139ma連續(xù)重整裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的實(shí)踐

1裝置擴(kuò)能改造后存在的問(wèn)題中國(guó)揚(yáng)子化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)揚(yáng)子化石）采用uo第一個(gè)專(zhuān)利技術(shù)，用于烷基化合，屬于烷基化合。該裝置于1990年2月首次開(kāi)車(chē),1997年進(jìn)行了擴(kuò)能改造,改造后裝置的處理能力由1.05Mt/a擴(kuò)大到1.39Mt/a,采用進(jìn)口催化劑。但是,自裝置擴(kuò)能改造以來(lái),一直存在著催化劑積炭高、原料中的硅含量高、加熱爐熱效率低、重整立式換熱器和脫戊烷塔換熱和分離效率下降、重整反應(yīng)器進(jìn)出口法蘭泄漏、重整第四反應(yīng)器扇形筒失效等問(wèn)題,也發(fā)生過(guò)因重整反應(yīng)器跑劑而引起的非計(jì)劃停車(chē)。如何解決連續(xù)重整裝置運(yùn)行中的各種問(wèn)題,進(jìn)一步延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行周期,不斷提高長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行水平是當(dāng)前最迫切、最直接、最有效的一項(xiàng)挖潛增效措施。2優(yōu)化整個(gè)過(guò)程的條件，確保設(shè)備的運(yùn)營(yíng)重整工藝條件直接影響著產(chǎn)品收率的高低,對(duì)裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有舉足輕重的作用。2.1ps-連續(xù)重整催化劑1997年裝置擴(kuò)能改造中,反應(yīng)器和循環(huán)氫壓縮機(jī)沒(méi)有進(jìn)行改造,反應(yīng)的氫油摩爾比降低了30%。裝置擴(kuò)能后,催化劑仍為進(jìn)口催化劑,由于該催化劑積炭較快,雖然改造時(shí)加長(zhǎng)了催化劑連續(xù)再生裝置的燒焦區(qū),但仍達(dá)不到預(yù)期的提高燒焦能力的效果,催化劑積炭大幅增加,在滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,催化劑的初期碳含量超過(guò)改造目標(biāo)最大值114%以上。為了解決揚(yáng)子石化連續(xù)重整裝置再生器的瓶頸問(wèn)題,石油化工科學(xué)研究院(RIPP)在鉑、錫組元的基礎(chǔ)上,通過(guò)進(jìn)一步選擇助劑和優(yōu)化催化劑配方及制備方法,在不降低催化劑比表面積的情況下,實(shí)現(xiàn)了高鉑型連續(xù)重整催化劑的積炭速率降低和芳烴產(chǎn)率的提高,成功地研制開(kāi)發(fā)了PS-Ⅶ型連續(xù)重整催化劑,并于2004年8月進(jìn)行了首次工業(yè)應(yīng)用。結(jié)果表明,與原催化劑首次標(biāo)定結(jié)果相比,在原料芳烴潛含量較低的情況下,PS-Ⅶ催化劑的C6+液體收率提高了3.32個(gè)百分點(diǎn),純氫產(chǎn)率增加了0.61個(gè)百分點(diǎn),芳烴產(chǎn)率增加了1.53個(gè)百分點(diǎn),說(shuō)明PS-Ⅶ催化劑比原催化劑具有更高的選擇性。PS-Ⅶ重整催化劑再生性能良好,具有良好的抗磨損性能、水熱穩(wěn)定性和持氯能力。PS-Ⅶ催化劑積炭速率低,比原催化劑降低27.32%,解決了重整裝置擴(kuò)能后再生能力受限制的問(wèn)題,使重整裝置得以保持長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。截止2009年9月,該催化劑已運(yùn)行1814天,壽命為47.63t/kg催化劑,催化劑再生周期242次,催化劑比表面積穩(wěn)定在160m2/g左右,積炭速率穩(wěn)定在49.8kg/h,二氯乙烷注入量為2.65kg/h(比運(yùn)行初期增加了55%),日均粉塵(小于1.2mm直徑的顆粒,下同)4.3kg,均在控制范圍內(nèi)。2.2催化劑硅含量的變化揚(yáng)子石化連續(xù)重整裝置原料中含4%~5%的乙烯裂解汽油抽余油,該抽余油在生產(chǎn)過(guò)程中因使用消泡劑而含有微量甲基硅油,隨精制油進(jìn)入重整反應(yīng)器,吸附在重整催化劑上,降低了金屬鉑的分散度(金屬分散度已由初期的1.0降至0.42~0.43,原催化劑在末期硅含量420μg/g的情況下,金屬分散度降為0.55),導(dǎo)致重整催化劑硅中毒,使催化劑的酸性功能增強(qiáng),積炭增加,液體收率下降。為此,2008年4月,在預(yù)加氫反應(yīng)器床層頂部裝填了加氫脫硅劑HSP-02共計(jì)1.7t。圖1是PS-Ⅶ催化劑上硅含量變化情況。由圖1可見(jiàn),脫硅劑使用后,重整催化劑上硅含量不再增加。2007年重整催化劑硅含量呈下降趨勢(shì),其原因是2006年10月和2007年5月再生裝置、重整裝置分別進(jìn)行了消缺,共補(bǔ)充了26.3t新催化劑。圖2為隨著硅含量的變化液體收率的變化曲線(xiàn),目前液體收率較初期下降了1個(gè)百分點(diǎn)。2.3工藝計(jì)算模型先進(jìn)控制可以大大提高生產(chǎn)過(guò)程操作和控制的穩(wěn)定性,改善工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)性能,減少關(guān)鍵變量的操作波動(dòng)幅度,增強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。揚(yáng)子石化連續(xù)重整裝置的先進(jìn)控制技術(shù)設(shè)計(jì)兩個(gè)大的控制器,第一部分為預(yù)處理控制器,下設(shè)預(yù)分餾塔、預(yù)加氫、預(yù)加氫脫戊烷塔共三個(gè)子控制器;第二部分為重整反應(yīng)控制器,下設(shè)連續(xù)重整、脫戊烷塔、脫庚烷塔共三個(gè)子控制器。它們之間的聯(lián)系由軟測(cè)量、工藝計(jì)算與干擾來(lái)體現(xiàn)。建立了芳烴收率、焦炭沉積速率和催化劑積炭量等工藝計(jì)算模型,并建立裝置的全流程模擬。投用以來(lái)先進(jìn)控制系統(tǒng)已取得良好的效果,具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:(1)提高主要變量的穩(wěn)定性,使主要過(guò)程控制變量的均方差減小30%;(2)采用機(jī)理模型預(yù)測(cè)芳烴收率和催化劑結(jié)焦含量等。優(yōu)化反應(yīng)溫度,對(duì)連續(xù)重整反應(yīng)器第四反應(yīng)器入口溫度進(jìn)行卡邊操作,使芳烴產(chǎn)率提高0.46%;(3)燃料氣壓力的波動(dòng)為整個(gè)連續(xù)重整裝置的主要干擾變量,將燃料氣作為干擾變量,克服燃料氣壓力波動(dòng)的影響,平穩(wěn)反應(yīng)器和塔系的操作,降低裝置綜合能耗95.72MJ/t;(4)完成四個(gè)分餾塔的壓力補(bǔ)償溫度(PCT)和初餾點(diǎn)(IBP)的工藝計(jì)算,將PCT和IBP作為被控變量,克服壓力波動(dòng)對(duì)塔操作的影響,在提高塔操作穩(wěn)定的基礎(chǔ)上提高塔的分離效果。3催化劑下料管堵塞2006年9月26日,揚(yáng)子石化催化劑連續(xù)再生裝置開(kāi)始冷停車(chē),按計(jì)劃對(duì)運(yùn)行1年的再生器約翰遜內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行清理。檢修結(jié)束后,系統(tǒng)于2006年10月2日恢復(fù)正常白燒。裝置運(yùn)行至2006年10月9日出現(xiàn)了第四反應(yīng)器底部催化劑下料管堵塞,經(jīng)處理后仍有4根管不通。2006年10月13日又發(fā)生催化劑提升困難,同時(shí)發(fā)現(xiàn)再生系統(tǒng)淘析出的粉塵量偏大。裝置運(yùn)行至2007年4月21日,再生器床層超溫,最高603℃,隨后出現(xiàn)再生器跑催化劑,停車(chē)吊出內(nèi)網(wǎng)發(fā)現(xiàn),在過(guò)渡區(qū)有6處比較大的縫隙,修補(bǔ)后于2007年4月27日恢復(fù)燒焦。2007年5月1日,因催化劑從第四反應(yīng)器跑入后續(xù)系統(tǒng),迫使重整反應(yīng)停車(chē)消缺,打開(kāi)發(fā)現(xiàn)第四反應(yīng)器中心管約翰遜網(wǎng)有兩處梭子狀張口,最寬處2.5~3.0mm。經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析,造成再生器和反應(yīng)器跑劑的原因是第四反應(yīng)器原先堵塞的4根下料管中有1根在2007年4月21日突然暢通而引起的。一方面致高碳催化劑帶入再生器內(nèi),引起超溫,使內(nèi)網(wǎng)過(guò)渡區(qū)高溫變形。另一方面下料管突然暢通后,由于重整第四反應(yīng)器催化劑的偏流,局部流動(dòng)加快,使原先脫落的膨脹圈加速運(yùn)動(dòng),在徑向的工藝反應(yīng)氣流的作用下,對(duì)中心管約翰遜網(wǎng)不斷產(chǎn)生擠壓,使擠壓部位的約翰遜網(wǎng)變形張口,一旦張口尺寸大于重整催化劑的直徑,在徑向氣流的攜帶下發(fā)生了催化劑的跑損現(xiàn)象。進(jìn)一步分析表明,重整反應(yīng)-再生系統(tǒng)中粉塵累積是造成第四反應(yīng)器催化劑下料管堵塞的原因,而系統(tǒng)中粉塵的累計(jì)主要有以下幾方面原因:(1)2006年7—9月收集到的粉塵量偏低,每天只有1.8kg,而正常情況下應(yīng)在3~4kg。(2)本次檢修后的開(kāi)車(chē)初期,忽略了淘析氣流量的調(diào)整,吹掃不出粉塵,即使有粉塵也僅在1.2kg/d左右,遠(yuǎn)低于正常量。檢查還發(fā)現(xiàn)粉塵收集器有1根濾袋破損。低粉塵狀態(tài)超過(guò)了一個(gè)再生周期。淘析不掉的粉塵又隨待生催化劑進(jìn)入再生器,這樣造成惡性循環(huán)。(3)2006年9月清理再生器內(nèi)網(wǎng)時(shí),催化劑全部卸入緩沖料斗,而這部分催化劑未卸出過(guò)篩,當(dāng)催化劑循環(huán)時(shí),隨著緩沖料斗料位的下降,原來(lái)附著在罐壁的催化劑粉塵被混入其中。綜合以上分析,催化劑粉塵在反應(yīng)-再生系統(tǒng)的累積,一方面會(huì)導(dǎo)致提升困難,另一方面還可能導(dǎo)致反應(yīng)器下料管堵塞,嚴(yán)重?fù)p壞再生器和反應(yīng)器內(nèi)件,甚至使反應(yīng)器停工。因此要十分重視連續(xù)重整催化劑運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的粉塵和碎片,要確保催化劑淘析系統(tǒng)的除塵效果,這是保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的必要條件。4提高設(shè)備效率，降低能耗4.1水熱媒熱回收技術(shù)應(yīng)用分析揚(yáng)子石化連續(xù)重整裝置四合一方箱爐和四臺(tái)圓筒爐都是20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)的加熱爐,熱效率較低(81%~85%),排煙溫度為280~362℃。爐群附近的鄰二甲苯塔再沸爐設(shè)計(jì)于20世紀(jì)90年代,情況稍好,排煙溫度220℃。這9臺(tái)加熱爐煙氣混合后,由橫煙道一同排入140m煙囪。重整加熱爐由東向西依次排開(kāi)布置,在煙氣進(jìn)煙囪前,橫煙道還穿越重整進(jìn)料加熱爐,跨度很大;而四合一爐燃燒器配風(fēng)非常困難,布置上可利用的空間非常有限。根據(jù)以上情況,該熱回收裝置采用水熱媒熱回收技術(shù),充分發(fā)揮其煙、風(fēng)道少,布置靈活的特點(diǎn)?？紤]到四合一爐燃燒器配熱風(fēng)困難,熱空氣僅配給重整圓筒爐。同時(shí)考慮到可加熱的燃燒空氣量比較小,采用部分煙氣先加熱重整反應(yīng)爐的鍋爐給水,再進(jìn)入水熱媒熱回收系統(tǒng)的方案(見(jiàn)圖3)。2008年5月9日水熱媒系統(tǒng)投用,投用后,混合排煙溫度降至153.9℃,比設(shè)計(jì)值降了11℃,助燃空氣溫度為154.2℃,比設(shè)計(jì)值提高14℃。共回收能量為5.54MW。經(jīng)標(biāo)定,加熱爐群的熱效率平均為91.15%。4.2堿洗后熱端對(duì)比揚(yáng)子石化連續(xù)重整裝置反應(yīng)器進(jìn)出料換熱器為管殼式換熱器,兩臺(tái)并聯(lián)使用,其熱端溫差設(shè)計(jì)值為66℃。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),換熱效率逐漸下降,截止2004年7月熱端溫差逐漸上升至87℃左右,而且還存在殼程偏流現(xiàn)象。這增加了進(jìn)料加熱爐的負(fù)荷,使后冷空冷器和水冷器的負(fù)荷不足,導(dǎo)致后續(xù)產(chǎn)品分離罐溫度升高,循環(huán)氫純度降低,加速催化劑積炭,影響循環(huán)氫壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,每年夏季反應(yīng)空冷都要進(jìn)行脫鹽水噴淋。2004年7月裝置大修期間對(duì)換熱器殼程進(jìn)行了重芳烴清洗,雖然洗出了一些結(jié)垢物,但從實(shí)際運(yùn)行情況看,效果不理想,熱端溫差同比下降了4℃。截止2008年3月,進(jìn)出料換熱器熱端溫差已達(dá)100℃。分析認(rèn)為,進(jìn)出料換熱器殼程存在氯化銨鹽的沉積,隨著裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,使得換熱效率下降,同時(shí)也使得殼程壓降分布不均,形成偏流。2008年4月裝置停車(chē)大修,對(duì)進(jìn)出料換熱器管殼程用碳酸氫鈉溶液進(jìn)行了堿洗。為降低反應(yīng)系統(tǒng)水含量,堿洗完后對(duì)管殼程進(jìn)行熱氮干燥,堿洗前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),堿洗后熱端溫差下降了22.7℃,2008年和2009年夏季,在裝置保持滿(mǎn)負(fù)荷的條件下,反應(yīng)空冷均未投用噴淋設(shè)施。從表1中還可以看出,堿洗1年后,熱端溫差略有增加。4.3預(yù)處理對(duì)氯離子的影響在重整反應(yīng)條件下形成的NH4Cl不溶于重整油,銨鹽沉積于重整脫戊烷塔塔盤(pán)后,易造成塔盤(pán)、降液管堵塞,使分離效率下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致回流中斷,造成液泛。針對(duì)重整脫戊烷塔銨鹽堵塞的情況,分別于2003年3月(液泛)和2005年6月(液泛)及2006年9月(分離精度下降)進(jìn)行了三次大規(guī)模的在線(xiàn)水洗。水洗期間裝置負(fù)荷降至60%,脫戊烷塔底溫度由220℃逐步降溫至140~150℃,塔壓由1.1MPa降至0.7~0.8MPa,并將重整油改去罐區(qū)。先后在回流和進(jìn)料注鍋爐水,注水量分別為4~5t/h和10t/h。當(dāng)回流罐水包中氯離子含量趨于穩(wěn)定時(shí)水洗結(jié)束,水洗時(shí)間一般10~11h。圖4為2005年水洗期間脫戊烷塔回流罐水包氯離子變化情況。圖4數(shù)據(jù)表明,水洗后期,氯離子含量基本趨于穩(wěn)定。水洗期間注入的堿性水對(duì)系統(tǒng)未產(chǎn)生腐蝕。5實(shí)施重復(fù)技術(shù)，解決設(shè)備問(wèn)題5.1調(diào)整連接系統(tǒng)的評(píng)估重整反應(yīng)器進(jìn)出口法蘭曾多次發(fā)生介質(zhì)泄漏、著火事故,造成非計(jì)劃停車(chē)及生產(chǎn)波動(dòng)。通過(guò)采取對(duì)法蘭螺栓熱緊、氮?dú)獗Ｗo(hù)、作卡具、注膠堵漏、作環(huán)行夾套、充氮?dú)獯祾叩却胧?使反應(yīng)器法蘭泄漏著火現(xiàn)象有所緩解,但并未得到根本的解決。分析認(rèn)為,造成反應(yīng)器法蘭泄漏的原因有兩個(gè)方面:(1)在重整反應(yīng)器高溫工況下,由于墊片材料性能的劣化及顯著的蠕變松弛特性,引起回彈性能的下降,當(dāng)密封墊片的回彈量不足于補(bǔ)償法蘭密封面的分離和螺栓的蠕變松弛,就會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的泄漏;(2)在高溫管道系統(tǒng)中,法蘭還承受由管道系統(tǒng)熱變形引起的附加載荷,而重整反應(yīng)器25個(gè)恒(變)力吊架經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行,已有部分吊架處于或接近死點(diǎn)位置,同時(shí),彈簧的變形量也達(dá)不到計(jì)算的位移量,使其不能有效補(bǔ)償反應(yīng)系統(tǒng)管線(xiàn)的熱膨脹,造成反應(yīng)器進(jìn)出口法蘭頻繁泄漏。張育研究結(jié)果表明,在螺栓法蘭連接系統(tǒng)中引入彈性墊圈,補(bǔ)償高溫工況下墊片、螺栓及法蘭的蠕變松弛是提高連接緊密性的有效方法。在2008年裝置大修中,對(duì)重整反應(yīng)器進(jìn)出口法蘭連接加裝了彈性墊圈,并在不修改管線(xiàn)位置及尺寸的情況下,更換了失效的彈簧吊架,盡可能地利用原有支架位置及連接附件。經(jīng)過(guò)1年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明,對(duì)于高溫承壓設(shè)備、負(fù)荷頻繁波動(dòng)的螺栓法蘭連接采用彈性墊圈,對(duì)提高設(shè)備的密封可靠性與生產(chǎn)的安全性起了積極作用,從2008年大檢修至今,裝置負(fù)荷、反應(yīng)溫度經(jīng)歷過(guò)較大幅度的調(diào)整,也經(jīng)歷了外部環(huán)境溫度和惡劣氣候的考驗(yàn),法蘭連接均未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象,表明重整裝置反應(yīng)器接管法蘭泄漏問(wèn)題得到了根本解決。5.2內(nèi)件扇形筒的失效原因扇形筒是催化重整反應(yīng)器的關(guān)鍵內(nèi)件之一,起著均布反應(yīng)油氣和隔離催化劑床層的重要作用。目前工業(yè)應(yīng)用的扇形筒大都是由厚度為1.2mm鋼板沖孔卷制而成,其開(kāi)孔率較高、長(zhǎng)度尺寸較大。因此,其強(qiáng)度和剛度較低,在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)變形破壞現(xiàn)象。重整反應(yīng)器內(nèi)件扇形筒的失效形式主要為內(nèi)凹變形和底部發(fā)生失穩(wěn)皺折等,尤其是第四反應(yīng)器的扇形筒因其長(zhǎng)度超過(guò)了9m,較其它三個(gè)反應(yīng)器更易發(fā)生損壞。高廣勝研究認(rèn)為,在停車(chē)和開(kāi)車(chē)時(shí)因催化劑停止流動(dòng)和開(kāi)始流動(dòng)造成的對(duì)扇形筒的最大外壓分別達(dá)到扇形筒極限載荷的4倍和3倍,是扇形筒失效的主要原因。同時(shí)還指出,與現(xiàn)有沖孔網(wǎng)面扇形筒相比,新型約翰遜扇形筒的強(qiáng)度得到了較大幅度的提高,其極限載荷提高了將近3倍,從而可以從根本上解決扇形筒由于強(qiáng)度不足引起的失效問(wèn)題是最為有效的減少扇形筒失效的措施。2008年3月,裝置大修期間對(duì)重整第四反應(yīng)器41根沖孔扇形筒全部更換為約翰遜型。6裝置現(xiàn)狀及問(wèn)題重整進(jìn)出料立式換熱器經(jīng)過(guò)堿洗后雖然能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,但從節(jié)能降耗的角度考慮,如將其更換為板殼式換熱器則更為有利。與管殼式換熱器相比,板殼式換熱器冷端及熱端溫差小,回收