重整裝置運行末期存在問題分析及對策

李俊飛 ， 湯　帥 ， 宋華偉 ， 劉艷偉

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽　471012)

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重整裝置運行末期存在問題分析及對策

李俊飛 ， 湯帥 ， 宋華偉 ， 劉艷偉

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽471012)

介紹了中國石化洛陽分公司70萬t/a連續(xù)重整裝置的基本概況，分析了裝置長周期運行后期存在的重整催化劑燒焦困難、裝置負荷受限、重整反應(yīng)加熱爐熱效率下降、重整預(yù)分餾塔分離精度差、預(yù)分餾塔換熱器換熱效率下降等問題，找到了問題存在的主要原因，對這些裝置運行中存在的典型難題提出了改進措施或檢修方案，再生燒焦困難、裝置負荷受限、預(yù)分餾塔精度下降的問題經(jīng)過檢修和優(yōu)化得到了改善，重整反應(yīng)加熱爐熱效率低的問題也提出了解決措施，通過優(yōu)化確保了裝置長周期平穩(wěn)安全運行，并為裝置下一周期運行提供了寶貴經(jīng)驗。

連續(xù)重整 ； 運行末期 ； 問題 ； 對策

中石化洛陽分公司70萬t/a連續(xù)重整裝置原設(shè)計采用法國IFP一代技術(shù)，設(shè)計為汽油型，2000年調(diào)整為芳烴型，處理量降到50萬t/a。為提高裝置處理量，2005年6月，采用國產(chǎn)連續(xù)重整技術(shù)(SLCR)進行了擴能改造，其中重整反應(yīng)系統(tǒng)由“三爐三反”改為“四爐四反”，重整第二反應(yīng)加熱爐H201B單獨設(shè)置；催化劑再生系統(tǒng)更新為國產(chǎn)連續(xù)再生技術(shù)。改造后裝置處理量達到70萬t/a，增加了重整生成油芳烴含量和氫氣產(chǎn)率，滿足了生產(chǎn)需要，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

2011年大檢修后，通過不斷的攻關(guān)優(yōu)化，裝置加工量逐步提高到100 t/h，達到設(shè)計負荷的114%。2012、2013年裝置加工量平均負荷達到設(shè)計負荷的105%，2015年雖然分公司實行了低負荷生產(chǎn)加工方案，但重整裝置依然維持著較高的負荷運行。重整裝置經(jīng)歷第一次四年一度的大檢修，在裝置長周期運行的后期，存在重整催化劑燒焦困難、重整反應(yīng)加熱爐熱效率下降、重整預(yù)分餾塔分離精度差、預(yù)分餾塔換熱器換熱效率下降等問題，本文針對這些問題進行分析，并提出了改進措施和檢修方案。

1　裝置運行末期出現(xiàn)問題及對策

1.1催化劑燒焦困難，裝置負荷受限

1.1.1問題

催化劑的再生狀況直接影響到催化劑活性的恢

復(fù)度，也制約著重整負荷的提高。裝置自2011年大檢修開工以來，再生燒焦峰溫逐漸下移，如圖1所示，在待生催化劑碳含量基本不變的情況下，峰溫已從燒焦區(qū)的上30%位置下移至53%位置，轉(zhuǎn)移至主燒焦區(qū)下部。如果峰溫持續(xù)下移，部分未完全燒焦的催化劑(黑劑)進入到氧氯化區(qū)，氧氯化區(qū)的高溫高氧條件會使催化劑發(fā)生劇烈的燒焦反應(yīng)，引起催化劑燒結(jié)失活和再生器損壞。自2015年5月份以來，受制于再生器燒焦溫度，重整反應(yīng)催化劑的循環(huán)速率從90%下降至70%左右，重整負荷也從95%下降至86%，裝置負荷嚴重受限。

圖1　燒焦床層不同位置溫度趨勢圖

1.1.2原因分析

2011年大檢修，重整裝置再生器中心筒因多次跑劑進行了整體更新，新中心筒結(jié)構(gòu)和焊接工藝皆進行了改造，外網(wǎng)與內(nèi)筒為分體結(jié)構(gòu)，外網(wǎng)采用無縱焊縫條篩網(wǎng)，以便提高抗溫度波動和抗沖擊的能力，外網(wǎng)孔隙率由16%下降到12%，為保護新筒頂部橫向焊縫，增加了600 mm高度的沖孔網(wǎng)，導(dǎo)致頂部孔隙率進一步下降，經(jīng)過長周期運行，沖孔網(wǎng)位置可能會發(fā)生堵塞，造成循環(huán)氣流通不暢，燒焦能力減弱，使催化劑在頂部燒焦不徹底，燒焦峰溫整體下移。

1.1.3處理對策

為了消除再生系統(tǒng)燒焦存在的隱患，保證催化劑活性，車間利用再生系統(tǒng)停工更換高溫脫氯劑的時機，對再生器中心筒進行檢查。

再生停工之后，將中心筒上提，發(fā)現(xiàn)沖孔網(wǎng)堵塞嚴重，沖孔網(wǎng)堵塞造成再生燒焦氣無法與催化劑順利接觸，形成局部死區(qū)，造成催化劑燒焦反應(yīng)不完全，部分黑劑下移，引起再生燒焦峰溫下移，制約了催化劑的活性恢復(fù)速度，這樣惡性循環(huán)，嚴重影響了催化劑的再生速度和再生反應(yīng)的正常進行，也間接限制了裝置負荷的恢復(fù)，在經(jīng)過仔細分析和研究后，將沖孔網(wǎng)的網(wǎng)狀護板割除，保留了頂部實心護板。將沖孔網(wǎng)網(wǎng)狀護板割除后，也將下部部分堵塞的約翰遜網(wǎng)進行了處理，保證燒焦氣不會出現(xiàn)斷路或者偏流情況。圖3是再生檢修完畢開工后的燒焦區(qū)域53%處的溫度變化趨勢，從圖中可以看到，在檢修之后，溫度下降明顯，這說明再生燒焦氣斷路和偏流的情況得到了明顯改善，通過檢修，催化劑的速率也可以恢復(fù)到90%，裝置的負荷也可以恢復(fù)到94%。

圖2　檢修完畢開工后的燒焦區(qū)域53%處溫度趨勢圖

1.2預(yù)分餾塔分離精度低

1.2.1問題

重整裝置雖然經(jīng)過了多次改造，預(yù)處理單元并沒做有大的變動，隨著重整進料量的增加，預(yù)處理單元加工負荷也逐步增大，特別是經(jīng)歷了2013、2014年超負荷生產(chǎn)后，預(yù)分餾塔的塔板效率下降，雖然2015年恢復(fù)了正常負荷，但是由于已經(jīng)到運行末期，預(yù)分餾塔的分離精度依然較低，主要表現(xiàn)為：一是拔頭油帶重組分，許多適合做重整原料的C6以上組分被攜帶進化工輕油中，造成了大量芳烴潛體的損失，也額外增加了化工輕油產(chǎn)量，造成經(jīng)濟損失。二是重整進料初餾點低，無效組分含量較高，引起重整芳烴產(chǎn)率、純氫產(chǎn)率下降。

1.2.2原因分析

隨著煉油行業(yè)發(fā)展，石腦油輕質(zhì)化趨勢明顯，造成重整預(yù)分餾塔負荷提高，而預(yù)分餾塔(C101)采用老式的浮閥塔板設(shè)計，已經(jīng)不能夠適應(yīng)現(xiàn)在煉油行業(yè)的發(fā)展需要。另外，C101塔板使用年限較長，在2012年7月曾打開預(yù)分餾塔人孔及通道板檢查，發(fā)現(xiàn)其塔盤降液槽內(nèi)淤泥較多，塔盤上浮閥銹蝕卡塞較多，雖然經(jīng)過了清理修復(fù)，但是又經(jīng)過了三年的高負荷運行，而且在實現(xiàn)常壓石腦油熱料直供后，由于沒有經(jīng)過罐區(qū)的沉降分離過程，也會造成固體雜質(zhì)進入預(yù)分餾塔系統(tǒng)，引起塔板堵塞以及換熱器熱效率下降等諸多問題，這也直接影響到了預(yù)分餾塔C101的分離精度。

1.2.3應(yīng)對措施

1.2.3.1優(yōu)化操作，調(diào)整預(yù)分餾反應(yīng)參數(shù)，最大限度保證C101分離效率

根據(jù)預(yù)分餾塔負荷，提高預(yù)分餾塔C101回流比，盡量提高分離精度。由于回流量增大，塔底重沸爐負荷升高，難以維持塔底溫度而保證重整進料組分的有效性，所以只能采取卡邊操作，根據(jù)C101頂冷卻負荷適當提高直供原料的溫度，進而提高C101進料溫度，減小塔底重沸爐負荷，在提高回流比的同時保證塔底溫度。根據(jù)優(yōu)化思路，對C101各參數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整前后的參數(shù)變化見表1。優(yōu)化前后拔頭油終餾點和重整進料初餾點變化趨勢見圖3。

表1　調(diào)整前后C101操作參數(shù)

圖3　拔頭油終餾點和重整進料初餾點變化趨勢

表2　物料平衡及拔頭油組成對比

1.2.3.2對石腦油流程優(yōu)化，C101塔盤進行更新，從根源上解決問題

為了提高石腦油利用率，提高異戊烷產(chǎn)率，在最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備的前提下，考慮在大檢修時對石腦油流程進行優(yōu)化改造，并對預(yù)分餾塔C101進行徹底更新，流程如圖4所示。常壓石腦油及直柴石腦油經(jīng)T3302進行穩(wěn)定后，拔出石腦油中液化氣組分，液化氣組分直接去脫硫，穩(wěn)定后石腦油進入現(xiàn)在預(yù)分餾塔C101(脫戊烷塔)，將C5組分拔出后進入C202，實施正異分離，異戊烷進催化吸收穩(wěn)定調(diào)和汽油。脫戊烷塔C101底部C6以上組分經(jīng)預(yù)加氫精制后做重整原料。

圖4　石腦油加工流程

通過實施石腦油流程調(diào)整后，重整預(yù)分餾塔C101負荷將大幅降低，塔底再沸爐及預(yù)加氫進料爐負荷也將得到緩解，由于更換了新的塔盤，C101的分離效率也會大幅提高。

1.3重整反應(yīng)加熱爐排煙溫度高

1.3.1問題

自2011年大檢修以來，重整裝置處理量不斷增大，重整反應(yīng)加熱爐排煙溫度不斷升高。重整4 臺反應(yīng)加熱爐的排煙溫度在158 ℃左右，而加熱爐露點腐蝕溫度均在100 ℃以下，加熱爐排煙溫度遠高于煙氣露點溫度，造成了很大部分的能源浪費，也嚴重影響了加熱爐的熱效率。

1.3.2優(yōu)化思路

3.2.1 導(dǎo)尿管 導(dǎo)尿管的材質(zhì)主要有乳膠、硅膠和聚四氯乙烯3種，并有鍍銀、呋喃西林及水凝膠等不同涂層［1］。乳膠和硅膠的導(dǎo)尿管相比，對于預(yù)防UTI的效果無顯著差異，而鍍銀的聚四氯乙烯乳膠導(dǎo)尿管則能夠降低UTI的發(fā)生率。此外，鍍銀的導(dǎo)尿管和硅膠涂層的導(dǎo)尿管相比，前者仍然表現(xiàn)出更好的預(yù)防UTI效果。因此，使用鍍銀的導(dǎo)尿管可以降低導(dǎo)尿管相關(guān)性菌尿癥的發(fā)生率(B級推薦)［4］。但鍍銀導(dǎo)尿管成本較高，影響其推廣應(yīng)用，對于其適用的患者類型及其應(yīng)用的成本效益分析方面目前尚無進一步的研究。

根據(jù)燃料介質(zhì)和煙氣實際組分，煙氣排煙溫度控制在110 ℃左右，既能保證余熱回收系統(tǒng)不受煙氣露點腐蝕，也可以大幅度提高加熱爐運行熱效率。因此，利用2015年大檢修計劃對重整反應(yīng)加熱爐進行優(yōu)化改造，提高加熱爐熱效率，降低能耗，主要措施如下：

對重整裝置加熱爐余熱回收系統(tǒng)進行節(jié)能改造。在加熱爐聯(lián)合煙囪旁設(shè)置一臺高溫?zé)煔鈹_流子+低溫鑄鐵組合式換熱器。通過抽出對流室擴面管的方案，減少對流余鍋部分的中壓蒸汽產(chǎn)量，來提高煙氣出對流室溫度，為余熱回收系統(tǒng)提供更多熱量。重整加熱爐對流室為余熱鍋爐，通過輻射室出來的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生蒸汽，相當于燃燒燃氣產(chǎn)蒸汽，發(fā)汽成本較高。如果將煙氣熱焓轉(zhuǎn)化為加熱爐助燃空氣熱焓，加熱爐處理量恒定的工況下，將大大節(jié)省燃氣的消耗量，達到節(jié)能的效果。因此，本方案通過抽去對流擴面管的方案將對流室出口煙氣提高到300 ℃左右，通過減少對流傳熱面積來控制對流余鍋部分產(chǎn)汽量，同時利用組合式空氣預(yù)熱器的換熱將對流出口煙氣溫度由300 ℃降至110 ℃，煙氣熱量用來預(yù)熱加熱爐燃燒器助燃空氣。采取減少燃氣發(fā)蒸汽的途徑節(jié)省燃氣耗量(燃氣發(fā)汽成本較高)，以達到節(jié)能的效果。為了回收三合一反應(yīng)加熱爐H201A/C/D、重整二反加熱爐H201B對流室出口300 ℃混合煙氣，本方案擬在加熱爐H201A/C/D旁(或煙囪旁邊)設(shè)置一臺高效擾流子+低溫鑄鐵組合式換熱器。通過組合式換熱器將對流煙氣溫度由300 ℃降至110 ℃，同時將燃燒器助燃空氣溫度由20 ℃加熱至247 ℃左右。

經(jīng)過本次改造，重整加熱爐的熱效率將從原來的89.6%提高到92%，每年可以節(jié)約瓦斯4 968 t，經(jīng)過燃燒計算，可以確定每年將減少93 398 t的煙氣排放，減少9 343 t的CO2排放，減少了39.1 t的SO2排放，有利于環(huán)境的改善。

1.4其它問題

①經(jīng)過長周期運行后，重整進料板殼式換熱器的熱端溫差(殼程入口與板程出口溫差)已從開工初期的25 ℃升高到43 ℃，板殼式換熱器換熱效率下降明顯，另外，重整裝置反應(yīng)進料/產(chǎn)物換熱器采用國產(chǎn)板殼式換熱器，目前應(yīng)用比較廣泛，就應(yīng)用效果來看，節(jié)能效果顯著，但是抗波動能力較差，現(xiàn)在存在輕微內(nèi)漏的可能。②由于預(yù)分餾系統(tǒng)固體顆粒雜質(zhì)沉積較多，造成預(yù)分餾系統(tǒng)進料換熱器換熱效率下降明顯，尤其是第二換熱器E102由于管程堵塞嚴重，已于2014年6月對部分換熱器進行清理，其他換熱器需在大檢修期間進行徹底排查清理。③再生循環(huán)氣體干燥系統(tǒng)M301管線腐蝕嚴重。由于再生系統(tǒng)低溫部位存在濕氯環(huán)境，加上再生干燥系統(tǒng)管線材質(zhì)的限制，造成氯離子應(yīng)力腐蝕減薄嚴重，干燥系統(tǒng)的脫水罐曾出現(xiàn)腐蝕穿透現(xiàn)象，在2015年7月檢測發(fā)現(xiàn)管線最薄處只有2.4 mm，車間利用更換再生高溫脫氯劑的機會，對所有減薄管線進行了更換。④飽和液化氣硫含量高。由于重整裝置預(yù)處理單元采用先分餾后加氫的流程，造成后續(xù)加工產(chǎn)品液化氣中硫含量高，液化氣后續(xù)加工困難，經(jīng)過二催化脫硫后，硫含量依然無法達標。

2　建議

①加強常壓直供石腦油來料監(jiān)控，保證石腦油干點、顏色以及水含量等參數(shù)正常，為了減少直供帶來的固體雜質(zhì)，可以考慮在石腦油直供管線上增加進料過濾器；②嚴格按照板殼式換熱器規(guī)程進行操作，特別是在緊急情況下，應(yīng)盡量使板程和殼程保持溫度變化同步，避免溫差過大，開停車過程中板、殼程應(yīng)均衡平穩(wěn)升降壓，并控制板殼程正、反壓差不超過設(shè)計值0.25 MPa，在具備條件的情況下，將板殼式換熱器更新為進口板換，增加抗沖擊能力；③針對再生循環(huán)氣體干燥系統(tǒng)M301管線腐蝕問題，考慮增上腐蝕檢測系統(tǒng)，及時檢測管線腐蝕程度并進行跟蹤處理，想要從根源上解決問題應(yīng)從兩方面入手：一方面是升級管線材質(zhì)，采用能耐含氯酸性介質(zhì)腐蝕的材料；另一方面是工藝上采取保證上游不會發(fā)生穿氯情況。④建議新上裝置盡量采用全餾分加氫流程，可以有效避免液化氣硫含量高的問題，也可以利用Merox原理，在催化劑作用下將石腦油原料中的小分子硫醇被選擇性轉(zhuǎn)化為大分子的二硫化物，硫化氫選擇性轉(zhuǎn)化為元素硫，通過蒸餾將二硫化物、元素硫留在重石腦油餾分中，蒸餾塔頂獲得低硫飽和液態(tài)烴；原來的輕質(zhì)硫化物轉(zhuǎn)移到重石腦油餾分中，通過加氫精制脫除。

3　結(jié)論

洛陽石化連續(xù)重整裝置在長周期運行末期中雖然出現(xiàn)了一些問題，但經(jīng)過檢修及不斷優(yōu)化，穩(wěn)定了裝置生產(chǎn)，在目前大處理量高苛刻度生產(chǎn)的情況下，運行良好。再生燒焦困難、預(yù)分餾塔精度下降的問題經(jīng)過檢修和優(yōu)化得到了改善；重整反應(yīng)加熱爐熱效率低的問題也提出了解決方案，將在大檢修實施；裝置運行中出現(xiàn)的其他問題也提出相應(yīng)的改進建議。經(jīng)過不斷優(yōu)化查找問題，解決問題，連續(xù)重整裝置實現(xiàn)了長周期高負荷安全平穩(wěn)運行。

1003-3467(2016)06-0041-04

2016-05-21

李俊飛(1984-)，男，工程師，從事催化重整技術(shù)管理工作，E-mail：feijunli@126.com。

TE624.4+2

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