2+2 疊置式反應(yīng)器在廣西石化220 萬(wàn)t/a 連續(xù)重整裝置中的應(yīng)用

李國(guó)沖

(中國(guó)石油廣西石化公司，廣西 欽州 535008)

中國(guó)石油廣西石化公司220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置（簡(jiǎn)稱CCR）以上游輕烴回收裝置提供的精制石腦油為原料生產(chǎn)高辛烷值汽油組分，同時(shí)還副產(chǎn)含氫氣體、C5組分（液化氣）等產(chǎn)品。其C5+重整生成油的辛烷值按RON102 設(shè)計(jì)，該裝置為目前國(guó)內(nèi)最大的連續(xù)重整裝置之一，于2010 年9 月6 日一次開車成功，是國(guó)內(nèi)第39 套投產(chǎn)的連續(xù)重整裝置。

本套裝置的主要特點(diǎn)之一是其4 個(gè)反應(yīng)器首次采用了并列2 臺(tái)+2 臺(tái)疊置式反應(yīng)器，物流為上進(jìn)上出(即中心管上流式)，這樣設(shè)計(jì)降低了反應(yīng)-再生構(gòu)架的高度，節(jié)省了投資，方便了施工、檢修和操作。

1 反應(yīng)器主要特點(diǎn)

1.1 反應(yīng)器的布置

UOP 工藝裝置傳統(tǒng)上采用四合一的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式，在工業(yè)化上有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，但隨著連續(xù)重整規(guī)模的不斷擴(kuò)大，四合一單系列結(jié)構(gòu)形式的連續(xù)重整反應(yīng)器高度不斷增加，反應(yīng)器壁厚度也不斷增厚，這給反應(yīng)器制造、運(yùn)輸、安裝、檢修都造成了極大的困難。就UOP 專利技術(shù)而言，“2+2”疊置式的布置形式在工藝上完全可行，同時(shí)也有著工業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)。廣西石化220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置的反應(yīng)器尺寸很大，若采用4 臺(tái)疊置式，總體高度高，設(shè)備制造、運(yùn)輸和安裝難度較大，同時(shí)煉廠所在地為臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，風(fēng)力載荷大，土建施工費(fèi)用非常高，因此根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)為2 臺(tái)+2 臺(tái)疊置式反應(yīng)器的布置結(jié)構(gòu)，即還原段、一反和二反疊置在一起，緩沖段、三反和四反疊置在一起，并列布置。采用此種方案，設(shè)備總高度降低到45m 左右，設(shè)備筒體器壁相對(duì)較薄，總重量減輕，但占地面積較大，另外增加了一套反應(yīng)器催化劑器間提升系統(tǒng)。兩種反應(yīng)器布置方案對(duì)比見表1。

表1 反應(yīng)器布置方案對(duì)比

1.2 扇形筒形式

連續(xù)重整反應(yīng)器均為徑向反應(yīng)器，其內(nèi)件扇形筒是關(guān)鍵部件之一，是高溫原料油氣進(jìn)入催化劑床層并均勻分配的通道。傳統(tǒng)的扇形筒為“D 形”結(jié)構(gòu)，此種扇形筒機(jī)械強(qiáng)度低，扇形筒間催化劑存在死區(qū)，催化劑利用效率低。本裝置設(shè)計(jì)中首次采用Johnson Screens 公司優(yōu)化的“梯形”結(jié)構(gòu)扇形筒（OptiMiserTM），結(jié)構(gòu)形式及實(shí)物如圖1、圖2。

這種結(jié)構(gòu)是Johnson Screens 和有關(guān)工藝專利商共同開發(fā)的扇形筒，它結(jié)合了外籃式結(jié)構(gòu)和“D 形”扇形筒的安裝和維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，保證了均勻的床層厚度，從而使床層接觸范圍最大化。與“D 形”扇形筒相比，優(yōu)化的“梯形”扇形筒還有如下優(yōu)點(diǎn)：

圖1 “梯形”和“D 形”扇形筒結(jié)構(gòu)形式圖

圖2 “梯形”扇形筒實(shí)物與安裝效果圖

（1）機(jī)械強(qiáng)度更大，能夠滿足在更差的工藝條件下使用，使用壽命長(zhǎng)?？膳c反應(yīng)器本體的停車檢修時(shí)間一致，保證了裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的長(zhǎng)周期，從而為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)周期節(jié)約了成本；

（2）催化劑在每一水平床層都是均勻的厚度，在扇形筒之間沒有死區(qū)，無(wú)堆積炭，催化劑的使用效率更高；

（3）扇形筒橫截面積大，流體分布更好，創(chuàng)造了高流量環(huán)境。

（4）更好的壓縮和抗爆性能，軸向縫隙和光滑的絲網(wǎng)確保催化劑在工作中沿床層流動(dòng)時(shí)不被磨損。

1.3 冷態(tài)提升系統(tǒng)

由于廣西石化220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置反應(yīng)器一、二反直徑達(dá)到2700mm，三、四反為2800mm，由環(huán)境溫度向正常操作溫度升溫時(shí)，它的長(zhǎng)度和直徑的膨脹是值得注意的。隨著反應(yīng)器的膨脹，還原區(qū)催化劑依靠重力向下流入反應(yīng)器，填充反應(yīng)器增加的容積。當(dāng)反應(yīng)器變冷時(shí)，反應(yīng)器和催化劑都冷縮，但催化劑仍比升溫前體積增加了。催化劑之間粒子摩擦阻止了催化劑的流動(dòng)，催化劑床層更傾向于擠壓緊縮的反應(yīng)器。催化劑由于膨脹產(chǎn)生對(duì)中心管和扇形筒施加的壓力稱為“床層壓力”。一般情況下扇形筒有足夠的伸縮能力防止床層壓力損壞反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，但有時(shí)床層壓力會(huì)導(dǎo)致扇形筒變形和中心管損壞。

為了防止上述情況的發(fā)生，UOP 設(shè)計(jì)了冷態(tài)模式系統(tǒng)，并在廣西石化連續(xù)重整裝置上應(yīng)用，這樣在任何情況下，都可以提升疊式反應(yīng)器底部的催化劑。而冷態(tài)模式缺點(diǎn)是把氮?dú)庖敕磻?yīng)器及循環(huán)的待生催化劑會(huì)“二次結(jié)焦”。當(dāng)“二次結(jié)焦催化劑”最終進(jìn)入再生系統(tǒng)時(shí)，CRCS 會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒操作員。

2 開工過(guò)程中的問題

廣西石化220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置于7 月24日至7 月30 日進(jìn)行了反應(yīng)器干燥、四合一爐烘爐及余熱鍋爐煮爐工作，烘爐結(jié)束后，UOP 對(duì)反應(yīng)器（R101 R104）和再生器（R201）進(jìn)行了檢查，檢查發(fā)現(xiàn)4 個(gè)反應(yīng)器扇形桶均有不同程度的變形、彎曲、懸空等現(xiàn)象。

分析原因是多方面的，下面列舉了有可能造成上述問題的一些原因：

(1)扇形桶在安裝過(guò)程中本身產(chǎn)生了形變，發(fā)生了彎曲；

(2)扇形桶與密封板之間的間隙過(guò)小，在升溫過(guò)程中不能很好地吸收熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力；

(3)扇形桶升氣管與花盤之間間隙過(guò)小，產(chǎn)生阻力，致使扇形桶不能自由伸縮；

(4)由于烘爐期間控制爐膛升溫速率十分困難，尤其在點(diǎn)爐初期，升溫速率達(dá)到50℃·h-1，這可能導(dǎo)致反應(yīng)器受熱不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力；

(5)烘爐期間反應(yīng)器的運(yùn)行條件和正常運(yùn)行時(shí)是不一樣的，正常運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器內(nèi)已經(jīng)裝填了催化劑，可以對(duì)扇形桶產(chǎn)生一定的支撐力。

隨后，在UOP 的建議下，設(shè)備安裝單位對(duì)反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行了修復(fù)，包括將扇形筒復(fù)位到支撐圈上，調(diào)整壓條的間隙，將變彎的密封板弄平，把緊螺栓。UOP 建議，在裝置運(yùn)行后，為防止扇形筒再次卡住，應(yīng)該盡其所能控制好升溫和降溫速度。

3 標(biāo)定期間的反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)

廣西石化220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置于2010年12 月13 日14:00 時(shí)至2010 年12 月15 日14:00時(shí)進(jìn)行了裝置滿負(fù)荷標(biāo)定工作，用以考察裝置在設(shè)計(jì)的加工負(fù)荷下能否平穩(wěn)運(yùn)行，操作是否平穩(wěn)以及各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。表3 列出了反應(yīng)器的有關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

反應(yīng)器平均壓力的UOP 保證值為3.5 kg·cm-2(g)，實(shí)際測(cè)得的反應(yīng)器平均壓力為4.4 kg·cm-2(g)，該數(shù)值高于保證值的原因至少有兩個(gè)，一是實(shí)際的操作壓力是以所測(cè)量的反應(yīng)器出入口壓力為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，這樣用壓力表測(cè)量壓力的準(zhǔn)確性是無(wú)法保證的，一些壓力表位于平臺(tái)6m 以上的地方，非常難以讀取，從這么遠(yuǎn)的距離讀數(shù)是很容易出錯(cuò)的。另外，一般來(lái)說(shuō)壓力表精度較低，這點(diǎn)從反應(yīng)器的差壓和DCS 的差壓讀數(shù)的差異中也能看出來(lái)，結(jié)果詳見表4。

其次，混合進(jìn)料換熱器（板換E101）出口側(cè)和產(chǎn)物冷凝器A101 的壓降也非常大，這兩個(gè)設(shè)備的壓降都超出了設(shè)備的設(shè)計(jì)壓降，實(shí)際壓降和設(shè)計(jì)壓降之間的差值就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)壓力偏高，結(jié)果詳見表5。

表2 反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件檢查問題匯總表

表3 反應(yīng)器相關(guān)標(biāo)定數(shù)據(jù)表

表4 反應(yīng)器平均壓力表

4 總結(jié)

2+2 疊置式反應(yīng)器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用尚屬首次，從廣西石化220 萬(wàn)t·a-1連續(xù)重整裝置運(yùn)行來(lái)看基本滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到了理想的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也為分列式布置反應(yīng)器將來(lái)更好的發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件采用的“梯形”結(jié)構(gòu)扇形筒在干燥過(guò)程中出現(xiàn)了一系列問題，需要進(jìn)一步深層次分析原因，以供同類裝置借鑒。