80萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行問題及對(duì)策

胡婉玫瑩，張士元，馬龍

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依 834003）

某石化公司連續(xù)重整裝置采用美國(guó)UOP 公司第3 代超低壓連續(xù)重整工藝技術(shù)，平均反應(yīng)壓力為0.35 MPa，以蒸餾裝置、焦化汽油加氫和柴油加氫改質(zhì)后石腦油等混合石腦油為原料，生產(chǎn)富含高辛烷值的汽油，主要由預(yù)加氫處理、重整、催化劑再生和公用工程等4 部分組成。該裝置于2011年12月建成投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)為60 萬(wàn)t/a，在2018年大檢修期間進(jìn)行擴(kuò)能改造，改造后的處理能力為80 萬(wàn)t/a，裝置分別于2015年6月、2018年8月進(jìn)行了兩次停工檢修。

裝置自開工運(yùn)行以來(lái)存在預(yù)加氫壓降高、脫戊烷塔塔頂腐蝕嚴(yán)重、氫氣脫氯罐板結(jié)、余熱回收系統(tǒng)效率低等問題，此類問題的發(fā)生曾引起裝置非計(jì)劃停工，如何解決連續(xù)重整運(yùn)行中存在的問題，從而不斷提高長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間是最為迫切和最有效的直接挖潛增效措施。

1 裝置運(yùn)行問題分析及措施

1.1 預(yù)加氫反應(yīng)器壓降高問題

預(yù)加氫反應(yīng)系統(tǒng)壓降高是重整裝置普遍存在的一個(gè)問題，主要由反應(yīng)器的壓降決定，重整裝置的預(yù)加氫反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器，由于壓降高造成裝置于2014年和2016年兩次預(yù)加氫部分停工，其中2016年4月份停工撇頭時(shí)對(duì)預(yù)加氫反應(yīng)器R2101不同垢樣和保護(hù)劑進(jìn)行測(cè)定，分析發(fā)現(xiàn)碳含量為36%～63%，說明垢樣中碳含量高，而這些碳主要來(lái)自于二次加工后的焦化汽油，其中攜帶的焦粉和含有的不安定組分容易在反應(yīng)器頂部高溫下進(jìn)行聚集結(jié)焦，堵塞反應(yīng)器床層造成壓降上升；在停工撇頭時(shí)打開預(yù)加氫反應(yīng)器，現(xiàn)場(chǎng)頂部發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器積垢籃筐中充滿了厚厚的黑色粉末，本裝置原料油中焦化汽油含量占比一半以上，摻煉焦化汽油會(huì)引起不飽和烯烴和膠質(zhì)的含量大幅增加，而且其含有的不安定組分會(huì)附著在反應(yīng)器床層的頂部，聚合生焦形成結(jié)垢物引起反應(yīng)器床層堵塞，經(jīng)分析這是造成預(yù)加氫反應(yīng)器壓降升高的最主要原因[1,2]。

為解決此問題，在原料進(jìn)裝置前增加自動(dòng)反沖洗過濾器，將顆粒物最大程度地阻擋在裝置外，采用自動(dòng)反沖洗過濾器過濾精度為650 目（濾管間隙為0.025 mm），濾芯采用比利時(shí)Trislot 過濾管，該過濾器濾面由楔型絲燒制而成，其之間的微小縫隙形成斷面有利于反沖洗，自動(dòng)反沖洗投用后預(yù)加氫壓降得到了有效的控制，從而有效解決了預(yù)加氫反應(yīng)器R2101 壓降快速上升問題，保障了裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。

1.2 脫戊烷塔塔頂設(shè)備腐蝕問題

裝置在運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)脫戊烷塔塔頂空冷器結(jié)鹽腐蝕現(xiàn)象，造成裝置停工和設(shè)備維修，嚴(yán)重影響了裝置的安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。自2013年到2018年共發(fā)生腐蝕泄漏8 次，時(shí)間短的不到半年就泄漏1 次（詳細(xì)統(tǒng)計(jì)情況見表2），極大地影響了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行[3]。造成設(shè)備腐蝕的原因是脫戊烷塔進(jìn)料中的少量銨鹽與氯離子結(jié)合生成氯化銨，在水解的作用下，金屬表面產(chǎn)生鹽酸，破壞FeS 膜，使金屬表面暴露出來(lái)，新的金屬表面在鹽酸的作用下繼續(xù)反應(yīng)，F(xiàn)eS 與氯化氫聯(lián)合作用、相互促進(jìn)，加劇了金屬表面的腐蝕。針對(duì)其腐蝕原因，公司幾經(jīng)攻關(guān)采取了以下措施：（1）加強(qiáng)原料質(zhì)量控制檢測(cè)，監(jiān)控原料中的氮含量，控制重整進(jìn)料中的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5 μg/g，采用脫氮性能好的預(yù)加氫催化劑，并優(yōu)化操作條件，以控制進(jìn)料中的氮含量，從而減少銨鹽的生成量。（2）增加塔頂在線水洗及注緩蝕劑。在脫戊烷塔頂部揮發(fā)線上增加注水和注緩蝕劑流程，注水量為塔頂餾出量的6.8%，緩蝕劑（HS-04）的注入濃度為10～15 μg/g，在水洗過程中檢測(cè)脫戊烷塔回流罐水洗水的pH 值均在7.0～9.0，可以有效地減緩結(jié)垢腐蝕的速度。（3）更換新的催化劑控制重整催化劑氯的流失。2018年8月份大檢修期間，催化劑由原來(lái)的R-234 更換為R-334，UOP 于2019年2月份對(duì)催化劑進(jìn)行了性能分析，待生和再生催化劑的平均氯含量為1.29% (wt)，數(shù)值偏高，目前已將降低了注氯量；催化劑氫鉑比為0.93，表明催化劑在再生器氧氯化區(qū)有效的分散，比表面積為160 m2/g，在正常范圍內(nèi)，更換了新的催化劑會(huì)減少反應(yīng)系統(tǒng)氯的流失速度，提高催化劑的持氯能力。（4）更換性能好的液相脫氯劑。2018年8月大檢修期間不僅更換了脫氯劑而且并列增加了一個(gè)脫氯罐，采用莊信萬(wàn)豐生產(chǎn)的液相脫氯劑，目前運(yùn)行結(jié)果良好，進(jìn)料中的氯含量小于0.5 μg/g。（5）設(shè)備材質(zhì)升級(jí)和在線腐蝕監(jiān)測(cè)。針對(duì)空冷管束進(jìn)行材質(zhì)（10#鋼材）升級(jí)，大檢修期間采用耐氯離子腐蝕的2205 雙相不銹鋼管材，配合開展設(shè)備腐蝕檢測(cè)工作，對(duì)易腐蝕部位采用在線腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以及時(shí)準(zhǔn)確跟蹤設(shè)備腐蝕的情況，做到預(yù)知性檢修，保證設(shè)備安全運(yùn)行，從而有效延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期。

1.3 氫增壓機(jī)活塞桿開裂問題

本裝置氫氣增壓機(jī)共有3 臺(tái)，位號(hào)為K2202/ ABC，為兩開一備，在2015年底發(fā)現(xiàn)B 機(jī)一級(jí)排氣溫度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，維修發(fā)現(xiàn)排氣閥壓蓋內(nèi)有大量鋁沫，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)一級(jí)活塞均有貫穿裂紋，對(duì)另外2 臺(tái)壓縮機(jī)活塞解體檢查存在同樣的問題，由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決避免了惡性事故的發(fā)生。3 臺(tái)機(jī)組自開工以來(lái)運(yùn)行在20 000 h，根據(jù)使用情況，該機(jī)組一級(jí)活塞桿斷裂的原因可能有：（1）介質(zhì)帶液造成運(yùn)行過程中撞缸現(xiàn)象；（2）介質(zhì)腐蝕造成活塞桿開裂；（3）活塞設(shè)計(jì)和制造過程中存在缺陷；（4）環(huán)磨損大造成造成活塞和氣缸異常磨損。

對(duì)上述情況進(jìn)行逐一排查，由于介質(zhì)為氫氣，無(wú)腐蝕和帶液現(xiàn)象，并且機(jī)組在運(yùn)行中沒有發(fā)現(xiàn)撞缸的聲音和振動(dòng)增大報(bào)警現(xiàn)象，可以排除撞缸、腐蝕和異常磨損的可能，進(jìn)一步和廠家進(jìn)行溝通，從鋁制活塞方面查找原因，裂紋是由于鋁活塞體和拉緊螺栓線膨脹系數(shù)差造成，組合活塞的活塞蓋、活塞座的緊固螺栓（681 N·m）超出活塞體（502 N·m）承受的范圍，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后加強(qiáng)筋斷裂造成活塞體斷裂。

公司根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)一級(jí)活塞桿進(jìn)行改造：（1）由于活塞受力比最大許用活塞力小，將主螺母擰緊力矩降為450 N·m，鎖緊螺母擰緊力矩為350 N·m；（2）考慮到鑄鋁活塞和緊固螺栓材料的差異性，將其做成組合活塞，使組合活塞與緊固螺栓的熱膨脹量保持一致，消除由材料不同熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致的變形，改造后消除了一級(jí)活塞斷裂的隱患，改造后機(jī)組運(yùn)行正常。

1.4 PSA 尾氣壓縮機(jī)出口氣體帶液多問題

變壓吸附尾氣壓縮機(jī)是將PSA 單元的馳放氣（尾氣）經(jīng)過壓縮增壓后送至燃料氣管網(wǎng)，該機(jī)組是由中國(guó)船舶重工生產(chǎn)的噴液冷卻氫氣螺桿式壓縮機(jī)，屬于回轉(zhuǎn)式容積型壓縮機(jī)，它利用一對(duì)相互嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成吸氣、壓縮、排氣過程，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為了控制氣體的出口溫度和提高容積、絕熱效率，同時(shí)減少熱膨脹對(duì)間隙的影響及降低噪音等，缸體內(nèi)須噴入適量的介質(zhì)，原設(shè)計(jì)采用脫C6塔底產(chǎn)物中汽油組分作為噴液介質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于揮發(fā)比較劇烈，每天有近2 t的重汽油隨著壓縮機(jī)的出口氣進(jìn)入到公司的燃料氣系統(tǒng)，造成下游脫硫裝置切液負(fù)擔(dān)增大，同時(shí)裝置大量重整高辛烷值汽油組分損耗，影響裝置液收和經(jīng)濟(jì)效益。

通過技術(shù)攻關(guān)，于2012年初將噴液介質(zhì)由重汽油組分改成10#柴油，并優(yōu)化調(diào)整操作，壓縮機(jī)噴液介質(zhì)一次加入柴油1.2 t 可以保證壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)2 個(gè)月以上，采取此改造后，取得了明顯效果，壓縮機(jī)出口帶液量由過去每天2 t 減少至不足15 kg，不僅徹底解決了壓縮機(jī)出口帶液?jiǎn)栴}，還提高了本裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

1.5 氫氣脫氯罐板結(jié)問題

重整裝置是副產(chǎn)氫氣供公司其他加氫裝置使用，為了保持催化劑的酸性性能，在重整反應(yīng)過程中會(huì)注入一定量的氯，這部分氯會(huì)有一部分隨著氫氣經(jīng)PSA 吸附后進(jìn)入系統(tǒng)管網(wǎng)，為了保證不腐蝕下游裝置設(shè)備，一般都在PSA吸附前設(shè)置氫氣脫氯罐。本裝置設(shè)置有兩個(gè)脫氯罐，可切換使用，在2015年大檢修期間更換為JX-5B 型低溫脫氯劑，在2016年3月發(fā)現(xiàn)脫氯罐壓降升高，導(dǎo)致局部停工換劑，單罐運(yùn)行不足4 個(gè)月。在處理過程中發(fā)現(xiàn)脫氯罐上部有嚴(yán)重的板結(jié)，并且有被液體附著的現(xiàn)象，下部卻沒有此現(xiàn)象，對(duì)脫氯罐產(chǎn)生的垢樣分析結(jié)果表明，垢樣氧、氯和鈣含量高，由于JX-5B 型低溫脫氯劑是采用氧化鈣和氧化鋅為主要的活性組分負(fù)載在氧化鋁上面，氯容穿透力較強(qiáng)，可達(dá)30%，但是缺點(diǎn)是抗水性比較差，在含有氯化氫的環(huán)境下反應(yīng)生成氯化鈣，從而快速堵塞脫氯罐，壓降上升較快。采用方案是：更換脫氯劑級(jí)配方案，將單一的脫氯劑改為液相和氣相相結(jié)合的復(fù)合級(jí)配方案（JX-5D+ JX-5B），其中JX-5D 液相脫氯劑采用與氯親和力強(qiáng)的含有氧化銅活性組分，匹配孔容大、比表面積高的活性炭作為載體，其具有一定的吸水功能，置于脫氯罐的上部。采用此復(fù)合級(jí)配方案后，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示單罐的使用壽命從不足4 個(gè)月到目前的8個(gè)月，并且沒有發(fā)現(xiàn)明顯板結(jié)現(xiàn)象，延長(zhǎng)了使用壽命，解決了由于板結(jié)造成的脫氯罐壓降快速上升的問題[4]。

2 技術(shù)改造提升裝置運(yùn)行水平

2.1 應(yīng)用新型空氣預(yù)熱器，提高加熱爐熱效率

裝置加熱爐煙風(fēng)系統(tǒng)包含F(xiàn)2101/F2102/F2205三個(gè)圓筒加熱爐，其加熱爐出口煙氣混合后一起經(jīng)過空氣預(yù)熱器進(jìn)行余熱回收，在建設(shè)時(shí)采用的是熱管式空氣預(yù)熱器回收高溫?zé)煔庵械臒崃?，在?shí)際運(yùn)行過程中出現(xiàn)高溫?zé)煔饨?jīng)過預(yù)熱器后的出口溫度為142 ℃（后期升至150 ℃以上）、空氣出口溫度逐漸降低等現(xiàn)象，造成加熱爐熱效率降低。停工后對(duì)該預(yù)熱器進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器內(nèi)部腐蝕比較嚴(yán)重，尤其是在低溫?zé)煔鈸Q熱部分甚至出現(xiàn)了大量換熱翅片脫落、換熱管表面灰垢沉積嚴(yán)重等現(xiàn)象。為解決熱管式換熱效率低、容易被腐蝕、積灰嚴(yán)重等問題，結(jié)合裝置實(shí)際情況引入了一臺(tái)鑄鐵—玻璃管組合式空氣預(yù)熱器[5]，這在國(guó)內(nèi)石化行業(yè)屬于首次使用，根據(jù)運(yùn)行工況設(shè)計(jì)5 個(gè)換熱段，其中換熱段1 和2使用的是高密度翅片的鑄鐵板HTB，換熱段3 使用的是低密度翅片的鑄鐵板LTB，換熱段4 和5 使用的是玻璃換熱管，通過組合設(shè)計(jì)可以最大限度回收高溫?zé)煔獾臒崃?，同時(shí)確保鑄鐵段的壁溫在煙氣酸露點(diǎn)溫度之上，可以避免鑄鐵板造成腐蝕泄漏，該空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 新型空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖

該空氣預(yù)熱器在運(yùn)行中表現(xiàn)良好，各項(xiàng)指標(biāo)均能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，較改造之前提高了余熱回收效率，熱效率從89%上升到92.5%。該空氣預(yù)熱器運(yùn)行以來(lái)沒有出現(xiàn)腐蝕、漏風(fēng)等現(xiàn)象，降低了裝置的能耗，有效提高生產(chǎn)效率。

2.2 再生尾氣直排大氣改造，消除VOCs 不達(dá)標(biāo)

催化劑連續(xù)再生單元采用UOP 公司的包含Chlosorb 氯吸附的Cycle max 技術(shù)，經(jīng)檢測(cè)，重整催化劑再生煙氣中氯化氫含量滿足GB 31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中氯化氫≤10 mg/Nm3的要求，但再生煙氣中非甲烷總烴含量不能滿足≤30 mg/Nm3的排放要求，因此需脫除重整催化劑再生煙氣中的非甲烷烴類，以達(dá)到排放要求。采用方案為：把催化劑再生煙氣自分離料斗氯吸附區(qū)出來(lái)后，送至加熱爐入口風(fēng)道，借助加熱爐高溫燃燒脫除其中的非甲烷烴類。在原設(shè)計(jì)再生煙氣直接排入大氣的管線上，增加自動(dòng)切斷閥，以實(shí)現(xiàn)若加熱爐鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)，則可切斷再生煙氣進(jìn)入加熱爐風(fēng)道，并將再生煙氣直接排入大氣的聯(lián)鎖。其流程示意圖見圖2。

圖2 再生尾氣改造流程示意圖

改造完成后，再生尾氣進(jìn)加熱爐運(yùn)行正常，管線膨脹在可接受范圍內(nèi)。與再生尾氣相連的加熱爐和再生部分設(shè)備運(yùn)行正常，從而消除了再生尾氣非甲烷總烴不滿足規(guī)范的隱患。

2.3 能量?jī)?yōu)化技改，裝置節(jié)能降耗效果顯著

通過夾點(diǎn)分析及工程計(jì)算對(duì)裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)能改造，調(diào)整現(xiàn)有換熱流程，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，利用夾點(diǎn)分析軟件，輸入冷熱流提取數(shù)據(jù)，然后在范圍目標(biāo)功能中，設(shè)定最小溫差范圍生成最小換熱溫差VS，通過計(jì)算當(dāng)前換熱網(wǎng)絡(luò)在相同熱公用工程消耗情況下對(duì)應(yīng)的最小溫差設(shè)定為25 ℃。優(yōu)化以下流程：（1）脫戊烷塔進(jìn)料先由汽油產(chǎn)品加熱，然后由脫戊烷塔塔底物流加熱到進(jìn)料溫度，且脫戊烷塔塔底物流高溫位段加熱C4/C5分離塔再沸器，從而節(jié)省 1.0 MPa 蒸汽使用。（2）增加石腦油分餾塔進(jìn)料塔頂換熱器換熱面積，使冷熱流有更多的熱交換，將有利于降低石腦油分餾塔頂空冷的冷卻負(fù)荷，同時(shí)有利于提高重整加熱爐（F-2201）的爐前溫度，從而減少F-2201 的加熱負(fù)荷。（3）解決C4/C5分離塔塔底物流降溫后再加熱的問題，對(duì) C4/C5分離塔塔底碳五物流分支，一路加熱拔頭油汽提塔進(jìn)料，并增設(shè)一套溫度控制閥組以確保C-2102 的進(jìn)料溫度；一路加熱從脫戊烷塔塔頂和拔頭油汽提塔塔底來(lái)的C4/C5分離塔進(jìn)料。（4）將目前1.0 MPa 蒸汽凝結(jié)水直接外送優(yōu)化，新增0.3 MPa 蒸汽閃蒸罐，回收乏汽，余下凝結(jié)水再去系統(tǒng)，閃蒸罐罐頂設(shè)置一臺(tái)壓力控制閥，確?；厥照羝麎毫Α＃?）K2201 循環(huán)水并聯(lián)改串聯(lián)改造等，降低循環(huán)水的用量。（6）四合一爐更換新型燃燒器，加熱爐強(qiáng)化管理，降低空氣過剩系數(shù)，熱效率也從89%提高至91%，瓦斯單耗相比出現(xiàn)大幅度下降。能量?jī)?yōu)化項(xiàng)目投用以后裝置綜合能耗相比下降16.6 千克標(biāo)油/噸，節(jié)能降耗效果顯著。

2.4 PSA 尾氣變廢為寶，提高利用價(jià)值

本裝置副產(chǎn)氫氣經(jīng)PSA吸附后可以獲得高純氫氣（＞99.9%），但是尾氣中的氫氣含量仍舊很高，尾氣量在6 000 Nm3/h，含量在60%～70%之間屬于富氫尾氣，但是不符合PSA 進(jìn)料要求，故無(wú)法循環(huán)回收，這部分物料經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入全廠的燃料氣管網(wǎng)當(dāng)作燃料燒掉，不僅造成了氫氣資源的浪費(fèi)，同時(shí)也降低了燃料氣熱值。2016年采用膜分離技術(shù)對(duì)這部分氣體尾氣進(jìn)行回收，采用新建膜分離裝置與現(xiàn)有30 萬(wàn)催化重整PSA 耦合實(shí)現(xiàn)氫氣回收，項(xiàng)目實(shí)施后回收純度為≮99.9%的氫氣約為2 500 Nm3/h，約為2 kt/a，按照氫氣價(jià)格比瓦斯價(jià)格高一萬(wàn)元每噸計(jì)算，每年可以增加效益約2 000 萬(wàn)元[6]。

3 結(jié) 論

分析了0.8 Mt/a 連續(xù)重整裝置在長(zhǎng)周期運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，包括預(yù)加氫壓降高、脫戊烷塔塔頂腐蝕嚴(yán)重、氫氣脫氯罐板結(jié)、余熱回收系統(tǒng)效率低等，并采取相應(yīng)的措施，解決了這些難題同時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行節(jié)能改造，降低了裝置的能耗，提高了裝置的運(yùn)行水平，這些寶貴經(jīng)驗(yàn)可以為同類裝置的生產(chǎn)運(yùn)行提供借鑒。