3.2 Mt/a連續(xù)重整裝置技術(shù)特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用

孫秋榮

（武漢金中石化工程有限公司，湖北 武漢 430223）

催化重整是石油煉制與化工的主要工藝過(guò)程之一，是在一定氫分壓和溫度下，利用重整催化劑將石腦油原料中的大部分環(huán)烷烴和部分烷烴轉(zhuǎn)化為芳烴，生產(chǎn)出富含芳烴的重整生成油，并副產(chǎn)氫氣。寧波中金石化有限公司芳烴項(xiàng)目連續(xù)重整裝置采用UOP 公司第三代超低壓連續(xù)重整和催化劑連續(xù)再生CycleMax 專利技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)模3.2 Mt/a，催化劑再生規(guī)模3 175 kg/h，裝置以石腦油加氫裝置的精制石腦油和上游加氫裂化裝置的重石腦油為原料，反應(yīng)苛刻度105［1］。裝置于2014年12月實(shí)現(xiàn)中交，2015年8月15日為制苯裝置供脫戊烷重整生成油，實(shí)現(xiàn)全裝置投料試車(chē)一次成功。

本工作介紹了寧波中金石化有限公司芳烴項(xiàng)目連續(xù)重整裝置開(kāi)工測(cè)試情況，考核了正常工況下裝置的加工能力、產(chǎn)品質(zhì)量和能耗等各項(xiàng)指標(biāo)。

1 CycleMax 專利技術(shù)概述

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

采用UOP 公司第三代超低壓連續(xù)重整專利技術(shù)，配套選用UOP 公司的R-264 型高密度催化劑，該催化劑具有活性高、選擇性高、抗磨性好、積碳少等特點(diǎn)，還可減少催化劑貼壁流動(dòng)的影響［2］。

采用四臺(tái)串聯(lián)反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)物流為上進(jìn)上出（中心管上流式），有利于催化劑的流動(dòng)和物流分布［3］。重整產(chǎn)氫先與重整循環(huán)氫一起經(jīng)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)增壓，再經(jīng)重整氫增壓機(jī)兩級(jí)壓縮，并采用與重整生成油兩段逆流再接觸的工藝流程。該流程中設(shè)有再接觸制冷器，使二段再接觸物流降溫至-7 ℃，再進(jìn)行再接觸與分離，以進(jìn)一步回收C3和C4餾分，并提高重整產(chǎn)氫的純度。

設(shè)置重整反應(yīng)加熱爐低流量低負(fù)荷燃料氣系統(tǒng)，以保證當(dāng)循環(huán)氫壓縮機(jī)故障停機(jī)時(shí)，“二合一”爐能低負(fù)荷運(yùn)行。第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器以及第三反應(yīng)器和第四反應(yīng)器分別設(shè)置了2 套催化劑冷態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，在正常停車(chē)、緊急停車(chē)等原因?qū)е碌姆磻?yīng)器降溫過(guò)程中投用該系統(tǒng)，以保護(hù)反應(yīng)器的內(nèi)件。

采用UOP ChlorsorbTM氯吸收技術(shù)，設(shè)置單獨(dú)的氯吸收罐，取代原有的堿洗塔及其附屬設(shè)備。在氯吸收罐內(nèi)，來(lái)自再生器的放空氣與催化劑接觸，回收放空氣中的氯，既降低了四氯乙烯消耗，又無(wú)廢液的排放。

隨著裝置的超大型化，為避免催化劑輸送過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵造成反應(yīng)器和再生器內(nèi)件的堵塞，分別設(shè)置待生催化劑和再生催化劑2 套粉塵收集系統(tǒng)。

1.2 催化劑

連續(xù)重整催化劑的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 連續(xù)重整催化劑的主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of continuous catalytic reforming(CCR) catalyst

1.3 主要設(shè)備選型

重整反應(yīng)器為兩臺(tái)兩兩疊置式（第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器重疊、第三反應(yīng)器和第四反應(yīng)器重疊）、徑向、中心管上流結(jié)構(gòu)；還原段設(shè)在第一反應(yīng)器的頂部，第三反應(yīng)器頂部設(shè)催化劑緩沖罐，第二反應(yīng)器和第四反應(yīng)器底部分別設(shè)有催化劑收集器，并與反應(yīng)器結(jié)為一體。

將一號(hào)還原氣電加熱器和二號(hào)還原氣電加熱器掛在或支在第一反應(yīng)器上部還原段的外壁上，管系采用彈簧支撐。因裝置大型化，電加熱器自重較大，產(chǎn)生的偏載對(duì)反應(yīng)器殼體和基礎(chǔ)影響較大，不僅給第一反應(yīng)器的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)相當(dāng)大的困難，使投資增加，還可能有安全隱患。經(jīng)對(duì)比采用中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司專利技術(shù)，即一種用于還原氣電加熱器的升降裝置，還原氣電加熱器承重在反應(yīng)構(gòu)架上，通過(guò)升降裝置隨反應(yīng)器同步升降［4-5］。

重整反應(yīng)加熱爐為2 臺(tái)“二合一”爐，進(jìn)料加熱爐和第一中間加熱爐在一個(gè)爐體內(nèi)，共用一個(gè)對(duì)流室；第二中間加熱爐和第三中間加熱爐在一個(gè)爐體內(nèi)，共用一個(gè)對(duì)流室。采用多流路U 形管箱式加熱爐，對(duì)流段設(shè)有中壓蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，加熱爐效率大于等于90.8%。其中，進(jìn)料加熱爐和第一中間加熱爐對(duì)流段除發(fā)生蒸汽外還承擔(dān)加熱汽化脫戊烷塔重沸物流的任務(wù)。

重整混合進(jìn)料換熱器，采用板殼式換熱器，所需換熱面積約2×104m2，因板片寬度不宜超過(guò)2 m的局限，綜合考慮設(shè)計(jì)、制造、操作、投資和節(jié)能等因素，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比，選用2 臺(tái)板殼式換熱器并聯(lián)，以加深換熱，降低能耗［6］。

重整反應(yīng)產(chǎn)物和再接觸物流冷凝冷卻均采用復(fù)合空冷器，不設(shè)后部水冷器，以節(jié)省占地及成本，降低能耗。

2 連續(xù)重整裝置的設(shè)計(jì)與標(biāo)定

裝置設(shè)計(jì)和標(biāo)定的原料、產(chǎn)品、操作參數(shù)、物料平衡及能耗等見(jiàn)表2～7。

表2 重整原料雜質(zhì)含量Table 2 Impurity content of CCR feed

表3 重整原料和C6+重整生成油產(chǎn)品性質(zhì)Table 3 Product properties of CCR feed and C6+ reformate

表4 重整氫產(chǎn)品性質(zhì)Table 4 Product properties of CCR net gas

3 標(biāo)定結(jié)果與分析

裝置在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行的標(biāo)定Ⅱ考核表明，所選擇的工藝流程、設(shè)備以及配套設(shè)施等均滿足生產(chǎn)要求，其主要產(chǎn)品、公用工程消耗指標(biāo)及能耗均與設(shè)計(jì)值基本相當(dāng)。

3.1 原料與產(chǎn)品

從表2可看出，標(biāo)定Ⅰ和標(biāo)定Ⅱ中原料的溴指數(shù)均高于設(shè)計(jì)值，但是當(dāng)重整原料的溴指數(shù)在100 mg/g 以下時(shí)，它對(duì)重整反應(yīng)的影響仍可接受，此時(shí)原料的溴指數(shù)可不作為考核指標(biāo)［7］。標(biāo)定Ⅰ原料中水含量超出設(shè)計(jì)值較多，標(biāo)定Ⅱ原料中水含量接近設(shè)計(jì)值，重整原料中水含量偏高，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)氫中水含量偏高，進(jìn)而造成重整催化劑氯含量下降，為維持催化劑上的氯含量，需要增加注氯量，導(dǎo)致重整反應(yīng)中裂化反應(yīng)增強(qiáng)，C5+液體收率偏低，純氫氣產(chǎn)率偏低，見(jiàn)表5。另外，反應(yīng)產(chǎn)物中氯含增加，重整氫脫氯罐和重整油脫氯罐易被穿透。因此需在上游裝置優(yōu)化操作，嚴(yán)格控制重整原料中的水含量。

從表3可看出，標(biāo)定Ⅰ和標(biāo)定Ⅱ中原料的重整指數(shù)（N+A）均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，但C6+重整生成油中的芳烴含量低于設(shè)計(jì)值，環(huán)烷烴含量明顯高于設(shè)計(jì)值，然而相對(duì)標(biāo)定Ⅰ的數(shù)據(jù)，標(biāo)定Ⅱ中C6+重整生成油中的芳烴含量提高3.1 百分點(diǎn)，環(huán)烷烴含量也有較大改善。從表4可見(jiàn)，標(biāo)定Ⅰ和標(biāo)定Ⅱ中重整氫氫含量均低于設(shè)計(jì)值，但相對(duì)標(biāo)定Ⅰ的數(shù)據(jù)，標(biāo)定Ⅱ中重整氫含量提高2.48百分點(diǎn)，與設(shè)計(jì)值接近。

在催化劑黑燒工況下，重整反應(yīng)注氯是通過(guò)重整進(jìn)料注氯，氯分散于原料中，而不是催化劑表面，再加上重整原料中水含量偏高，使得重整反應(yīng)中裂化反應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)一步證實(shí)了C5+液體收率偏低，純氫氣產(chǎn)率偏低的原因。在催化劑白燒工況下，重整反應(yīng)注氯在催化劑再生燒焦后注氯，氯分散于催化劑表面，再加上重整原料中水含量明顯降低并接近于設(shè)計(jì)值，重整反應(yīng)的水氯平衡有較大改善。從產(chǎn)物的芳烴含量、環(huán)烷烴含量、重整氫純度，以及C5+液體收率、純氫氣產(chǎn)率得以證實(shí)。

表5 主要操作參數(shù)Table 5 Main operating parameters

表6 裝置物料平衡Table 6 Material balance

表7 公用工程消耗及能耗Table 7 Utility consumption and energy consumption

3.2 主要操作參數(shù)

從表5可看出，還原氣電加熱器升降裝置的應(yīng)用獲得了成功，實(shí)現(xiàn)了還原氣電加熱器隨反應(yīng)器同步升降。這種智能升降裝置的引入解決了裝置大型化發(fā)展的工程瓶頸，從本質(zhì)上提高了裝置運(yùn)行的可靠性［4］。重整臨氫系統(tǒng)壓力降大于設(shè)計(jì)值，主要原因是氫油比、重整混合進(jìn)料換熱器板殼程壓差均偏高，使得循環(huán)壓縮機(jī)出口壓力均高于設(shè)計(jì)值，循環(huán)氫壓縮機(jī)的負(fù)荷明顯增加，隨著優(yōu)化操作將氫油比靠近設(shè)計(jì)值，系統(tǒng)壓力降有所改善。另外，重整混合進(jìn)料換熱器的熱端溫差優(yōu)于設(shè)計(jì)值，體現(xiàn)了板殼式換熱器良好的傳熱性能。重整反應(yīng)產(chǎn)物和再接觸物流均采用“復(fù)合空冷”的冷卻方案，冷卻后溫度均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，裝置標(biāo)定后，在最熱月條件下冷卻后溫度低于43 ℃，但除鹽水消耗要高于設(shè)計(jì)值，在環(huán)境條件允許地區(qū)，采用“復(fù)合空冷”冷卻方案是可行的。裝置操作參數(shù)仍在磨合優(yōu)化，各反應(yīng)器入口溫度暫控制在530 ℃左右，反應(yīng)器總溫降已達(dá)250 ℃以上，從標(biāo)定Ⅱ的數(shù)據(jù)可看出，C5+液體收率、純氫產(chǎn)率、芳烴產(chǎn)率以及重整氫氫含量等指標(biāo)均與設(shè)計(jì)值基本相當(dāng)，裝置仍有潛力。表明R-264催化劑的活性和選擇性良好，但催化劑的粉塵量偏多，可能與ChlorsorbTM氯吸收技術(shù)有關(guān)，待生催化劑與含水量高的再生放空氣接觸并在氯吸收區(qū)頻繁超溫，影響了催化劑的強(qiáng)度［8-9］。在開(kāi)工初期較長(zhǎng)的一段時(shí)間氯吸收區(qū)頻繁超溫，導(dǎo)致催化劑再生不能正常運(yùn)行，通過(guò)增加吹入再生器底部的氮?dú)饬髁恐? 500 m3/h 以上，才能夠在氯吸收區(qū)溫度不超溫的情況下連續(xù)黑燒，且催化劑循環(huán)速率只能保持在30%上下。經(jīng)一系列優(yōu)化操作，實(shí)現(xiàn)催化劑黑燒轉(zhuǎn)白燒，吹入再生器底部的氮?dú)饬髁拷抵琳Ｖ?，催化劑循環(huán)速率提升至45%左右。

3.3 物料平衡

從裝置的物料平衡可看出，C5+液體收率、純氫產(chǎn)率均低于設(shè)計(jì)值，燃料氣、液化石油氣產(chǎn)率均高于設(shè)計(jì)值；標(biāo)定Ⅱ的數(shù)據(jù)優(yōu)于標(biāo)定Ⅰ的數(shù)據(jù)，也進(jìn)一步說(shuō)明在操作工況下R-264 催化劑裂化性能稍強(qiáng)，輕烴收率偏高，液收偏低，裝置仍有優(yōu)化潛力。

3.4 能耗分析

循環(huán)氫壓縮機(jī)的3.5 MPa 蒸汽用量比設(shè)計(jì)值高40 t/h 左右，主要原因?yàn)椋?）氫油摩爾比大于設(shè)計(jì)值；2）循環(huán)氫純度低于設(shè)計(jì)值，平均相對(duì)分子質(zhì)量偏大；3）重整臨氫系統(tǒng)壓力降高于設(shè)計(jì)值，使得循環(huán)氫壓縮機(jī)出口壓力高于設(shè)計(jì)值。

凝結(jié)水回收量明顯低于平衡量，說(shuō)明有相當(dāng)一部分凝結(jié)水沒(méi)有回收。復(fù)合空冷器除鹽水耗量偏大。裝置的氮?dú)庥昧科蟆?/p>

重整反應(yīng)器入口溫度控制在535.8 ℃，反應(yīng)總溫降較設(shè)計(jì)值低50 ℃左右，燃料氣消耗低于設(shè)計(jì)值。經(jīng)優(yōu)化操作，催化劑再生轉(zhuǎn)入白燒，標(biāo)定Ⅱ能耗優(yōu)于設(shè)計(jì)值。重整反應(yīng)器入口溫度控制在530 ℃，反應(yīng)總溫降較設(shè)計(jì)值低50 ℃左右，相對(duì)于標(biāo)定Ⅰ反應(yīng)器入口溫度共低22 ℃，燃料氣消耗得到優(yōu)化。

通過(guò)適當(dāng)提高重整進(jìn)料溫度，降低循環(huán)氫流量，使氫油比靠近設(shè)計(jì)值；循環(huán)氫純度有所提高；隨之重整臨氫系統(tǒng)壓力降也降低，使循環(huán)氫壓縮機(jī)的3.5 MPa 蒸汽用量比標(biāo)定Ⅰ降低18 t/h 以上。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確有凝結(jié)水就地排放，經(jīng)技改措施，關(guān)閉了現(xiàn)場(chǎng)排放點(diǎn)，優(yōu)化凝結(jié)水回收。根據(jù)觀測(cè)，復(fù)合空冷器除鹽水循環(huán)泵設(shè)計(jì)一開(kāi)一備，但現(xiàn)場(chǎng)并聯(lián)操作；復(fù)合空冷器冷后溫度低于設(shè)計(jì)值。停復(fù)合空冷器備用除鹽水循環(huán)泵，復(fù)合空冷器的除鹽水耗量降至20 t/h 左右。

4 結(jié)論

1）寧波中金石化有限公司3.2 Mt/a 連續(xù)重整裝置自投料以來(lái)一直運(yùn)行良好，表明超大型重整裝置的工程設(shè)計(jì)、建設(shè)以及運(yùn)行的各環(huán)節(jié)成功。

2）從標(biāo)定Ⅱ看，重整反應(yīng)器入口溫度530 ℃，C5+重整生成油液體收率88.3%，純氫產(chǎn)率4.08%，重整氫純度93.06%（x），C6+重整生成油中芳烴含量87.79（w）%，雖與設(shè)計(jì)值基本相當(dāng)，裝置仍存在優(yōu)化空間。