連續(xù)重整裝置增壓機K-202 結(jié)焦原因分析及解決措施

李萬軍，謝 騫，段建寧

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

中國石油寧夏石化公司煉油廠60×104t/a 連續(xù)重整裝置以常壓蒸餾裝置來的直餾石腦油和柴油加氫精制裝置來的加氫石腦油為原料，采用UOP 超低壓連續(xù)重整工藝技術(shù)，生產(chǎn)RONC（C5+烴）為100 的高辛烷值重整生成油。

重整反應副產(chǎn)氫氣經(jīng)過再接觸部分，反應生成油和含氫氣體通過增壓機K-202 在兩個壓力等級下進行接觸，使含氫氣體中的部分烴類溶解在重整生成油中，提高產(chǎn)氫純度，同時增加液體產(chǎn)品收率。為達到更好的提純效果，其中第二級再接觸是在冷凍條件下進行的，本裝置設置了一套氨冷凍系統(tǒng)為其供冷。但在運行期間氫氣增壓機K-202 頻繁出現(xiàn)氣閥結(jié)焦和損壞情況，增壓機頻繁切機及檢修，增加了裝置操作風險、檢修費用，并且會影響到全廠汽油調(diào)合出廠，造成巨大經(jīng)濟損失[1-3]。

針對增壓機難以實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行的情況，2018 年對氫氣增壓機K-202 進行長周期攻關(guān)，對K-202 一二級入口線增加伴熱線、對重整進料組成、燃料氣組成穩(wěn)定、再接觸各罐的壓力及液位進行優(yōu)化，采取措施后，氫氣增壓機K-202 運行周期大幅增加，2018年連續(xù)運行200 d 以上，2019 年連續(xù)運行時間達到190 d 以上。

1 連續(xù)重整裝置氫氣增壓機K-202 運行情況簡介

1.1 氫氣增壓機運行情況

從2012 年8 月以來，重整裝置氫氣增壓機K-202吸排氣閥頻繁發(fā)生結(jié)焦，氣閥做工變差，K-202 吸排氣溫度過高，導致氣閥損壞。K-202 頻繁停機檢修。第一周期運行時間從2011 年12 月建成投產(chǎn)，到2014 年8月裝置首次檢修，重整裝置運行32 個月。在本周期運行期間，從2012 年8 月以來，重整裝置再接觸單元中的重整氫增壓機K-202 吸排氣閥頻繁結(jié)焦導致排氣溫度高報警，由于一二級吸排氣溫度高報警日常檢修60 次；第二周期運行時間2014 年8 月至2017 年8月，重整裝置運行第二周期，運行周期36 個月，重整氫氣增壓機K-202 因氣閥結(jié)焦，一二級排氣溫度過高，切換停機檢修64 次。K-202 的頻繁結(jié)焦頻繁檢修，對重整裝置的長周期運行造成很大的威脅。

1.2 重整副產(chǎn)氫氣組成

重整反應產(chǎn)氫除作為循環(huán)氫使用，一部分氫氣經(jīng)過再接觸加壓深冷后外送出裝置，進氫氣增壓機K-202 的氫氣組成分析（見表1）。

表1 重整副產(chǎn)氫氣組成

1.3 重整氫氣壓縮機操作條件

（1）介置：純度為90%的氫氣。

（2）溫度：一級入口溫度30 ℃，一級出口溫度90 ℃；二級入口溫度40 ℃，出口溫度91 ℃左右。

（3）壓力：一級入口壓力0.44 MPa，一級出口壓力1.05 MPa，二級入口壓力1.05MPa，二級出口壓力2.01MPa。

2 重整增壓機氣閥結(jié)焦原因分析

2.1 介質(zhì)組成、增壓機操作條件

從表1 進增壓機K-202 氫氣組成來看，氫氣中C3+含量占2.58%。并且氫氣中還有部分烯烴的存在，初步認為烯烴在K-202 機氣缸內(nèi)合適的溫度和壓力下存在聚合的可能，并且C3+組分容易造成K-202 入口管線積存冷卻后在進入氣缸前成為液體狀態(tài)，會造成K-202 氣缸內(nèi)帶液。進入K-202 氣缸內(nèi)氫氣帶液，還有烴類物質(zhì)，并且加之催化劑粉塵等的存在，在高溫高壓下就能產(chǎn)生結(jié)焦現(xiàn)象。

2.2 重整反應數(shù)據(jù)分析

通過對比（見表2），可以看出在原料組成沒有太大變化，氫油比和空速也沒有太大變化的情況下，反應溫度隨著裝置的運行逐步在提高，而反應總溫降下降，液收上升，氫氣產(chǎn)率整體上呈現(xiàn)下降。這一系列變化說明催化劑性能正在逐步減弱，脫氫反應不完全，反應的深度不夠，芳烴轉(zhuǎn)化率出現(xiàn)降低，以上說明由于催化劑性能衰減，那么要保證催化劑的性能，就需要提高反應溫度或者增加注氯量來保證催化劑的性能和汽油辛烷值，這樣勢必會造成裂化反應的加劇，并且注氯量的增加也就相應增加了氫氣氯含量。

表2 重整反應部分數(shù)據(jù)

2.3 原料及工藝條件分析

（1）重整原料餾程干點過高，造成重整進料精制油干點基本平均在178 ℃，精制油干點過高會造成產(chǎn)物中重質(zhì)芳烴增加，造成壓縮機氣閥結(jié)焦加劇。

（2）氫氣管網(wǎng)壓力波動較大，壓力波動范圍在1.85～2.2 MPa，頻率在5～6 次/天，氫氣出裝置流量波動范圍25 000～33 000 m3/h，氫氣壓力流量的波動會造成K-202 排氣壓力的波動，K-202 排氣壓力上升，壓縮比增大，造成排氣閥損壞。

（3）重整氫氣增壓機K-202 入口溫度較高，較高的溫度會造成氫氣中烴類物質(zhì)含量急劇上升，造成K-202 入口氣體中壓縮機帶液，增加了結(jié)焦的速率。

2.4 結(jié)焦物組成的分析

將增壓機K-202 氣閥內(nèi)生成的黑色焦狀物質(zhì)進行外觀檢驗和實驗分析，發(fā)現(xiàn)樣品為黑色的黏稠物質(zhì)，放置在空氣中后，很快變硬，直至變成粉體。

為分析結(jié)焦物的成分，特采取結(jié)焦物樣本，外送UOP 上海研究中心進行了分析，通過分析可以得出（見表3、表4），結(jié)焦物含碳63.63%，含氫為7.38%，碳氫比為0.71%，含鋁0.284%，鐵為2.659%。從分析結(jié)果來看，樣品的缺氫程度低，是富氫物種。而多環(huán)芳烴或單環(huán)芳烴積碳物的碳氫摩爾比要大于該值。并且可以確定該樣品是聚合物，相對分子質(zhì)量比較大。可能含有不飽和鍵。并且從工藝氣的分析中可以看出，工藝氣中含有烯烴，在酸性催化劑（例如Cl-）的存在下，它可與異丁烷（CH3C（CH3）CH3）發(fā)生烴基化反應，生成聚合物（聚合物中主要含有CH2和CH3基團），這種酸性聚合的可能性是最大的?？梢詳喽ù龠MK-202結(jié)焦的物質(zhì)有：HCl、催化劑粉塵、FeCl2，重質(zhì)芳烴類等物質(zhì)。

表3 結(jié)焦物組成分析

表4 結(jié)焦物碳氫含量

3 控制優(yōu)化措施

3.1 優(yōu)化再接觸部分再接觸罐的液位、壓力

將一號再接觸罐D(zhuǎn)-202 壓力由0.98 MPa 增加至1.05 MPa，降低D-202 液位，由最初的25%逐漸降低至15%，降低二號再接觸罐D(zhuǎn)-203 液位，由25%逐漸降低至17%，以增強K-202 入口氣液分離效果，減少氫氣帶液；降低D-203 壓力，由2.1 MPa 降至2.05 MPa，降低K-202 二級壓縮比。

3.2 減輕K-202 缸體帶液

3.2.1 降低K-202 入口溫度 2015 年，K-202 一二級入口空冷器（干空冷）增加噴淋水，降低壓縮機入口溫度。在重整氫氣增壓機K-202 一級和二級入口空冷器A-203、A-205 增加噴淋水降低壓縮機入口溫度，減緩壓縮機帶液，A-203 和A-205 增加噴淋水后，重整氫氣增壓機K-202 一級和二級入口溫度由45 ℃降低至30 ℃以下。效果較為明顯，由于前期在干空冷頂部增加噴淋水，噴淋水過空冷后直接排至裝置區(qū)，造成除鹽水的浪費，并且噴淋水對調(diào)節(jié)閥、電氣元件等部位造成了損害。在2017 年大檢修時，將A-203、204、205 由干空冷改為濕空冷，冷后溫度降低至30 ℃以下，對D-201、202、203、217 破沫網(wǎng)進行更換，D-201、202、217增加折流板除沫器，壓縮機帶液情況得到較好控制。

3.2.2 降低K-202 入口液相物質(zhì) 根據(jù)運行情況，K-202 結(jié)焦情況與環(huán)境溫度的變化基本呈現(xiàn)正比關(guān)系，夏季此情況不是特別明顯，但進入冬季后，氣溫降低，管線內(nèi)外溫差較大，一旦氫氣中帶有烴類，受環(huán)境溫度的影響，在管線內(nèi)會發(fā)生冷凝成液，進入缸體后會很容易產(chǎn)生結(jié)焦。對K-202 入口管線增加伴熱，保證氫氣進入K-202 缸體內(nèi)部不存在液相（液滴）物質(zhì)，管線不受環(huán)境溫度變化的影響，可大幅減輕K-202 結(jié)焦情況的發(fā)生。

3.3 更換重整催化劑，優(yōu)化再生運行

針對重整催化劑運行兩個周期，達到其使用壽命，催化劑的活性和選擇性均不能滿足產(chǎn)品需求，這也是反應產(chǎn)物中烯烴含量上升的主要原因。2017 年大檢修，對重整催化劑進行整體更換，通過加強反應系統(tǒng)和再生系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保持催化劑良好的活性和選擇性，反應產(chǎn)物中烯烴含量由1.88%降低至0.87%（見表5）。

表5 重整反應生成油中烯烴含量

通過優(yōu)化再生部分，還原氫過濾器M-305 原濾芯過濾精度為30 μm，更換為過濾精度為10 μm 和3 μm的濾芯，提高對微小粉塵濾除率，減少氫氣攜帶粉塵量，大幅降低了進入K-202 氫氣中的氯含量及粉塵含量，相對減輕了結(jié)焦物的原生物帶入量。對K-202 結(jié)焦有較為明顯的作用。

3.4 優(yōu)化原料及工藝運行

（1）控制合適的重整反應進料：合適的空速、進料餾程，是重整反應正常運行的基礎，隨著催化劑運行的周期延長，其活性和選擇性均隨之降低。精制油干點過高會造成產(chǎn)物中重芳烴增加，空速過大會造成中間產(chǎn)物未能轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物，不飽和烴含量增加。通過上游裝置控制石腦油干點，減少重芳烴的生成，通過調(diào)整合適的加工負荷，減少加工量的調(diào)整，穩(wěn)定反應系統(tǒng)運行工況。降低石腦油干點，協(xié)調(diào)上游裝置，將石腦油干點由180 ℃降至175 ℃。

（2）穩(wěn)定氫氣管網(wǎng)壓力波動，聯(lián)系下游裝置，操作有影響氫氣管網(wǎng)壓力的情況及時與重整崗位做好溝通，及時應變，大幅減輕了因管網(wǎng)壓力波動造成K-202出口壓力的波動，保證了K-202 壓縮比的穩(wěn)定。

（3）提高反應溫度，加大反應深度，減少產(chǎn)品中烯烴的產(chǎn)生。一定程度上也可減輕壓縮機氣閥的結(jié)焦。

4 結(jié)語

通過上述對結(jié)焦原因的分析并制定相應的控制措施，K-202 運行周期大幅提升，2018 年最長運行時間為200 d 以上，2019 年重整裝置K-202 穩(wěn)定運行目前已達190 d 以上并且各項參數(shù)穩(wěn)定。上述控制措施發(fā)揮至關(guān)重要的作用。