和气体副产品所需要的反应条件（空速和温度）。UFR/VRDS装置设计转化率是把31.15%（w）的538馏分转化成轻质产品。影响转化率的主要参数是催化剂温度和进料量。从运转初期至末期CAT的范围为399413，所以为保持设计转化率的提温幅度为1/月，如果该提温速度无法达到设计的转化率，则应分析造成转化率降低的原因并加以解决，为达到更高的杂质脱除率而提高反应温度从而导致转化率高于设计值，对UFR/VRDS的装置来说是很不合适的，因为较高的温度和转化率会加速催化剂的结垢并大大缩短催化剂的寿命。而且由于受催化剂本身性能的影响，杂质的脱除率接近恒定，温度提高到一定程度再提高温度反而不利于杂质的脱除。1.2.1.10 催化剂寿命目前，UFR/VRDS加氢处理装置催化剂的设计寿命为480天左右，这一预期值是以工艺条件和原料性质为基础的，各工艺参数的改变对催化剂寿命的影响见表8-2。表8-2 工艺条件和原料性质的变化对催化剂寿命的影响工艺变量变化对催化剂寿命的影响进料量增加下降转化深度增加下降氢分压增加增加补充氢纯度增加增加反应器压力增加增加循环氢流量增加增加循环氢纯度增加增加原料性质变劣下降实际操作中应尽可能增大有利于延长催化剂寿命的工艺参数，从而延长开工周期。1.2.1.11 热高分温度热高压分离器（HHPS）V-1320/V-1321的设计操作温度为350380，保证进料/反应产物换热器壳程出口温度在设计的温度是很重要的，其理由包括：a、在350380渣油可以给常压塔提供足够的热量去分离石脑油、柴油。b、柴油的回收率很大程度上取决于这一温度。c、350380可以把高压部分的烃类冷凝液加热到321左右。d、低于350渣油会堵塞流出物冷却器和换热器。e、从冷却了的渣油中分离出氢气可能会在分离器中引起发泡。f、水可以防止硫化铵沉积在流出物冷却系统，却很难从渣油中把水分离出来，故在高温下先把渣油分离出来，HHPS的温度由13TIC-1052、13TIC-1054控制调节E-1320/E1321和E-1310/E1311换热器走旁路的原料量来保持E-1310/E-1311壳程出口温度，如果全开旁路阀还达不到350380的话，需要时，则关小E-1320/E-1321管程上游的“节流”阀以强迫一部分液体绕过换热器走旁路。HHPS温度低于350，可能使常压分馏塔中的柴油回收率下降，温度高于380则说明在进料/反应产物换热器中热回收不足，并把预热原料的责任推给了反应器进料加热炉，进料加热炉具有一定的灵活性，可以补充预热的不足，但是必须控制加热炉热负荷不超过设计值，炉膛温度800。1.2.2 分馏系统调整1.2.2.1 压力常压分馏塔的压力是由塔顶回流罐的压控15PIC-187控制的，正常生产中压力控制在0.070.02MPa,为了避免更多低压瓦斯排入火炬，需要及时增点F-1310/1311/1410的低压火嘴，控制15PIC-187的开度在20%。压力对整个分馏塔组分的沸点有直接影响，随着塔压升高，产品的沸点也会升高，以至给组分的分离带来更大困难。如果塔的压力降低，在塔温不变的情况下，拔出率就会上升，产品容易变重，排出气体的流率就会增加，塔盘负荷也增加。所以不要随意改变压控的给定值，正常的塔压不宜改变，塔操作的稳定性主要靠温度调整控制。1.2.2.2 温度1. 温度是分馏塔的主要操作参数，是决定拔出率和馏分切割的主要因素，操作员可以控制C-1500进料温度、调节侧线的温度、塔顶温度和塔底温度来控制产品拔出率和产品质量。但在进料温度调节时，必须以塔顶石脑油的馏出量及干点、侧线柴油的馏出量及干点、塔底温度作为根据。2. 常压塔的重烃、轻烃进料温度都有一个最佳值。重烃进料温度控制在350380，是通过E-1310、E-1311的旁路（TV-1052、TV-1054）进行调节的，这个温度主要是为了给分馏塔提供足够的热量进行产品分馏。如果温度太高，进料会大量的蒸发和结焦，并由于蒸馏段塔盘各组分不合理的分离，使塔盘效率降低。因此该温度一般保持恒定不作调整。轻烃进料温度控制在321，是通过E-1370 、E-1371的旁路调节阀15TIC-1214来控制的，这个温度决定了柴油的收率。3. 塔顶温度是决定石脑油干点和产量的主要因素，通过装在塔顶挥发线上的温度调节器15FIC-100调节顶回流量来实现。如果温度太高，必须加大回流量以保证产品的干点不超标。4. 侧线温度是反映柴油干点和侧线拔出率的最灵敏的温度，通过柴油质量流控15FIC-1105来调节抽出温度，侧线温度上升，柴油干点会上升，如柴油的干点超指标，此时应减少柴油的产量、增加中断回流量进行调整；侧线温度太低，则柴油的产量就下降，此时可根据侧线温度的变化，增大柴油抽出量。5. 回流温度对常压塔的热平衡和分馏精确度均有较大影响，其温度应在49以下为好。回流罐的温度主要是由空冷运转情况、气相负荷和环境温度来决定的。6. 塔底液体温度是它的泡点温度，表示塔底液相中轻组分的浓度。如果温度太高，必须加大中段回流量或减少塔顶、侧线产品的排出量。该温度一般比重烃进料温度低1520。1.2.2.3 进料量进料量增加或减少，必须按比例增加或减小顶回流量和中段回流量，以保证常压塔各点的温度、压力的相对恒定，确保石脑油、柴油的质量稳定。同时还要相应的增加或减少石脑油和柴油的产品量。1.2.2.4 产品量塔顶石脑油产量的控制对产品的切割点有直接的影响，要仔细调节塔顶产品的产量，以保证柴油的收率和质量。1. 当石脑油干点偏低时提高塔顶温度适当加大产品量。反之则降低抽出量。2. 当柴油干点偏低时，加大柴油的抽出，尽可能的将柴油拔出来，以减轻塔顶的负荷。3. 石脑油和柴油的产量随着反应温度和转化深度的增加而增加。4. 当任一产品量改变时，塔的内回流改变。如果抽出量增加，塔底温度（泡点）亦增加，柴油干点就要升高，必须相应调整中段回流和顶回流量以维持塔的分馏效果和产品质量。1.2.2.5 回流量顶回流是使用设在塔顶回流线上FIC-100来调节的。根据石脑油干点增加或减少回流量。中段回流以回收余热、减轻塔顶负荷、调节柴油的质量为目的。根据塔顶热负荷、柴油的干点增加或减少回流量。中段回流一般是顶回流的45倍。回流对产品的一般性能没有多大影响。但它是提高分馏塔精确度和切割产品的主要手段。如果塔顶回流量突然增加，顶温降不下来，说明重组分已带到了塔顶，此时应加大中段回流量，以降低塔顶负荷。如果回流量温度降低则塔的内回流将增加，此时应适当降低回流量，但正常操作中应尽量保持回流比的恒定和回流温度的恒定，一般不要作大的调整。如果转化深度低或轻馏分相对减少时，应使用较高的回流比保证分馏精确度。1.2.2.6 侧线汽提塔的温度C-1510是调节柴油闪点、腐蚀的主要手段，它的主要作用就是用重沸器或汽提蒸汽，将侧线产品中夹带的轻组分汽提上去。正常操作中用塔底重沸器E-1510热介质的旁路调节阀15FIC-147间接控制塔底温度比测线抽出温度高50左右。当E-1510出现问题时也可采用汽提蒸汽，蒸汽流量在0.30.5t/h为宜，塔底温度过高或者汽提蒸汽量过大将会增加常压塔顶负荷，降低柴油收率，影响石脑油的干点。