2024年3月14日发(作者:平移ppt)
渣油加氢装置冷高分油水乳化问题探析
徐秋鹏
(中海油惠州石化有限公司,广东省惠州市516086)
摘要:某4.0Mt/a渣油加氢装置两个系列首次开工至今历经3次换剂,2018年12月二系列更换中国石油化工
股份有限公司大连石油化工研究院(FRIPP)催化剂,2019年12月一系列更换中国石油化工股份有限公司石油化
工科学研究院(石科院)催化剂,2020年4月二系列再次使用FRIPP催化剂。在前两次换剂开工后提高渣油掺炼量
的过程中,当反应温度在360℃左右、掺渣比超过76%时都遇到冷高压分离器(冷高分)油水乳化问题,给装置安全
生产带来隐患。初步判断乳化原因可能是大分子的沥青质在加氢反应温度不够、反应深度不足时发生断侧链的反
应,形成分子更小、极性更强的沥青质分子,极性更强的小分子沥青质与水结合形成更稳定的乳化物。在掺渣比提
6%前将反应平均温度提到370℃,可以有效避免冷高分油水乳化现象的发生。到7
关键词:渣油加氢装置 冷高分 油水乳化 开工过程 反应温度 掺渣比
某4.0Mt/a渣油加氢装置采取的是两列反
应系统并列,分馏系统共用的流程,反应部分热低
压分离器(热低分)为每列独立设置,冷低分为两
列合并共用。该装置反应两个系列首次开工至今
历经3次换剂,2018年12月二系列换剂装填中
国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院
FRIPP)催化剂,2019年12月一系列换剂装填中(
国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院
(石科院)催化剂,2020年4月二系列再次使用
FRIPP催化剂。在前两次换剂开工后提高渣油掺
炼量的过程中都遇到冷高压分离器(冷高分)油
水乳化问题,不仅造成了较大的生产波动,而且存
在安全隐患;第3次开工后吸取前两次的经验,避
免了开工过程中冷高分油水乳化情况出现。
1 2019年2月二系列开工冷高分油水乳化
渣油加氢二系列于2018年12月催化剂寿命
到期后停工更换FRIPP的渣油加氢催化剂。装
置于2019年1月中旬开工正常,按照FRIPP提供
的掺渣方案逐步提高渣油掺炼量。
2019年2月19日晚反应进料提到满负荷
(实际99%负荷,236t/h)、反应温度提到362℃、
77.5t/h(掺渣比75.0%)。2月20渣油掺炼量1
日上午11∶00继续提高渣油掺炼量到180.0t/h
(掺渣比76.2%),数小时后发现冷高分液位、界
2t/h逐位出现异常:冷高分酸性水量从正常的2
5t/h,冷低压分离器(冷低分)油量从60步降到1
t/h增加到65t/h,分馏系统脱硫化氢汽提塔塔顶
回流罐(D301)水包液位涨到100%,控制阀全开
仍外送不及。
经排查发现冷高分油大量带水进入冷低分,
水进入冷低分后仍然无法分离,最后大量水带入
汽提塔,造成汽提塔操作随之波动。随后调整冷
高分界位计,并对冷高分油、水采样,发现冷高分
酸性水颜色发黑,上部悬浮有大量油,冷低分油也
乳化严重,静置后底部有大量明水(见图1)。
图1 乳化后的冷高分酸性水和冷低分油与正常的油水对比
Fig.1 Comparisonofthesourwaterofthecoldhigh
pressureseparatorandtheoilofthecoldlowpressure
separatorbeforeandafteremulsification
收稿日期:2020-11-06;修改稿收到日期:2021-03-11。
作者简介:徐秋鹏,工程师,本科,2001年毕业于石油大学
(华东)化学工程专业,长期从事加氢裂化、液相加氢、渣油加
氢方面的生产技术管理工作。联系电话:13516695939,
Email:xuqp2@cnooc.com.cn。
冷高分乳化产生的操作波动发生在2019-
02-20T12∶00∶00至2019-02-21T12∶00∶00。发
现冷高分油水乳化后装置随即采取了各种工艺调
整措施。
因油水乳化发生在冷高分,首先是将高压空
冷器前的注水量从20t/h调整到25t/h,维持
6h,没效果后又将注水量降低到18t/h。注水量
调整对冷高分乳化现象不起作用,说明冷高分乳
化与高压空冷器前的注水量无关。
由于采样发现冷低分油发黑,说明有重组分
带入冷高分。调整注水结束后又调整了热高压分
离器(热高分)入口温度,从331℃降到322℃左
右,期望通过降低热高分操作温度来减少热高分
气中的重组分量来改善冷高分的状况,但调整几
个小时后冷高分乳化情况仍然没有改善。随后对
冷高分入口温度也进行了小幅调整,从52℃降到
49℃,也没有效果。说明冷高分乳化与冷、热高
分操作温度也没有关系。
降低热高分温度、调整冷高分温度、调整注水
量等措施均不能解决冷高分油水乳化的问题。调
整期间反应进料量维持不变,渣油掺炼量逐步提
到最高190t/h(掺渣比80%)。冷高分油水乳化
期间大量水进入汽提塔,汽提塔压力波动,存在水
进入塔底突沸冲塔的安全隐患;大量油随酸性水
带入下游酸性水汽提装置,给下游装置操作也带
来较大的影响。
由于乳化问题不见好转,发生乳化前最后的
操作调整是提高渣油掺炼量,因此最后将掺渣量
降回到162t/h(掺渣比69%)。不久后冷高分乳
化情况好转,几个小时后汽提塔操作逐步恢复正
常(见图2)。由此可以判断,此次出现的冷高分
油水乳化是提高掺渣比引起的,将掺渣比降低可
以避免冷高分油水乳化情况发生。此次冷高分油
水乳化期间反应温度随渣油进料量调整,范围在
362~364℃(见图3)。
图2 掺渣比调整趋势
Fig.2 Adjustmenttrendoftheblendingratioof
residuetofeedstock
图3 乳化期间反应温度调整趋势
Fig.3 Adjustmenttrendofreactiontemperature
duringemulsification
2 2020年1月一系列开工冷高分油水乳化
渣油加氢一系列于2019年12月催化剂寿命
到期后停工换剂装填石科院的渣油加氢催化剂,
装置于2020年1月初开工正常,按照石科院提供
的掺炼渣油方案提高渣油掺炼量。2020-01-
05T20∶50∶00,反应温度358.5℃,反应进料从
220t/h提到230t/h,渣油量从158t/h(掺渣比
71%)提高到175t/h(掺渣比76%),不久后冷高
分再次发生油水乳化:冷高分界位波动、冷高分酸
性水量大幅波动、冷低分油量减少、汽提塔塔顶回
流罐水包满液位。
这是装置第2次出现冷高分乳化现象。首先
还是采取了调整热高分温度、减少注水量等手段,
注水量从25t/h降到20t/h;热高分操作温度从
333℃提高到338℃,后又降到320℃,最低降到
315℃。调整注水量和热高分操作温度都无效
果,再次验证冷高分的乳化与热高分温度及注水
量无关。由于工艺调整无法解决问题,2020-
01-06T10∶00∶00将渣油量降回到158t/h(掺渣
比69%),不久后冷高分乳化情况好转,各参数逐
步恢复正常。
根据催化剂专利商提供的意见,2020-01-
07T09∶00∶00反应温度提高到365℃,反应进料
230t/h左右。2020-01-07T10∶00∶00再次将渣
油量提到176t/h(掺渣比76%),不久后冷高分
再次出现油水乳化情况,2020-01-07T14∶00∶00
将渣油掺炼量降回到164t/h(掺渣比72%),冷
高分乳化现象消失。
2020-01-08T11∶00∶00反应温度提高到
369℃以上,将反应进料量提到240t/h,渣油掺
炼量提高到170t/h(掺渣比71%),冷高分未出
现乳化情况。随后反应温度控制在370℃,1月9
日渣油量最大提高到188t/h(掺渣比78%),冷
高分操作参数正常,之后再未出现过乳化情况。
反应温度与掺渣比调整趋势见图4。
图4 反应温度与掺渣比调整趋势
Fig.4 Adjustmenttrendofreactiontemperatureand
blendingratioofresiduetofeedstock
3 2020年5月二系列开工
2020年4月渣油加氢二系列再次停工更换
装填FRIPP的渣油加氢催化剂,装置于2020年5
月中旬开工正常。根据前两次开工提高渣油掺炼
量的经验,这次开工后提高渣油进料量之前先提
高了反应温度,在掺渣比接近冷高分会发生乳化
限值前将反应温度提到了370℃,将反应总进料
提到了250t/h(105%负荷)。6月6日晚渣油进
料提到184t/h(掺渣比74%),超过了前两次发
生乳化时的渣油掺炼量,冷高分操作正常,未出现
油水乳化现象。
4 发生乳化原由初探
查询相关资料,发现其他装置也有类似情况
发生
[12]
,热高分、冷高分液位发生了大幅波动,而
在整个冷高分油水乳化生产波动期间,除了手动
调整冷高分、热高分液位外,其余时间在自控状态
下液位保持稳定,两次波动期间热高分、冷高分液
位趋势见图5~6。
图5 二系列冷高分和热高分液位趋势
Fig.5 Liquidleveltrendofthecoldhighpressureseparator
andhothighpressureseparatorofthesecondunit
渣油加氢换剂后开工过程中冷高分油水乳化
目前还没有找到明确的原因,初步判断可能与沥
青质有关
[36]
。当加氢反应温度不够、反应深度不
足时沥青质会发生断侧链反应,形成分子更小、极
性更强的沥青质分子,容易与水结合,在冷高分形
成乳化;而当反应温度升高后,小分子的沥青质会
缩合成更大的沥青质分子,大分子的沥青质极性
差且在渣油加氢装置中更难从热高分中挥发进入
冷高分。
图6 一系列冷高分和热高分液位趋势
Fig.6 Liquidleveltrendofthecoldhighpressureseparator
andhothighpressuredeparatorofthefirstunit
5 经验总结
从渣油加氢装置三次换剂后开工的经验可以
看出,在反应温度360℃左右,掺渣比超过76%
时会发生冷高分油水乳化现象,影响装置的安全
运行。在开工后提高掺渣比过程中,采取提前将
反应温度提高到370℃再提高掺渣量的方式,通
过提高总进料量控制掺渣比不超过76%,可以避
免出现冷高分油水乳化的情况。
参考文献
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与对策[J].炼油技术与工程,2018,48(12):2629.
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成变化[J].中国科学:化学,2018,48(4):442450.
(编辑 彭 扬)
Analysisofoilwateremulsificationincoldhighpressureseparatorof
theresiduehydrotreatingunit
XuQiupeng
(CNOOCHuizhouPetrochemicalCo.,Ltd.,Huizhou,Guangdong516086)
Abstract:Twoseriesofa4.0MMTPYresiduehydrotreatingunithaveexperiencedthreetimescatalyst
changesincethefirststartup.InDecember2018,thesecondseriesreplacedFRIPPcatalysts.InDecember
2019,thefirstseriesreplacedRIPPcatalysts.InApril2020,FRIPPcatalystswereusedagaininthesecond
series.Duringtheprocessofincreasingtheresiduumblendingamountafterthefirsttwotimesofcatalyst
change,whenthereactiontemperaturewasabout360℃andtheresidueratiooffeedstockwasmorethan
76%,Oilwateremulsificationoccurredinthecoldhighpressureseparator,whichbroughtgreatdangertothe
safetyproductionoftheunit.Thereasonofemulsificationmaybethatmacromolecularasphaltenewould
undergosidechainscissionreactionwhenthehydrogenationreactiontemperatureandthereactiondepthwere
,formingsmallerandmorepolarasphaltene,andthecombinationofsmallerandmorepolarasnotenough
phaltenewithwatertoformamorestableemulsion.Theaveragereactiontemperaturewasraisedto370℃be
foretheresidueratiowasraisedto76%
,whichcaneffectivelyavoidtheoccurrenceofoilwateremulsification
inthecoldhighpressureseparator.
Keywords:residuehydrotreatingunit,coldhighpressureseparator,oilwateremulsification,startup
process,reactiontemperature,residueratio
(上接第33页)
Firstcalibrationandanalysisofa3.8MMTPYCCRunit
XinHua,JingXiao,NiuYanjie
(ZhejiangPetroleum&ChemicalCo.,Ltd.,Zhoushan,Zhejiang316000)
Abstract:Thedesigncharacteristicsofthe3.8MMTPYCCRunitinZhejiangPetroleum&Chemical
Co.,Ltd.areasfollows:thelayoutofreformingreactorsadopts“3+2”tworowoverlappingtype,andopti
mizedtrapezoidaltubestructureisselectedforsectorcylinder;thereactionfurnaceisconsistedoffeedfur
nace,thethirdandthefourthintermediatefurnace,whilethefirstandthesecondintermediatefurnaceare
equippedwithtwoseriesfurnacescombinedasoneboxfurnaceandasetofwasteheatrecoverysystem;the
compressoradoptstheparalleldesignofreforminghydrogencyclemachineandreforminghydrogensuperchar
ger,inwhichthereforminghydrogensuperchargerselects“onedrivethree”form,thatis,asteamturbine
drivesthreecompressors.Thecalibrationresultsoffullloadoperationofunitareanalyzed.Theyieldofaro
+
maticsis76.04%;liquidyieldofCs88.21%;theyieldofpurehydrogenis4.37%;theamountofcata
5
i
lystdustis8.38kg/d;theenergyconsumptionofunitis3,425.008MJ/t.Thepurityofhydrogenproduced
,whichshowsbyCCRunitandthereformateprovidedtoaromaticsunitareclosetothedesignrequirements
thefeasibilityoftechnologyandengineeringdesignoftheunit.Atthesametime,ithasimportantreference
significanceforprocessselectionandengineeringconstructionoflargescaleCCRunit.
Keywords:CCRunit,fistcalibration,mixedfeedstock,mainoperatingparameters,reformatecomposi
tion,materialbalance,energyconsumption
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