工藝系統(tǒng)專業(yè)在催化劑技術(shù)談判中的注意事項(xiàng)

郭克倫 易坷 張晶 李一鳴 中國寰球工程公司 北京 100029

技術(shù)經(jīng)濟(jì)與市場(chǎng)

工藝系統(tǒng)專業(yè)在催化劑技術(shù)談判中的注意事項(xiàng)

郭克倫*易坷 張晶 李一鳴 中國寰球工程公司 北京 100029

以碳四加氫催化劑談判的實(shí)例，介紹工藝系統(tǒng)專業(yè)進(jìn)行催化劑談判時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，包括檢查土建基礎(chǔ)條件，物料循環(huán)量，泵流量要求，活化、再生條件等問題，使選擇的催化劑滿足生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的要求。

催化劑活化再生條件床層壓降工藝系統(tǒng)技術(shù)談判

反應(yīng)系統(tǒng)在流程方案全過程開發(fā)中占重要地位［1］，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)是反應(yīng)系統(tǒng)的核心，而合適的催化劑又是反應(yīng)器能夠正常工作的前提，因此催化劑技術(shù)談判在反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有舉足輕重的作用。催化劑的選擇不僅與合適的供貨商有關(guān)，而且與工藝系統(tǒng)的配置有關(guān)。為反應(yīng)系統(tǒng)選擇恰當(dāng)?shù)拇呋瘎?，需要設(shè)計(jì)人員了解催化劑的性能、熟悉工藝系統(tǒng)的設(shè)置。

常見的催化劑談判有兩種情況:①新建裝置的催化劑談判一般與詳細(xì)設(shè)計(jì)同步進(jìn)行，根據(jù)談判結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容;②老裝置的催化劑更新或在施工圖設(shè)計(jì)結(jié)束之后進(jìn)行的新建裝置的催化劑談判，由于與反應(yīng)器相關(guān)的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)結(jié)束，則要求催化劑廠家的設(shè)計(jì)方案不能超出既有設(shè)備、系統(tǒng)的能力。對(duì)于第二種類型的催化劑談判，要求設(shè)計(jì)人員關(guān)注廠家方案能否滿足工藝要求，核對(duì)廠家技術(shù)要求是否與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案匹配，避免因催化劑選擇不當(dāng)引起操作不便或修改原設(shè)計(jì)方案，因此本文選用第二種情況。以碳四加氫反應(yīng)系統(tǒng)的催化劑技術(shù)談判為例(以下簡(jiǎn)稱“本案例”)，介紹工藝系統(tǒng)專業(yè)在催化劑技術(shù)談判中的注意事項(xiàng)。

1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1 流程說明

本案例的流程見圖1。

圖1 碳四加氫反應(yīng)流程圖

從界區(qū)來的混合碳四進(jìn)入進(jìn)料罐，經(jīng)進(jìn)料泵升壓與氫氣在混合器中混合后進(jìn)反應(yīng)器，反應(yīng)后的物料進(jìn)碳四加氫分離罐除去不凝氣體，經(jīng)碳四循環(huán)泵和循環(huán)冷卻器換熱，利用聚結(jié)器除水后，一部分循環(huán)回反應(yīng)器，另一部分作為產(chǎn)品送裂解爐裂解。由于碳四加氫屬于強(qiáng)放熱反應(yīng)，通常選擇的循環(huán)流量遠(yuǎn)大于新鮮進(jìn)料量。在技術(shù)談判過程中共有四家催化劑供貨商參加，簡(jiǎn)稱為廠家A，B，C，D(文中以此為序進(jìn)行說明)。

1.2 產(chǎn)品規(guī)格和反應(yīng)器尺寸

出口產(chǎn)品指標(biāo)要求烯烴含量＜10 wt%(期望值為＜5 wt%)，雙烯烴含量為痕量。

反應(yīng)器床層允許的最大壓降＜300 kPa

該反應(yīng)器內(nèi)徑為2800mm，切線到切線距離為11200mm。

2 技術(shù)談判注意事項(xiàng)

2.1 校核土建基礎(chǔ)荷載

技術(shù)談判中需考慮設(shè)計(jì)文件中的土建基礎(chǔ)是否可以承載催化劑廠家要求的催化劑重量，兩者出入較大時(shí)，需進(jìn)行核算。對(duì)于有內(nèi)件支撐(格柵、約翰遜網(wǎng))的反應(yīng)器，還需校核選擇的催化劑重量是否超出內(nèi)件的承載能力，如果超出則需催化劑廠家進(jìn)行調(diào)整。本案例中無內(nèi)件支撐，無需考慮此問題。

設(shè)計(jì)文件中催化劑總重量為28.7t，裝填高度為9.8m，土建基礎(chǔ)的最大催化劑承載重量為50.5t，反應(yīng)器底部充滿瓷球。在廠家技術(shù)文件中，B廠家裝填的催化劑重量為23.56t(堆密度0.68t/ m3)，裝填高度為5.64m，與原設(shè)計(jì)9.8m偏差較大，需要額外裝填的瓷球高度為4.16m(堆密度2.3t/m3)，裝填的催化劑和瓷球總重量為82.45t，超出基礎(chǔ)的承載能力，要求B廠家調(diào)整，減少催化劑和瓷球的總重。經(jīng)過廠家增加級(jí)配材料高度，使催化劑裝填高度為7.9m，如選擇普通瓷球時(shí)，其裝填總重量為60t，仍超出土建基礎(chǔ)的承載，經(jīng)商討，B廠家裝填低密度瓷球(堆密度＜1.4 t/ m3)，其催化劑和瓷球總重量滿足基礎(chǔ)載荷要求。初始和最終技術(shù)文件中催化劑重量和裝填高度對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 催化劑裝填重量和高度對(duì)比結(jié)果

2.2 校核換熱器的換熱能力

由于不同的催化劑廠家選擇循環(huán)流量和進(jìn)出口溫度并不相同，需要根據(jù)催化劑廠家的技術(shù)文件核算換熱器的加熱或冷卻能力，檢查換熱面積、循環(huán)冷卻水用量、加熱蒸汽用量等是否滿足要求，不滿足時(shí)則需催化劑廠家進(jìn)行調(diào)整。在催化劑燒焦過程中，注意電加熱器或工業(yè)爐是否具有足夠負(fù)荷，檢查廠家提供技術(shù)方案是否合理。常見問題有:開車還原時(shí)使用純氫氣，會(huì)使開車成本增加;氮?dú)鉄嶂递^低，一般升溫不易過高，溫度較高時(shí)需要切換為蒸汽加熱。

設(shè)計(jì)文件中，反應(yīng)器初期進(jìn)出口溫度分別為42℃、67℃，公用工程中的循環(huán)冷卻水進(jìn)出口溫度分別為32℃、42℃。在B廠家技術(shù)文件中，要求反應(yīng)器進(jìn)出口溫度分別為40℃、80℃，流量為350.8t/h。經(jīng)核算，循環(huán)物料冷卻器的換熱面積滿足要求，但冷卻水由781t/h增加至1248.8t/h，循環(huán)冷卻水供水量達(dá)不到要求，為解決此問題，要求催化劑廠家按照統(tǒng)一的進(jìn)出口溫度做技術(shù)方案，在滿足產(chǎn)品性能要求的情況下，反應(yīng)器循環(huán)物料溫度不低于47℃(初期)，反應(yīng)器出口溫度不高于100℃(末期)，經(jīng)核算廠家技術(shù)文件，換熱器負(fù)荷可以滿足要求，其進(jìn)出口溫度對(duì)比見表2。

表2 換熱器進(jìn)出口溫度比對(duì)(℃)

2.3 校核泵的能力

由于催化劑廠家要求的循環(huán)物料量不同，需要校核泵滿足循環(huán)量要求時(shí)的流量是否低于泵廠家的最小流量，當(dāng)流量與正常流量偏差較大時(shí)，應(yīng)檢查泵的性能曲線，校核泵的揚(yáng)程，檢查泵是否處于最佳工作點(diǎn);當(dāng)揚(yáng)程變化較大，需要檢查管路中調(diào)節(jié)閥壓降是否合適;當(dāng)泵嚴(yán)重偏離最佳工作點(diǎn)時(shí)，需催化劑廠家調(diào)整循環(huán)物料量。

已經(jīng)訂貨的碳四循環(huán)泵，其流量為1360.6m3/ h，揚(yáng)程為301m，在泵廠技術(shù)文件中，其最小流量為660m3/h(外送產(chǎn)品流量為62 m3/h)。在技術(shù)文件中，D廠家的最小循環(huán)流量為400m3/h，泵流量為462m3/h，低于泵的最小流量要求，D廠家經(jīng)過計(jì)算修改最小循環(huán)流量為802m3/h。經(jīng)檢查碳四循環(huán)泵的性能曲線，發(fā)現(xiàn)其性能曲線較平滑，泵的揚(yáng)程變化較小，可正常工作。最終泵流量對(duì)比結(jié)果見表3。

2.4 校核活化、再生工況的氫氣、蒸汽用量及步驟

工業(yè)應(yīng)用中，催化劑常以氧化態(tài)或預(yù)還原鈍化態(tài)的形式供貨，使用前須用氫氣還原，恢復(fù)其活性［2］。當(dāng)出口產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)不到要求或床層阻力降大于規(guī)定值時(shí)，則需對(duì)催化劑進(jìn)行再生，即利用蒸汽和氧氣的混合物燃燒掉其上聚集的聚合物或者焦炭沉積物。

表3 泵流量對(duì)比結(jié)果(m/h)

技術(shù)談判過程中，需要重視活化、再生步驟，檢查系統(tǒng)設(shè)置是否滿足還原、活化再生的要求。注意開車還原階段需要的還原氫氣用量，當(dāng)外供氫氣量不足時(shí)，建議通過延長(zhǎng)還原時(shí)間達(dá)到還原要求;注意催化劑廠家對(duì)催化劑還原、再生合格的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是否有相應(yīng)檢驗(yàn)手段。本案例統(tǒng)一采用氮?dú)夂蜌錃庾鳛榛罨瘹怏w，中壓蒸汽作為燒焦升溫介質(zhì)，由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)未考慮檢驗(yàn)催化劑活化再生合格的手段，在規(guī)定保證還原/再生氣體中的氫氣/氧氣含量的前提下，通過設(shè)定時(shí)間來保證催化劑還原、再生合格。

2.5 校核反應(yīng)器床層壓降

催化劑的粒徑、裝填方式、強(qiáng)度和結(jié)焦等性能會(huì)影響反應(yīng)器床層壓降［3］，設(shè)計(jì)文件中通過規(guī)定最大允許壓降，避免催化劑床層壓降過大。本案例允許的催化劑床層最大壓降小于300kPa。在技術(shù)談判中應(yīng)校核催化劑廠家保證的壓降是否滿足設(shè)計(jì)要求，由于各催化劑廠家提供的催化劑裝填量和循環(huán)量都不同，其床層壓降和系統(tǒng)壓降也不同，需要逐一核算壓降是否滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮初期/末期的反應(yīng)器床層壓降。對(duì)于本案例，各催化劑廠家的壓降保證值均滿足設(shè)計(jì)要求，其反應(yīng)器內(nèi)流量和壓降對(duì)比見表4。

表4 循環(huán)量和床層壓降對(duì)比

2.6 其他

涉及到催化劑裝填時(shí)，要求工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員考慮裝填方案是否方便施工，需注意廠家的特殊要求。本案例中，A廠家要求催化劑采用密相裝填，其余廠家則采取布袋裝填，如選用A廠家，則要求施工單位具有相應(yīng)能力，且全廠只有此反應(yīng)器采用密相裝填，給施工帶來不便。在談判中可要求廠家免費(fèi)提供裝填機(jī)具，并指導(dǎo)裝填。

施工圖階段已經(jīng)確定反應(yīng)器床層測(cè)溫點(diǎn)分布，由于B廠家的催化劑裝填量較少，底部1.9m的空間裝滿瓷球，有兩層熱電偶不起作用，一旦選用，還需工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員修改邏輯控制。

當(dāng)循環(huán)流量較低時(shí)，需要檢查分布器的分布效果，避免出現(xiàn)溝流，偏流現(xiàn)象，核對(duì)本案例中各家技術(shù)文件，發(fā)現(xiàn)D廠家要求的循環(huán)流量最小，為377t/h，此時(shí)反應(yīng)器入口流量為原設(shè)計(jì)值的57%，需分布器廠家核算，經(jīng)核算該分布器能夠正常工作。

設(shè)計(jì)文件中，已有催化劑正常和再生工作時(shí)的報(bào)警值和連鎖值，實(shí)際談判中仍需廠家根據(jù)其催化劑特性提供報(bào)警值和聯(lián)鎖值，并將此數(shù)據(jù)交儀表專業(yè)組態(tài)，此外還需催化劑廠家提供方便開展后續(xù)工作的文件，如惰性球規(guī)格、催化劑的安全數(shù)據(jù)表等。

3 結(jié)語

對(duì)于本案例，經(jīng)綜合分析，認(rèn)為廠家A提供的催化劑能較好地滿足土建基礎(chǔ)、內(nèi)件載荷、泵流量、床層壓降等的技術(shù)要求。對(duì)于完成施工圖設(shè)計(jì)的新裝置和老廠催化劑更新的談判，要在設(shè)備和原設(shè)計(jì)方案不發(fā)生變動(dòng)或者較小改動(dòng)的情況下進(jìn)行，檢查現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)置能否滿足廠家要求;對(duì)于在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段開展的催化劑談判，可通過調(diào)整土建基礎(chǔ)、內(nèi)件強(qiáng)度、泵的流量等來滿足催化劑廠家要求。

總之，在技術(shù)談判中，需要工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員仔細(xì)檢查、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，防止在后期出現(xiàn)工藝系統(tǒng)設(shè)置不滿足催化劑技術(shù)方案要求的情況，在談判中需逐項(xiàng)確認(rèn)，避免遺漏，在催化劑性能滿足產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，使選擇的催化劑確保反應(yīng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1 王保國，王春艷，李慧泉，石磊譯．化工過程設(shè)計(jì)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002．

2 黃仲濤．工業(yè)催化劑手冊(cè)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

3 付自岳．汽油加氫反應(yīng)器床層壓降升高的原因及對(duì)策［J］．河南化工，2008(5):34－36．

By the instance of technical negotiation for C4 hydrogenation catalyst，introduce the points for attention in technical negotiation of catalyst by process system discipline，including check the conditions of the civil foundation，materialscirculationrate，pumpflowrequirements，activation and regeneration conditions and other issues，in order to make the selected catalyst meet the production and design requirements．

Attentions to Process System Discipline in Catalyst Technical Negotiation

Guo Kelun，et al
(China Huanqiu Contracting＆Engineering Corporation，Beijing 100029)

catalystactivationregeneration conditionsbed pressure dropprocess systemtechnical negotiation

*郭克倫:工程師。2008年畢業(yè)天津大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)。從事乙烯裝置的工藝設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話:13810556587，E－mail:guokelun @hqcec.com。

2011－11－02)