柴油加氢装置改炼焦化汽油长周期运行优化改造

摘 要 ：该文针对中国石化茂名分公司1#加氢装置反应系统压降上升块、装置运行周期短等问题,对换热器和反应器系统压降进行分析,认为高压换热器壳程和加氢反应器结垢是造成装置系统压降上升快的主要原因；发现焦化汽油原料中二烯烃缩合及胶质缩合生焦是垢物生成的主要原因.讨论采取加强原料油预处理、扩大加氢反应器上部容垢能力等措施,有效减缓原料在高压换热器和反应器顶部的结垢速率,达到装置长周期运行.

关 键 词 ：焦化汽油；高压加氢装置；长周期运行

中图分类号：V557+.2 文献标识码：A

焦化汽油作为延迟焦化的主要产品之一,在我国的年产量已达到450万吨以上.加氢精制油用途广泛,可用于乙烯裂解原料、重整原料和合成氨原料等.但焦化汽油不饱和烃硫氮及重金属杂质含量均较高,且稳定性差,难以作为下一工序的原料,须经过加氢精制,改善其稳定性并脱除杂质后才能使用.中国石化茂名分公司1#加氢装置原设计为40万吨/年柴油加氢装置,2003年装置扩能改造为60万吨/年.2006年8月260万吨/年柴油加氢装置投产后,1#加氢装置随即改为处理焦化汽油.

由于该装置一直未作适应性改造,随着原油日益变重、品质变差和加工深度的不断提高,该装置运行周期只有3～8个月,出现换热器堵塞、催化剂床层压力降达到极限等反应系统严重结垢问题,严重制约装置长周期运行.

1.1#加氢装置原料性质特点

焦化汽油处理量：80m3/h,含有焦粉和机械杂质,密度：721.9kg/m3（20℃）；馏程：初馏点：31℃、10%馏出温度：47.5℃50%馏出温度：129.5℃、90%馏出温度：204℃终馏点：230℃.

2.反应系统严重结垢原因分析

1#加氢装置高压加氢装置处理焦化汽油存在工艺缺陷：（1）没有针对聚合反应的工艺预防手段.（2）操作条件有利于聚合物的生成.

焦化汽油在储存过程中颜色由微变成黑色,胶质增加.在中间罐储存的过程中由于储罐不可能做到与空气完全隔绝,故加氢焦化汽油原料必然与空气接触发生一定的反应,使油品性质发生变化.

焦化汽油含有焦粉,这些焦粉具有极强吸附性,易与聚合反应中形成的有机大分子化合物粘结在一起,使焦垢颗粒逐渐长大,当其长大到物流不能携带其继续向前运动时就从物流中析出,沉积在设备内部.这些固体微粒主要是机械杂质、焦粉、油泥、铁锈等,虽然焦化装置设有过滤器,可使大部分固体微粒(包括原料中携带的固体微粒、反应产物与进料换热器换热生成的焦粉等)除去；但更细的微粒在通过换热器、加热炉和催化剂床层时,会聚集成更大的粒子,小部分积聚在进料换热器,绝大部分最终积聚在催化剂床层上部及催化剂颗粒之间.焦化汽油的干点升高,原料油的较重馏分增多,所带杂质也增多,在生产过程中催化剂床层杂质沉积速度提高,使反应器催化剂床层的压降上升速度加快、加氢反应器顶部结垢.

焦化汽油含有大量的烯烃和二烯烃,其生成叠合产物的潜在能力大约是直馏石脑油的300倍.因焦化汽油含有极易发生氧化、聚合反应的不饱和烃和二烯烃等物质二烯烃常温常压下可发生聚合反应,生成低聚物溶解在原料油中.此外,焦化汽油中含有硫、氮、胶质等杂质；在较高温度下,这些杂质易分解产生活性、引发自由基链反应生成聚合物,自由基低聚物向高聚物转化,在温度达到220℃时生成高聚物的缩合反应较为明显,而1#加氢装置原料进入高压换热器温度为200℃~230℃,处于不饱和烃氧化缩合反应和二烯烃缩合生成高聚物的主要温度范围内有利于生成高聚物,造成高压换热器堵塞,装置被迫停工处理.

3.解决措施

焦化汽油加氢装置反应系统结垢、缩短装置运行周期是一个共性问题,国内同类装置常用处理方法包括：（1）原料的保护和过滤.（2）降低原料换热终温.（3）低温预加氢处理,使二烯烃饱和.

综合上述方法,主要从预防角度寻找解决措施,较好地解决原料油在换热器、加氢反应器内单烯烃、胶质等不饱和物聚合生焦的问题.

3.1 原料油预处理

在焦化汽油进1#加氢装置原料缓冲罐前增设自动反冲洗过滤器系统,并将原污油罐和污油泵进行更换.

焦化汽油进入1#加氢装置后,先经自动反冲洗过滤器过滤、再进入原料汽油缓冲罐；从自动反冲洗过滤器排出的污油经进入地下污油罐,后用污油泵送到加氢精制罐区或返回焦化装置.地下污油罐上设置液位计,将该罐液位与污油泵启停开关联锁.

自动反冲洗过滤器具有差压超限报警自动反冲洗功能,该系统采用机械分离原理,使用进口的金属锲形缠绕丝网滤芯将原料油中杂质分离出来.本系统中有2列共8 组并联的过滤单元组成,即当其中1列过滤器内的1组在反冲时,另7组过滤单元在正常过滤.当原料油流经过滤容器,颗粒物逐渐沉积并聚集在滤芯外表面区域形成滤饼.当压差或时间达到预先的设定值时,PLC控制器将A列过滤器内的1组切换下来,先关闭该组的原料油进口阀,接着快速打开反冲洗阀,利用滤后油从过滤器顶部到过滤器底部,形成一个压迫流,将滤芯表面的滤饼脱掉,卸下的滤饼全部排入器外接收罐,待该列的4组全部反冲洗一遍后,投入运行.接着将B列过滤器切换下来进行反冲洗,直到(A、B)2列过滤器冲洗完毕,均进入正常运行等待下次的启动信号；反洗流体排到污油接收罐,无须停车处理.

3.2 增加脱二烯烃设备

在1#加氢装置生成油/混氢油换热器之间(混氢原料提温到160℃～200℃处)增设焦化汽油脱二烯烃罐.脱二烯烃罐设有跨线、罐出口管上接高压氮管线、罐进口管上设排火炬管线,并在脱二烯烃罐进口管上设置差压报警仪表,当压降过大时切出该罐、保持装置正常生产.

3.3 加氢反应器顶部加装内置过滤器

在原加氢反应器顶部增加内置过滤器、并对原加氢反应器顶部泡帽分配器进行改造.内置过滤器的特点：(1)利用了原来闲置的反应器封头空间、扩大储存垢物的物理空间,提高反应器的纳垢能力；(2)提高反应器空间利用率；(3)延长反应器的运行周期；(4)改善第一床层的流体流动形态；(5)提高物料的分布效果.

3.4 原料换热器清洗

有机溶剂清洗用于清洗油垢的有机溶剂种类较多,主要有混合烃类、卤代烃类、芳香烃类等.用有机溶剂对1#加氢装置原料换热器进行清洗,通过溶剂颜色对比以及对溶剂中焦油含量的分析,来实现对清洗过程的控制.当加入型阻垢在加氢裂化装置中加入阻垢剂后[3],原料换热器表面油垢松散,在原料外力作用下,油垢随之排出.

结论

要保持加氢装置长周期生产,须要做好原料汽油的保护工作,避免烯烃的缩合结焦,搞好原料油反冲洗过滤器操作,防止焦粉及其它机杂直接进入反应系统；保持脱二烯烃罐平稳运行,力求工艺控制指标科学、合理.这些措施对焦化汽油加氢装置延长生产周期是有利的.