降低催化重整離心式壓縮機蒸汽用量的措施

陳作翔

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 裝置概況

目前，某公司催化重整（Ⅱ）裝置，設計為UOP-3.5工藝包，包含預加氫、重整、再生單元三部分。重整以加氫精制后的輕烴回收重石腦油、加氫裂化重石腦油和加氫乙烯裂解抽余油（C6～C10 組分）為原料[1]，在一定的反應溫度、反應壓力下，在鉑金屬催化劑存在的條件下，通過環(huán)烷烴脫氫、芳構化、異構化等主要反應，將原料油分子進行重新排列，生產(chǎn)富含芳烴（芳烴質(zhì)量分數(shù)在77%以上）的汽油供應抽提裝置并副產(chǎn)大量氫氣。該裝置設計加工能力為180 萬t/a，裝置設計能耗（EO）為66.5 kg/t，實際能耗（EO）約為68 kg/t，其中K-201 蒸汽能耗占比為30%，為了實現(xiàn)裝置節(jié)能減排的目標，思考應如何降低K-201 的能耗迫在眉睫。

2 影響K-201 機組蒸汽用量的要素分析

2.1 重整反應氫油比

日常操作過程中循環(huán)氫純度基本保持不變，不同的氫油比對應不同的裝置能耗，氫油比大則意味著循環(huán)氫氣流量大，對應機組的能耗增加[1]。所以降低氫油比可降低機組蒸汽消耗量，根據(jù)氫油比計算公式：氫油摩爾比=循環(huán)氫中氫的摩爾數(shù)/進料油的平均摩爾數(shù)。某公司催化重整（Ⅱ）裝置的油進料平均分子量為120 左右，重整反應的循環(huán)氣中的氫氣的純度約為90%左右。為控制催化劑在使用過程中的積碳速度，氫油摩爾比要求大于2.3。得出設計所需最低循環(huán)氫流量為103 000 m3/h。目前循環(huán)氫流量約為109 000 m3/h，是存在很大調(diào)整空間的。由此可知，此項是蒸汽用量多少的主要影響因素。

2.2 重整高分罐入口溫度

在正常生產(chǎn)的情況下，重整高分罐入口溫度的高低直接影響循環(huán)氫中的氫氣純度，高分罐入口溫度越低則循環(huán)氫中的輕烴組分冷凝的更多，對應進入機組的循環(huán)氣中氫氣純度越高，循環(huán)氫純度的高低則影響機組做的功多少。對離心機來說，在相同轉(zhuǎn)速下，機組做功的多少與輸送介質(zhì)的密度密切相關，輸送介質(zhì)密度大則所需機組做功越多，氫氣純度越高，則機組做功越少。由此可知，此項是蒸汽用量多少的主要影響因素。

2.3 重整反應系統(tǒng)的壓力降

重整反應系統(tǒng)壓力降越大，造成機組壓縮比變大，則需要機組做功越多[2]。重整系統(tǒng)設備較多，有4 臺反應器、4 臺加熱爐、大型換熱器等，由于在裝置設計初期對此因素進行論證優(yōu)化，并且在運行過程中各個設備差壓均在設計指標范圍內(nèi)。故此項要素可排除。

2.4 重整循環(huán)氫壓縮機K-201 驅(qū)動蒸汽的焓值

該裝置重整循環(huán)氫壓縮機為背壓式壓縮機，入口壓力為3.5 MPa 中壓蒸汽，背壓后為1.0 MPa 低壓蒸汽。驅(qū)動蒸汽3.5 MPa 中壓蒸汽的焓值越高，單位蒸汽所做功就可以越多，保持同樣的轉(zhuǎn)速需要的蒸汽用量可以繼續(xù)降低；背壓后的低壓蒸汽管網(wǎng)壓力越低，則MS-LS 產(chǎn)生的差壓大，同樣可以減少驅(qū)動蒸汽用量。但本裝置公用工程受調(diào)度蒸汽管網(wǎng)限制，目前裝置內(nèi)無法對此進行調(diào)節(jié)。本裝置重整循環(huán)氫壓縮機K-201 使用的公用工程中壓蒸汽的壓力、溫度和后路低壓管網(wǎng)壓力均符合設計文件要求。故此項要素可排除。

3 降低重整循環(huán)氫壓縮機K-201 蒸汽用量措施的試驗

3.1 降低重整反應氫烴摩爾比

根據(jù)氫油比計算公式，降低重整循環(huán)氫流量：從109 000 m3/h 降低至103 000 m3/h，從而實現(xiàn)重整反應氫油比的降低。試驗過程中，操作員通過關小循環(huán)氫流量控制閥和降低機組轉(zhuǎn)速逐步降低循環(huán)氫流量，逐步將重整反應氫油物質(zhì)的量比從2.6 降低至2.35～2.40。在方案實施過程中，監(jiān)控生成油的芳含及產(chǎn)品液收指標，均在合格指標范圍內(nèi)[3]。

根據(jù)重整熱力學反應，其反應壓力越低越有利于重整的目標產(chǎn)物生成，本裝置設計壓力為0.24 MPa。在此反應壓力下將導致催化劑積碳速度快，為保證催化劑活性，必須要有足夠的氫油比用來抑制鉑金屬催化劑的積碳的速度。此次試驗中，由于降低了反應氫油比，所以必須關注催化劑的積碳情況，因此調(diào)整完畢后3 天，安排操作人員對待生催化劑采樣，分析待生催化劑的含碳質(zhì)量分數(shù)由3.5%升高至4.3%，并關注再生器的積碳燒焦情況，再生燒焦峰溫在570 ℃以下，再生系統(tǒng)運行正常，可以滿足積碳增加后的燒焦要求。重整循環(huán)氫流量下調(diào)后，機組蒸汽用量明顯降低，由105 t/h 降低至103.8 t/h。壓縮機調(diào)整前后參數(shù)對比數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 壓縮機調(diào)整前后參數(shù)對比

3.2 降低重整高分罐的入口溫度

操作員通過提高高分罐入口空冷器的負荷，將重整高分罐溫度由46 ℃下調(diào)至40 ℃。同時保持機組轉(zhuǎn)速不變，機組蒸汽用量由105.2 降至104.4 t/h。機組入口溫度與蒸汽用量關系，如圖1 所示。

圖1 機組入口溫度與蒸汽用量關系

降低重整高分罐入口的溫度有兩點好處：一是可以提高循環(huán)氫的純度；二是可以降低機組輸送介質(zhì)的密度。提高循環(huán)氫的純度在實際上是提高了反應的氫油比，而降低離心機輸送介質(zhì)的密度能夠有效降低機組的能耗。但是此項措施也施受重整高分罐入口的空冷器能耗制約，將高分罐溫度降低會引起空冷電耗的增加，因此需要綜合核算[4]。

安排采樣分析重整循環(huán)氫氫氣純度，由90%提高至92%，因此又可繼續(xù)降低循環(huán)氫流量。

在方案以上實施過程中，發(fā)現(xiàn)將空冷溫度降低后，重整高分罐壓力明顯上升。分析原因，根據(jù)離心機工作特性，在入口溫度降低后，介質(zhì)氣密度下降導致機組入口流量下降，因此前路氣體滯留在系統(tǒng)，所以反應的高分罐的壓力顯示上。按照高分罐壓力控制方案，操作人員將重整增壓機轉(zhuǎn)速提高后，高分罐壓力回歸到0.24 MPa。在提高增壓機轉(zhuǎn)速后，增壓機法的蒸汽用量未見明顯增加，因增壓機選型偏大，兩段防喘振閥均有開度，故轉(zhuǎn)速影響不大。

4 結語

重整反應的氫油比控制得越小，則的反應的循環(huán)氣流量就會越低，則機組的蒸汽用量越低。但是因為受重整催化劑的積碳影響，所以將氫油物質(zhì)的量比控制在2.35～2.4 的范圍以內(nèi)，即循環(huán)氫流量控制在102 000～105 000 m3/h。這樣的操作條件既能滿足反應所需的氫分壓，又可以起到降低壓縮機的蒸汽用量的目的。

重整循環(huán)氫純度越高，機組的驅(qū)動蒸汽用得越少，但為保證高分壓力不變，重整增壓機K-202 做功需增加。本裝置循環(huán)氫壓縮機K-201 為3.5～1.0 MPa背壓式壓縮機[5]，重整增壓機K-202 為凝汽式透平壓縮機，同樣使用3.5 MPa 蒸汽驅(qū)動，所以在上述措施實施過程中，要根據(jù)K-201 和K-202 的總共蒸汽消耗來綜合調(diào)節(jié)K-201 轉(zhuǎn)速。因本裝置K202 設計選型偏大，兩段防喘振閥一直保留約10%的開度，故在提高K202 機組轉(zhuǎn)速，對其蒸汽耗量變化影響很小，采用以上優(yōu)化措施可以實現(xiàn)降低重整中壓蒸汽用量的目標。在裝置上進行的降低重整反應氫油比工業(yè)試驗取得了良好的效果，反應氫油比降低后，K201 蒸汽耗量降低約2 t/h，每月可節(jié)約1 440 t 蒸汽[6]。