加氢是石油加工的重要过程,其目的主要是通过加氢脱去石油中的硫、氮、氧及金属等杂质,以改善油品质量,减少对环境的污染等,其次是使较重的原料在高的氢分压下裂解为轻质燃料。
    绝大多数加氢装置采用固定床反应器,这就要求加氢装置原料在进入反应器以前把原料中的固体颗粒物尽量脱除掉。否则这部分固体颗粒物会阻塞反应器,使床层压降上升,导致装置停工。这不但会增加装置的催化剂消耗,同时还会给生产带来不利影响,甚至给企业带来巨大的经济损失。所以要尽可能把能够阻塞床层的固体颗粒物在进入反应器以前通过过滤器除去。应当指出,原料中的油溶性金属化合物、胶质、沥青质和反应结焦也会导致催化剂床层阻塞,而这些阻塞物并不能通过过滤器脱除。
   对于加氢装置来说,不同原料所含固体颗粒物的量是不同的。例如石脑油和煤油的固体颗粒物质量分数一般为(0.5～10)×10-6,柴油和减压蜡油的固体颗粒物质量分数一般为(20～600)×10-6,渣油的固体颗粒物质量分数一般为(200～1200)×10-6。
    一般来说,原料中大于25μｍ的固体颗粒物粒子占固体颗粒物质量的80%,而数量仅占固体颗粒物总数的5%。一般要求原料中固体颗粒物直径小于25μｍ。这样加氢装置原料过滤器只要把大于25μｍ的固体颗粒物脱除,就能够保证催化剂床层不会因为固体颗粒物阻塞而停工。
    原料过滤器的性能主要取决于流通率,即单位时间通过单位面积滤网的流量。不同过滤系统的设计技术可能影响特定装置的尺寸和性能,但流通率是设计过滤器系统大小的决定性因素。以自动反冲洗过滤系统为例,不管其用于何种原料,流通率越低,反冲洗时间间隔越长,过滤效率越高。通过降低过滤器的流通率,在两次反冲洗之间得到的过滤原料量按指数关系(二次方)增加。
    低流通率对于提高滤网的被清洗能力是非常显著的,流通率越低,对于任何形式的滤网,其再生到设定清洁程度的效果就越好。这是由于当流通率降低时,原料的流速降低,原料中的固体颗粒碰撞到滤网表面的速度也会降低。当固体颗粒的速度降低后,其楔入滤网中的动能也降低。当固体颗粒的速度降低后,它们容易在滤网表面形成一个滤饼,也容易被清洗掉。随着流速的进一步降低,一个疏松的厚滤饼便在滤网表面形成,当被过滤原料通过这个滤饼时可以提高滤网的颗粒脱除效率。
    1　过滤流程分析
    某公司将新建一套360×104ｔ/ａ加氢裂化装置,该装置采用一段部分循环流程,反应部分采用双系列,设置两个并行反应器,炉后混氢气,采用热高分流程。加氢精制和加氢裂化催化剂装填在一个反应器中,来自分馏部分的循环油循环至反应器入口。来自上游装置的新鲜原料的流量为430ｔ/ｈ,温度为150℃,压力(表压)为0.69ＭＰａ。来自分馏部分的循环油的流量为270ｔ/ｈ,温度为213℃,压力(表压)为0.69ＭＰａ。原料过滤的工艺流程有2种设计方案可以选择(图1):①来自分馏部分的循环油不进原料过滤器,过滤器只过滤来自上游装置的新鲜原料(图1ａ)。②来自分馏部分的循环油和来自上游装置的新鲜原料合并后进入原料过滤器(图1ｂ)。原料及循环油的组分分别见表1和表2。
    2　两种设计方案的对比
    方案1和方案2的差别在于循环油是否进入原料过滤器。如果循环油中含有固体颗粒物,循环油就要进入过滤器进行过滤,采用方案2。循环油中不含有固体颗粒物,循环油就不需要进入过滤器进行过滤,采用方案1。循环油中的固体颗粒物来源一般有2个,一是分馏系统腐蚀产生的ＦｅＳ,二是开工初期整个系统内存有的固体颗粒物。
          
          
    装置首次开工或检修后系统内都会存有大量的固体颗粒物。这些颗粒物会随着循环油从分馏系统排出。如果循环油进入原料过滤器系统,这些颗粒物中直径大于25μｍ的会被过滤。如果循环油直接进入反应系统,这些颗粒物就会沉积在催化剂床层上,增加催化剂床层压力降。但是如果在开工初期把循环油循环到减压蜡油罐区,当循环油把系统内的固体颗粒物携带干净后再把循环油直接引到反应系统,这样系统内存有的固体颗粒物就不会沉积在催化剂床层上。但是这样会延缓开工进程,而且循环油何时可以直接进入反应系统也不好判断。
    国内某炼油厂加氢裂化装置曾经出现过由于没有过滤的循环油中携带ＦｅＳ等固体颗粒使反应器床层压降过大造成装置停工处理的事情。该加氢裂化装置分馏部分流程采用脱丁烷流程,即分馏部分的第一个塔是脱丁烷塔,脱丁烷塔要把所有的Ｈ2Ｓ和Ｃ4以下的组分全部在塔顶抽出。该装置原设计为生产石脑油为主的加氢裂化装置,1999年装置的催化剂换成了生产中间馏分油的催化剂,反应生成的Ｃ4以下组分很少,致使脱丁烷塔Ｈ2Ｓ抽出不理想。导致一部分Ｈ2Ｓ进入后面的加热炉和分馏塔,造成了后续设备的腐蚀和大量ＦｅＳ生成。产生的ＦｅＳ等固体颗粒物随循环油直接进入反应器,并且堆积在催化剂床层上,造成床层压降过大,致使装置提前停工处理。
    这里讨论的加氢裂化装置分馏流程与该炼油厂的有很大的不同,分馏部分采用主汽提塔流程,即分馏系统的第一个塔是主汽提塔,其作用是把所有的Ｈ2Ｓ、部分石脑油及全部的石脑油以下组分从塔顶抽出。为了防止主汽提塔塔顶腐蚀以及整个分馏系统的腐蚀,主汽提塔塔顶设计温度大于水的露点14℃,99.999%的Ｈ2Ｓ应该被脱除。由于主汽提塔的进料温度受反应部分来料温度的控制,因此,如果主汽提塔的进料发生变化,通过调整操作来满足上述要求是很有难度的。但如果放宽石脑油与煤油收率和切割点的要求,那么可以通过提高塔顶温度,让塔顶石脑油的干点提高,保证将所有的Ｈ2Ｓ在塔顶被脱除。这样Ｈ2Ｓ就不会进入分馏塔,分馏塔也不会产生ＦｅＳ等颗粒物。
    对以上2种设计方案进行了经济评估,结果为方案2比方案1多投资220万元。
    3　结语
    通过分析和对比认为方案2是稳妥的方案,但是需要多投资220万元。如果采用方案1,投资会比方案2节省220万元,但在将来的运行和操作中应注意:①装置的开工初期要把循环油循环到ＶＧＯ罐区,当循环油把系统内的固体颗粒物携带干净后再把循环油直接引到反应系统,这样系统内存有的固体颗粒物就不会沉积在催化剂床层上。②在装置的正常生产过程中,为了防止分馏系统的腐蚀,主汽提塔塔顶温度要大于水的露点14℃,同时还要把99.999%的Ｈ2Ｓ汽提分离。上述2点也较易实现,故文中讨论的加氢裂化装置原料过滤流程选择了方案1。