柴油加氫改航煤加氫反應(yīng)器的改造要點(diǎn)分析

王俊杰，丁建亞，談東輝，嚴(yán) 炳，孫競男

(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江 寧波 315000)

中國石化東部某煉廠通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來常減壓裝置常一線航煤將達(dá)到218萬t/a，而現(xiàn)有的兩套航煤加氫裝置(原料處理量分別為70萬t/a和100萬t/a)原料處理能力僅有170萬t/a，存在一定的缺口；另外，按照柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)規(guī)劃，該廠一套200萬t/a柴油加氫精制裝置因反應(yīng)壓力等級(jí)低等原因閑置。

通過對(duì)現(xiàn)有200萬t/a柴油加氫精制裝置反應(yīng)系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)等進(jìn)行改造，將加工能力由200萬t/a柴油加氫精制裝置轉(zhuǎn)變?yōu)?30萬t/a航煤液相加氫裝置，該裝置以常一線直餾煤油為原料，采用新型液相加氫工藝，經(jīng)過催化加氫反應(yīng)進(jìn)行脫硫、脫氮、烯烴飽和及部分芳烴飽和生產(chǎn)航空煤油，精制煤油滿足3號(hào)噴氣燃料技術(shù)要求[1]。

1 反應(yīng)器改造概況

加氫反應(yīng)器是該裝置的核心設(shè)備，已經(jīng)運(yùn)行了十多年，反應(yīng)器現(xiàn)在的安全狀況需要全面評(píng)估。該裝置采用熱壁加氫反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)兩個(gè)催化劑床層。原有加氫反應(yīng)器規(guī)格見表1，改造后反應(yīng)器主要操作條件見表2。

表1 反應(yīng)器規(guī)格

表2 改造后反應(yīng)器主要操作條件

通過對(duì)反應(yīng)器前后工況進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)反應(yīng)器材料、實(shí)際壁厚和質(zhì)量安全狀況進(jìn)行檢驗(yàn)、檢測，在滿足原設(shè)計(jì)文件的規(guī)定并對(duì)改造風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估后，確定對(duì)加氫精制反應(yīng)器殼體利舊，改造為液相加氫反應(yīng)器。

由于原反應(yīng)器主體材質(zhì)1-1/4Cr-1/2Mo+堆焊TP309L+TP347，在本體上施焊需整體熱處理，且在原設(shè)備上開口存在開裂風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)后續(xù)還要進(jìn)行無損檢測及水壓試驗(yàn)。而本次改造又是利用大修期間完成，工期緊，從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、簡化工序及縮短工期考慮，本次改造不涉及反應(yīng)器本體，不允許在本體上施焊或引弧。設(shè)備改造內(nèi)容如下：①加氫精制反應(yīng)器原頂層熱電偶管口內(nèi)部部分割除并增焊排氣管，外部增設(shè)法蘭鍛件并加裝液位計(jì)，改造后的熱電偶管口用途改為排放氣口；②原反應(yīng)器內(nèi)件積垢籃割除。具體改造示意見圖2[3]。

圖1 反應(yīng)器改造示意注：管口改造成內(nèi)外套管，外管為反應(yīng)器套管液位計(jì)液相引出口；內(nèi)管為套管液位計(jì)氣相引出口，同時(shí)是反應(yīng)器頂氣相排放抽出口。

催化劑廠家建議，從裝置上周期運(yùn)行情況看，原料油中有焦化柴油，由于焦化柴油中硅含量較高，為保證下一周期催化劑性能，建議對(duì)上床層催化劑進(jìn)行撇頭處理，剩余催化劑再生后繼續(xù)使用，不足部分由FHUDS-8催化劑補(bǔ)充，并更換保護(hù)劑，同時(shí)取消積垢籃筐。催化劑裝填方案及理化性質(zhì)見表3和表4。

表3 反應(yīng)器催化劑裝填數(shù)據(jù)(以氧化態(tài)計(jì)算)

表4 保護(hù)劑和催化劑理化性質(zhì)

2 反應(yīng)系統(tǒng)流程描述

裝置改造后，自裝置外來的常一線煤油經(jīng)原料油過濾器、原料油脫水器除去原料中大于25μm的顆粒并脫水后，進(jìn)入原料油緩沖罐，經(jīng)加氫原料泵升壓后與裝置外來的一部分化肥氫混合，進(jìn)入精制航煤/原料油換熱器與精制航煤換熱，再進(jìn)入反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器與反應(yīng)流出物換熱后，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱至反應(yīng)溫度后，與另外一部分化肥氫混合，混合后的物流經(jīng)混合溶解器使氫氣完全溶解在油中，之后進(jìn)入液相加氫精制反應(yīng)器進(jìn)行脫硫、脫硫醇、脫酸等反應(yīng)。反應(yīng)器頂部設(shè)置液位及壓力控制，以保證加氫反應(yīng)始終處于純液相的空間，并維持反應(yīng)壓力的穩(wěn)定[2]。

自加氫精制反應(yīng)器頂部來的排放氣經(jīng)空冷器冷卻至50℃后，進(jìn)入冷高壓分離器進(jìn)行氣液分離。頂部氣體送至火炬，底部凝液送至原料油緩沖罐。

自反應(yīng)器出來的反應(yīng)流出物與混合進(jìn)料換熱后進(jìn)入熱高壓分離器。熱高分油在熱高壓分離器液位調(diào)節(jié)控制下，降壓后送至分餾部分的航煤汽提塔。上述流程描述見圖2。

圖2 反應(yīng)系統(tǒng)流程示意注：1—原料油過濾器； 2—原料油脫水器；3—原料油緩沖罐；4—加氫原料泵；5—注氫混合器；6—精制航煤/原料油換熱器；7—反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器；8—反應(yīng)進(jìn)料加熱爐；9—注氫混合器；10—加氫精制反應(yīng)器；11—熱高壓分離器；12—熱高分氣空冷器；13—冷高壓分離器；

3 主要控制方案

裝置改造采用新型液相加氫工藝，反應(yīng)器部分的控制方案與改造前有較大變化，其他部分控制方案基本相同。

3.1 反應(yīng)器液位控制方案

通過將反應(yīng)器頂部第一根熱偶改造為反應(yīng)器液位測量的氣端引線及排放氣引出口，將反應(yīng)器中段高壓氮?dú)獯祾呔€(僅停工時(shí)用)作為反應(yīng)器液位測量的液端，建立液位測量及液位控制系統(tǒng)。

液相加氫反應(yīng)器入口管線設(shè)置注氫混合器用于補(bǔ)充新氫，進(jìn)而保證加氫反應(yīng)的需要，床層頂部保持一定的氣相空間(即控制上部分床層的液位)，以保證加氫反應(yīng)的順利進(jìn)行和反應(yīng)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定[2]。床層液位設(shè)置為選擇控制，可以根據(jù)實(shí)際操作情況選擇床層液位與排放氣壓力串級(jí)控制或床層液位與反應(yīng)器流出物流量串級(jí)控制。

反應(yīng)器液位計(jì)設(shè)計(jì)測量范圍為1 400mm，現(xiàn)場實(shí)際按運(yùn)行液位控制在30%～40%之間。開工初期，為使催化劑能夠與液相充分接觸液位可能達(dá)到70%，高液位或工況波動(dòng)時(shí)液體有可能竄至氣相引出管，導(dǎo)致出現(xiàn)液位計(jì)差壓不準(zhǔn)、指示突然回零風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)有反應(yīng)器液位計(jì)是利用反應(yīng)器內(nèi)氣液相密度差來測量液位，為防止液位指示突然回零，可采取下列措施：①在反應(yīng)器排氣調(diào)節(jié)閥前增加吹掃氫，防止液體竄至氣相引出管(主要用于開工時(shí))；②開工初期適當(dāng)控制反應(yīng)器頂部壓控閥閥門開度，增加一定排氣量保證竄進(jìn)氣相管線的液體及時(shí)排除；③施工條件允許時(shí)，改進(jìn)內(nèi)部氣相引出管結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部氣相管適當(dāng)抬高，并增加“擋雨帽”防止液體帶入氣相管。

3.2 反應(yīng)器壓力控制

反應(yīng)器壓力高時(shí)，液位低；壓力低時(shí)，液位高。在正常生產(chǎn)中，當(dāng)反應(yīng)器壓力升高并超過壓力設(shè)定值時(shí)，會(huì)打開排放氣調(diào)節(jié)閥開度，使氣相空間壓力降低，反應(yīng)器液位隨之上升，反之亦然[2]。但當(dāng)反應(yīng)器液位3取2異常升高并超過液位高限(≥90%)時(shí)，排放氣調(diào)節(jié)閥會(huì)全關(guān)，此時(shí)如果反應(yīng)器壓力繼續(xù)升高，則會(huì)引起反應(yīng)器安全閥起跳，反應(yīng)器泄壓的同時(shí)裝置停車。

4 結(jié)語

將柴油加氫裝置改為航煤加氫裝置，反應(yīng)器是其改造部分核心設(shè)備，從減少投資及縮短工期角度考慮，可以選擇對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行利舊改造。但需對(duì)反應(yīng)器工況變化、本體結(jié)構(gòu)、內(nèi)件、催化劑、控制方案、相關(guān)配管等進(jìn)行重新評(píng)估，只有抓住反應(yīng)器改造各要點(diǎn)，全方位考慮才能確保反應(yīng)器利舊改造的可行性及可靠性。