重整壓縮機流量不足原因分析和對策

孔云飛

(中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300)

中海油氣(泰州)石化有限公司100萬t/a逆流移動床連續(xù)重整裝置由中國石化工程建設公司設計，采用中國石化自主研發(fā)的催化劑逆流移動床工藝技術(shù)，是第一套工業(yè)應用裝置。泰州石化100萬t/a逆流移動床連續(xù)重整裝置以直餾石腦油和加氫裂化重石腦油為原料，生產(chǎn)C6+高辛烷值重整生成油、高純氫、戊烷油和液化氣等產(chǎn)品。

泰州石化100萬t/a逆流移動床連續(xù)重整裝置于2016年9月中交，2016年12月裝置一次開車成功。2017年11月7日重整裝置停工進行消缺、優(yōu)化和技改，2017年12月19日裝置投料生產(chǎn)。截止2018年4月18日已累計運行116d。期間因循環(huán)氫壓縮機和增壓機流量不足，重整裝置于2018年3月12日-16日停工搶修，對重整循環(huán)氫壓縮機和重整氫增壓機入口過濾器、再生器約翰遜網(wǎng)、反應器上部過濾器、還原尾氣過濾器及重整產(chǎn)物分離罐破沫網(wǎng)等進行清理、檢修。通過停工整改，壓縮機運轉(zhuǎn)情況得到改善，消除了壓縮機流量不足對重整裝置生產(chǎn)負荷的限制。

1 重整壓縮機運行情況

泰州石化逆流移動床連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機K201、重整氫增壓機K202和重整氫增壓機K203屬于離心式壓縮機，其中K203為兩級增壓。K-201循環(huán)氫離心式壓縮機是逆流移動床連續(xù)重整裝置的核心設備。2017年12月開工后重整處理量基本維持在105t/h(88%負荷)。2018年3月初因重整循環(huán)氫壓縮機流量不足，將重整加工量降至94t/h(79%負荷)。圖1為重整循環(huán)氫壓縮機運行參數(shù)、重整加工量和重整產(chǎn)物分離罐頂部放空控制閥趨勢圖，可看出裝置壓縮機運行參數(shù)和生產(chǎn)負荷的匹配情況：在重整加工量為94t/h(79%負荷)時，壓縮機轉(zhuǎn)速已經(jīng)高達9000 r/min(設計最大連續(xù)轉(zhuǎn)速為9298r/min)，而壓縮機出口循環(huán)氫流量僅為50000Nm3/h左右，根本無法滿足正常的氫油物質(zhì)的量比2.2。由于重整氫增壓機K202轉(zhuǎn)速也已經(jīng)達到最大9300 r/min，而氫氣外送流量僅為40000Nm3/h，由圖1可看出多余產(chǎn)氫由重整產(chǎn)物分離罐PV20601放火炬。這極大地限制了提高重整裝置生產(chǎn)負荷的可操作性，同時也加大了壓縮機高轉(zhuǎn)速運行的風險。

2 重整壓縮機流量不足原因分析及處理

2.1 重整壓縮機入口過濾器等設備堵塞嚴重

自2017年12月開工以來，重整循環(huán)氫壓縮機K201和增壓機K202漸漸出現(xiàn)打量不足的現(xiàn)象。經(jīng)過檢查比對，發(fā)現(xiàn)K201入口過濾器后壓力由正常的0.23MPa降至0.16MPa，K202入口過濾器后壓力由正常0.23MPa降至0.18MPa,K203也有不同程度的降低。2018年3月12日重整裝置停工后分別對重整壓縮機入口過濾器、還原尾氣過濾器、反應器頂部催化劑提升氣過濾器、再生器約翰遜網(wǎng)和重整產(chǎn)物分離罐破沫網(wǎng)等部位的設備構(gòu)件進行拆卸，檢查發(fā)現(xiàn)：如圖2-A所示，壓縮機入口過濾器濾芯有大量的粉塵和催化劑顆粒以及銨鹽，并出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象；如圖2-B所示，反應器頂部過濾器也出現(xiàn)類似情況；如圖2-C所示，粉塵已經(jīng)布滿整個再生器約翰遜網(wǎng)；如圖2-D所示重整產(chǎn)物分離罐破沫網(wǎng)部分損壞，產(chǎn)生較大的裂縫。

圖2 設備檢查情況

2.2 重整催化劑積碳和粉塵量增多

重整裝置開工后催化劑積碳量長期居高，由圖2和圖3可看出：2017年11月停工前重整催化劑積碳量基本處于3%-4%之間，12月份開工后重整催化劑積碳量明顯增多，積碳最多為6.94 %。期間為保證重整反應芳烴轉(zhuǎn)化率和液體收率等指標，重整車間及時提高催化劑循環(huán)速率至100%。另外，重整催化劑粉塵量也由平時的2～4kg/天增加至10kg/d左右。

圖3 停工前待生催化劑含碳量

圖4 開工后待生催化劑含碳量

2.3 重整催化劑積碳和粉塵量增多原因

2.3.1 重整催化劑中毒

2017年12月開工后，上游加氫裂化裝置操作波動大以及重石腦油罐區(qū)氮封失靈等因素造成加氫裂化重石腦油不合格，導致重整進料中多次出現(xiàn)水、氮、硫等超標(如下圖5和圖6所示)，對重整催化劑的活性影響很大。另外，由于泰州石化在蒸汽和天然氣等公用工程方面對外部單位依賴性較高，在外部單位出現(xiàn)事故時，全廠須及時進行緊急停工處理，造成重整裝置進料量多次發(fā)生大幅度變化，對重整催化劑沖擊性較大。這導致催化劑機械強度減弱、活性降低，最終造成催化劑積碳和粉塵量增多，嚴重影響重整裝置長周期平穩(wěn)運行。

圖5 重整進料水含量

圖6 重整進料氮、硫含量

2.3.2 逆流移動床連續(xù)重整的特點

由中國石化工程建設公司設計的逆流移動床連續(xù)重整工藝改變傳統(tǒng)的催化劑在反應器之間的流動順序，使之與重整反應物料逆向流動，即所謂的催化劑逆流輸送——經(jīng)過再生器再生后的催化劑先提升輸送至最后一個重整反應器四反，并依次輸送并通過三反和二反，最后至一反，待生催化劑再從一反提升至再生器，從而完成整個催化劑的循環(huán)。催化劑逆壓差輸送靠的是設在反應器上部高位緩沖料斗和反應器上部料斗組合方式實現(xiàn)的[1]。緩沖料斗與反應器上部料斗之間30米下料管通過催化劑重力輸送。

泰州石化連續(xù)重整配置為4個并列布置的重整反應器和1個再生器，再生器的操作壓力介于一反和四反之間，反應物流動方向為：一反二反三反四反，而催化劑輸送循環(huán)方向為：再生器四反三反二反一反再生器。其流程示意圖見圖7。

(1) 開工建立重整催化劑循環(huán)時發(fā)生催化劑提升管線堵塞問題，發(fā)現(xiàn)三反催化劑提升二次氣投用前，三反催化劑提升壓差已達到了30kPa(正常值為14kPa左右)，導致三反催化劑無法提升。車間判斷三反催化劑提升管線發(fā)生堵塞，決定對管線進行爆破--從二反上部緩沖料斗頂部給氮氣，在三反底部L閥組后提升管球閥處爆破。經(jīng)過爆破，管線帶出焊渣、鐵絲等雜物，后續(xù)催化劑順利建立循環(huán)。這些雜物遺留在催化劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，加快了催化劑的磨損。

(2) 因催化劑循環(huán)停車時，催化劑會下沉堆實，反應器上部料斗會出現(xiàn)催化劑不滿或空罐情況，導致反應器上部沒有料封。在建立反應器上部密封氣時，密封氣量會瞬間增加，且大部分向上部流動。密封氣流會托住上部料斗催化劑，導致催化劑無法靠自身重力往下流動。由于反應器上部料斗無料位顯示，反應器開始催化劑提升，會造成上部料斗催化劑空罐加劇，造成油氣上串。因此一旦催化劑停車，須及時將反應器上部下料管線球閥關(guān)死。這會造成部分催化劑磨損。因此，催化劑循環(huán)停車的次數(shù)多也會增加催化劑的粉塵量。

(3) 逆流移動床連續(xù)重整催化劑循環(huán)工藝與UOP工藝相比，取消了閉鎖料斗，催化劑循環(huán)輸送都是無閥操作的，在這方面對比催化劑磨損會降低。但是催化劑提升器多了三個、催化劑提升輸送管線長度增加。提升管線用打磨后D-LOCK接頭連接，但打磨的質(zhì)量會直接影響催化劑的磨損情況。

2.4 對策及優(yōu)化措施[2-3]

(1) 停工后對相關(guān)設備和管線進行清理、吹掃和檢修，從而消除限制壓縮機流量的直接因素，保證重整循環(huán)氫壓縮機和增壓機長周期平穩(wěn)運行，滿足裝置生產(chǎn)計劃需求。

(2) 上游加氫裂化裝置加強平穩(wěn)操作，并且儲運罐區(qū)加強對重石腦油罐氮封、帶水情況等檢查，以保證重整進料合格。同時，重整裝置加強對上游裝置加氫裂化重石腦油和罐區(qū)重石腦油質(zhì)量的內(nèi)部監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)重整進料不合格時，及時與加氫裂化裝置和儲運罐區(qū)協(xié)同查找原因，避免重整催化劑再次發(fā)生水、硫、氮等中毒。另外，公司生產(chǎn)指揮中心及時與外部單位加強溝通、協(xié)作，避免類似蒸汽和天然氣等突然出現(xiàn)供量不足而導致的緊急停工事故再次發(fā)生。從而減少對重整催化劑產(chǎn)生的沖擊，減少催化劑積碳和粉化以及系統(tǒng)內(nèi)的銨鹽聚結(jié)，保證重整催化劑的使用壽命。

(3) 由于逆流移動床連續(xù)重整的特點，在開工前期，要保證催化劑提升器上的D-LOCK接頭打磨和催化劑提升管線的吹掃質(zhì)量；同時，在日常工作中保證催化劑循環(huán)平穩(wěn)操作，減少停車次數(shù)，減少催化劑的磨損。另外，根據(jù)工藝條件和催化劑粉塵量的變化情況及時對粉塵陶析氣量進行調(diào)整，定期對粉塵收集器進行手動反吹，增強粉塵陶析的效果，避免粉塵在催化劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)隨催化劑流動，加劇催化劑的磨損以及在設備構(gòu)件內(nèi)部的堆積。

3 結(jié)語

(1)重整進料雜質(zhì)高導致的催化劑中毒、工藝情況突變對催化劑的沖擊、催化劑提升管線吹掃不合格、逆流移動床連續(xù)重整工藝特點等主要因素導致重整催化劑的積碳量和粉塵量增多，而催化劑循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的粉塵也加劇了催化劑的磨損。催化劑顆粒和粉塵隨著提升氣穿過反應器上部損壞的過濾器進入重整產(chǎn)物分離罐，然后隨氫氣穿過破損的破沫網(wǎng)與還原尾氣中的催化劑顆粒和粉塵分別在重整三臺壓縮機入口過濾器表面長期堆積，最終造成重整壓縮機打入口過濾器堵塞，導致壓縮機打量不足，重整裝置生產(chǎn)負荷無法提高。

(2) 由于2017年11月重整裝置停工主要工作是消缺、技改和優(yōu)化，并未對全部設備進行檢查，沒有及時發(fā)現(xiàn)如重整產(chǎn)物分離罐破沫網(wǎng)和反應器頂部過濾器損壞等問題，也間接造成催化劑顆粒和粉塵被帶入壓縮機入口過濾器。這為催化劑顆粒和粉塵跑損提供了有利條件。

(3) 為保證重整催化劑活性，連續(xù)重整裝置催化劑是循環(huán)流動的。粉塵長期隨催化劑一起在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，加劇了催化劑的磨損，形成了惡性循環(huán)。因此，在日產(chǎn)生產(chǎn)中，要對催化劑粉塵量引起重視，及時調(diào)整陶析氣流量和粉塵收集器反吹周期，增強催化劑陶析的效果，并加強對催化劑粉塵量數(shù)據(jù)的分析和管理。