洛陽(yáng)石化連續(xù)催化重整反應(yīng)加熱爐的改造

張英哲 陳紅星

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

洛陽(yáng)石化連續(xù)催化重整反應(yīng)加熱爐的改造

張英哲 陳紅星

(中國(guó)石油化工股份有限公司洛陽(yáng)分公司，河南洛陽(yáng)，471012)

洛陽(yáng)石化連續(xù)重整加熱爐長(zhǎng)期存在熱效率偏低、能耗偏高的問(wèn)題，通過(guò)2015年大檢修期間增上高溫?cái)_流子-低溫鑄鐵組合空氣預(yù)熱器與更換燃燒器，重整加熱爐熱效率皆達(dá)到了92%以上，并且取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

連續(xù)催化重整加熱爐 熱效率 經(jīng)濟(jì)效益

1 簡(jiǎn)介

1.1 連續(xù)催化重整反應(yīng)加熱爐簡(jiǎn)介

洛陽(yáng)石化連續(xù)重整目前采用中石化洛陽(yáng)石油化工工程公司自主研發(fā)的“LPEC連續(xù)重整成套技術(shù)”。它是在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在的條件下進(jìn)行烴類分子結(jié)構(gòu)重排反應(yīng)，生產(chǎn)芳烴、高辛烷值汽油和副產(chǎn)大量氫氣的工藝過(guò)程，是現(xiàn)代煉油和石油化工的支柱技術(shù)之一。而反應(yīng)加熱爐是連續(xù)催化重整的重要部分，它的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)乎著反應(yīng)深度、催化劑使用壽命、裝置的安全生產(chǎn)等。

目前洛陽(yáng)石化連續(xù)重整加熱爐包括H201A/C/D及H201B，流程為重整進(jìn)料進(jìn)裝置與循環(huán)氫進(jìn)行混合，混合后經(jīng)過(guò)反應(yīng)進(jìn)出物料換熱器E201板程升溫至450℃左右進(jìn)入第一反應(yīng)加熱爐H201A繼續(xù)升溫，升至520℃左右進(jìn)入第一反應(yīng)器R201參加反應(yīng)；反應(yīng)出料(400℃-420℃)進(jìn)入第二反應(yīng)加熱爐H201B升溫，升至520℃左右進(jìn)入第二反應(yīng)器R202參加反應(yīng)；反應(yīng)出料(445℃左右)進(jìn)入第三反應(yīng)加熱爐H201C升溫，升至520℃左右進(jìn)入第三反應(yīng)器R203參加反應(yīng)；反應(yīng)出料(470℃左右)進(jìn)入第四反應(yīng)加熱爐H201D升溫，升至520℃左右進(jìn)入第四反應(yīng)器R204參加反應(yīng)，反應(yīng)出料(480℃-495℃)進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)出物料換熱器E201殼程，出料經(jīng)冷卻分離離開(kāi)反應(yīng)系統(tǒng)。

1.2 洛陽(yáng)石化催化重整反應(yīng)加熱爐簡(jiǎn)介以及優(yōu)化改造歷史

2004年10月起，洛陽(yáng)石化實(shí)施了國(guó)產(chǎn)化連續(xù)重整技術(shù)改造，之后在重整反應(yīng)部分原有的基礎(chǔ)上，增加了第三重整反應(yīng)器，配套增上了一臺(tái)加熱爐，裝置流程由“三爐三反”變成了“四爐四反”，完成了從汽油型重整到芳烴型重整的轉(zhuǎn)化。2008年5月對(duì)反應(yīng)催化劑進(jìn)行了更新，對(duì)反應(yīng)三合一爐爐管進(jìn)行了升級(jí)，解決了裝置提量與反應(yīng)加熱爐爐管超溫的矛盾。2011年9月實(shí)施了節(jié)能改造和消缺改造，將二反加熱爐(H201B)進(jìn)行了升級(jí)。

2 重整加熱爐存在的問(wèn)題及優(yōu)化措施

2.1 重整加熱爐存在的問(wèn)題

2013年3月通過(guò)對(duì)廠區(qū)內(nèi)各裝置加熱爐露點(diǎn)溫度測(cè)量和部分加熱爐重新標(biāo)定，大部分加熱爐運(yùn)行狀況良好，運(yùn)行穩(wěn)定、熱效率高，僅有重整裝置區(qū)加熱爐運(yùn)行熱效率偏低，加熱爐能耗較高(表1)。而通過(guò)露點(diǎn)溫度實(shí)際測(cè)量，加熱爐排煙溫度遠(yuǎn)高于煙氣露點(diǎn)溫度，造成了很大的浪費(fèi)。

表1 重整加熱爐檢修前參數(shù)

通過(guò)對(duì)三合一爐反應(yīng)加熱爐H201A/C/D、重整二反加熱爐H201B運(yùn)行數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況分析。目前這四臺(tái)加熱爐排煙溫度均偏高，約在170℃左右，而加熱爐露點(diǎn)腐蝕溫度均在100℃以下。根據(jù)燃料介質(zhì)和煙氣實(shí)際組分，排煙溫度應(yīng)控制在110℃左右，既能保證余熱回收系統(tǒng)不受煙氣露點(diǎn)腐蝕，也可以大幅度提高加熱爐運(yùn)行熱效率。

2.2 重整加熱爐的優(yōu)化改造

2.2.1 增設(shè)高溫?cái)_流子-鑄鐵組合式空氣預(yù)熱器

在重整反應(yīng)加熱爐聯(lián)合煙囪的旁邊設(shè)置一個(gè)高溫?cái)_流子加低溫鑄鐵組合式空氣預(yù)熱器，通過(guò)抽出加熱爐對(duì)流室余熱鍋爐預(yù)熱段管線來(lái)減少對(duì)流余鍋爐部分中壓蒸汽產(chǎn)量，提高煙氣出對(duì)流室溫度，為余熱回收系統(tǒng)提供更多熱量。圖1展示了改造后的加熱爐組合空氣預(yù)熱器的流程。

圖1 加熱爐聯(lián)合空氣預(yù)熱器流程圖

H201A/C/D和H201B兩爐對(duì)流室通過(guò)改造之后將出口溫度設(shè)定為300℃，通過(guò)換熱將煙氣溫度降低到110℃，同時(shí)將助燃空氣由20℃增加到250℃左右，以達(dá)到節(jié)省燃料的目的。表2列出了該空氣預(yù)熱器的基本參數(shù)。

表2 高溫?cái)_流子-低溫鑄鐵組合式空氣預(yù)熱器基本參數(shù)

空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)負(fù)荷為6.85MW，這其中有抽出對(duì)流室爐管后少產(chǎn)中壓蒸汽產(chǎn)生的4.73MW熱量，以及降低的2.12MW的煙氣溫度所含熱量。

2.2.2 更換燃燒器

由于原三合一爐H201A/C/D、重整二反加熱爐H201B設(shè)計(jì)燃燒器為自然通風(fēng)燃燒器，為滿足增設(shè)空氣預(yù)熱器后燃料的充分燃燒，需要把這78臺(tái)燃燒器全部更換為低NOX燃燒器，此燃燒器較以往的燃燒器，燃燒速率減緩、燃燒區(qū)溫度低但覆蓋面廣，強(qiáng)度剛，有效的降低了過(guò)高火焰溫度下氮氧化物的形成，并且通過(guò)燃燒器里分級(jí)燃燒，減少了風(fēng)量，降低了過(guò)?？諝庀禂?shù)，增加爐子的熱效率。

3 改造后的運(yùn)行情況與效益分析

3.1 改造后的運(yùn)行參數(shù)與熱效率

受重整進(jìn)料降量的影響，重整反應(yīng)系統(tǒng)整體負(fù)荷降低。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 加熱爐系統(tǒng)基本參數(shù)

根據(jù)燃料氣、煙氣的組成(其一周內(nèi)的平均組成)，對(duì)燃料氣與煙氣進(jìn)行計(jì)算。

由e=[1-(hu+hs+hL*ηr)/ (hL+△hf+△hm+△ha)]

式中：

e——熱效率，%

hL——燃料低發(fā)熱量，kJ/kg燃料

△hf——由單位燃料量帶入體系的顯熱，kJ/kg燃料

△hm——由霧化單位燃料油所需要霧化劑帶入的顯熱，kJ/kg燃料

hu——按單位燃料量計(jì)算的不完全燃燒損失，kJ/kg燃料

hs——按單位燃料量的排煙損失，kJ/kg燃料

ηr——散熱損失占低發(fā)熱量的百分比 因空氣預(yù)熱器新增管道原因，散熱損失取3%

得出熱效率見(jiàn)表4。

表4 改造前后熱效率對(duì)比

可以從表4可以看出改造后的加熱爐熱效率得到了顯著地提升且基本滿足中石化總部對(duì)加熱爐熱效率的要求(92%)。

788 頸椎前路椎體骨化物復(fù)合體前移融合術(shù)再手術(shù)治療頸椎后縱韌帶骨化癥效果觀察（附 12例分析） 王海波，孫璟川，徐錫明，王 元，郭永飛，楊海松，史建剛

3.2 改造后的效益分析

3.2.1 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的確定

(1)天然氣低發(fā)熱值Hn為11040kcal/kg。

(2)改造前加熱爐燃料氣平均熱值H1為10780 kcal/kg。

(3)改造后加熱爐燃料氣平均熱值H2為10789 kcal/kg。

(4)改造前反應(yīng)系統(tǒng)噸加工量的余鍋產(chǎn)汽噸產(chǎn)量F1'為0.275。

(5)余鍋產(chǎn)汽系統(tǒng)自除氧水轉(zhuǎn)換為蒸汽的焓差H汽-水為692526.8kcal/噸。

3.2.2 相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的取定

通過(guò)Excel在線取數(shù)工具對(duì)重整進(jìn)料量(FIC2001)、重整加熱爐流量(FI2602)、中壓蒸汽產(chǎn)量(FI2504)進(jìn)行取數(shù)，獲取于表5。

表5 相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)間累計(jì)及平均值統(tǒng)計(jì)

在一個(gè)周期(七天)內(nèi)，累計(jì)加工負(fù)荷M2=13271.75t，累計(jì)蒸汽量F2=2308.9，加熱爐燃料氣流量W2=493.06t。本計(jì)量周期相比改造前余鍋產(chǎn)汽的累計(jì)流量F1= F1’×M2=0.275×13271.75=3649.7t，耗電量為38808 kW·h。

本計(jì)量周期相比改造前燃料氣累計(jì)流量W1。

W1=﹝W2×H2×η2+( F1- F2)/1000×H汽-水﹞/ η1/H1=596.03噸

因此，每小時(shí)節(jié)約瓦斯為(596.03-493.06)/168=0.613t/h(天然氣價(jià)格為4326元/噸)，每小時(shí)少產(chǎn)中壓蒸汽為(3649.7-2308.9)/168=7.98t/h (中壓蒸汽價(jià)格為128元/噸)，沒(méi)小時(shí)耗電231 kW·h(電價(jià)為0.64元/kW·h)。

所以綜合效益為：0.613×(10789/11040)×4326-7.98×128-231×0.64=1422.267元/小時(shí)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本次重整加熱爐改造，雖然加熱爐能耗增加，但是H201B的熱效率達(dá)到了92.7%，H201A/C/D的熱效率達(dá)到了92.6%。就目前的生產(chǎn)負(fù)荷下，每小時(shí)能夠較改造前節(jié)約1422元，因此此次改造取得了較好的效果。目前洛陽(yáng)石化重整反應(yīng)屬于低負(fù)荷運(yùn)行，如果提高負(fù)荷，此次改造的效果將更加明顯。

4.2 改造后運(yùn)行的問(wèn)題及建議

4.2.1 優(yōu)化燃燒器負(fù)荷

通過(guò)幾個(gè)月以來(lái)的生產(chǎn)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)加熱爐負(fù)荷遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)符合，造成燃燒器閥前壓力較低，火焰高度較低，長(zhǎng)期會(huì)造成Cr9Mo材質(zhì)的爐管下部超溫、燃燒器結(jié)焦、火焰偏燒等一系列影響正常生產(chǎn)的現(xiàn)象。

因爐子內(nèi)部有三排火嘴，中間排火嘴兩側(cè)都為爐管，負(fù)荷較大，影響較小，所以建議減小爐子兩側(cè)的燃燒器負(fù)荷，同時(shí)減小燃燒器火嘴外部開(kāi)口數(shù)，使燃燒器火焰更加聚攏。

4.2.2 降低散熱損失

(1)對(duì)下部集合管人孔涂抹保溫材料；

(2)對(duì)加熱爐兩側(cè)曾有超溫現(xiàn)象區(qū)域的較低處爐墻的耐火材料進(jìn)行監(jiān)控，并監(jiān)測(cè)外墻溫度。

[1] 馬愛(ài)增. 中國(guó)催化重整技術(shù)進(jìn)展[J]. 中國(guó)科學(xué), 2014, 44(1):25-39.

[2] 馬驥. 影響常壓加熱爐熱效率的因素和解決辦法[J].山東工業(yè)技術(shù),2015,8(1):61-62.

[3] 李慶剛.連續(xù)重整裝置工藝模擬與優(yōu)化改造[D].天津:天津大學(xué),2012:1-70.

The Reform of Continuous Catalytic Reforming Reactive Heating Furnace of SINOPEC Luoyang Company

ZhangYingzhe,ChenHongxing

(LuoyangPetrochemicalCompany,Ltd．,SINOPEC,Luoyang471012,Henan,China)

The issues of low thermal efficiency and high energy consumption had existed in continuous catalytic reforming heating furnace of SINOPEC Luoyang Company for a long time, through the addition of hyperthermal turbolator, microthermal regenerative air preheater made of cast iron and the change of combustor during the overhaul in 2015, the thermal efficiency of heating furnace had exceeded 92% and achieved higher economic benefits.

continuous catalytic reforming heating furnace; thermal efficiency; economic benefits