重整裝置擴(kuò)能后再接觸系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題與對(duì)策

魏成德(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

催化重整是在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在條件下，使石腦油轉(zhuǎn)變成富含芳烴的重整生成油，并副產(chǎn)氫氣的過(guò)程[1]。重整反應(yīng)在進(jìn)行分子芳構(gòu)化的同時(shí)不可避免會(huì)生成可液化小分子烴類產(chǎn)物。該類物質(zhì)會(huì)摻雜于重整氫氣中，不加回收不僅降低重整生成油C5+液體收率，還會(huì)造成下游PSA 吸附劑活性衰減，縮短使用周期。

重整再接觸工藝是將重整生成油與含氫氣體在高壓和以氨為工質(zhì)營(yíng)造的低溫條件下接觸回收輕烴，達(dá)到提純氫氣目的。2013年對(duì)裝置擴(kuò)能改造后其處理能力增加至144萬(wàn)t /a (重整進(jìn)料171.4 t/h)但再接觸回收輕烴部分未進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)因氨冷卻效果不佳造成再接觸溫度高，輕烴回收效率、重整生成油收率大幅下降，氨氣壓縮機(jī)嚴(yán)重偏離正常工況故障頻繁等情況。在2017 年大檢修期間對(duì)再接觸的氨氣冷卻系統(tǒng)加以改造，以上問(wèn)題得以有效解決，實(shí)現(xiàn)了裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。

1 氨系統(tǒng)改造前流程

儲(chǔ)氨罐D(zhuǎn)-241 中氨液經(jīng)節(jié)流控制閥進(jìn)入氨蒸發(fā)冷卻器E-205 內(nèi)汽化將混合油氣冷卻送至D-203 罐進(jìn)行再接觸回收輕烴，提純氫氣。汽化后的氨氣經(jīng)氨液分離器D-242 汽液分離，氨氣經(jīng)氨壓縮機(jī)(兩開(kāi)一備)壓縮至E-241 與循環(huán)水換熱冷卻為氨液進(jìn)入儲(chǔ)氨罐D(zhuǎn)-241。氨系統(tǒng)改造前流程圖如圖1 所示。

1.1 改造前存在問(wèn)題

1.1.1 氨氣壓縮機(jī)運(yùn)行異常

裝置在運(yùn)行過(guò)程中，氨氣壓縮機(jī)及輔助潤(rùn)滑油泵頻繁出現(xiàn)振動(dòng)高，壓縮機(jī)出入口壓力高，拆檢后發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子磨損嚴(yán)重, 轉(zhuǎn)子型線全部磨損、密封線磨禿等現(xiàn)象[2]。

圖1 氨系統(tǒng)改造前流程圖

1.1.2 再接觸系統(tǒng)偏離正常工況

再接觸系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值，再接觸罐溫度高達(dá)23 ℃，嚴(yán)重超出工藝卡片指標(biāo)。重整氫氣輕烴含量C3+組分高達(dá)8%V/V、重整C5+液收小于88%wt、液化氣收率低、低溫脫氯劑損耗增加、下游PSA 吸附劑活性衰減加速。

1.2 原因分析

1.2.1 系統(tǒng)熱量無(wú)法及時(shí)移出

氨制冷系統(tǒng)的整個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)的熱量最終在E-241 中由循環(huán)水帶走。由于裝置擴(kuò)能改造，石腦油處理量由120 萬(wàn) t/a 擴(kuò) 大 至144 t/a，產(chǎn) 氫 量 從6 400 Nm3/h 增 加 至7 600 Nm3/h，在規(guī)定冷卻溫度不變的情況下，E-205 中所需移走的熱量由3 364 kW 增加至3 597 kW，該熱量以氨液蒸發(fā)汽化成氨氣的方式帶走。下游冷氨器E-241 未進(jìn)行相應(yīng)改造，換熱面積保持不變，且該換熱器冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，裝置運(yùn)行末期出現(xiàn)換熱管束結(jié)垢加劇等原因造成傳熱速率下降，進(jìn)入系統(tǒng)熱量無(wú)法及時(shí)移出。氨冷卻系統(tǒng)相對(duì)封閉，熱量未及時(shí)移除積聚在系統(tǒng)內(nèi)會(huì)造成惡性循環(huán)，出現(xiàn)冷凝氨液效果不佳，氨液溫度高，氨氣壓縮機(jī)出入口壓力升高，壓縮機(jī)入口氨氣帶液，機(jī)器振動(dòng)高，機(jī)組故障頻發(fā)等一系列問(wèn)題。

1.2.2 再接觸溫度高

再接觸即重整氫和重整生成油在較高的壓力和較低的溫度下接觸建立新的氣液平衡的過(guò)程。對(duì)同一重整產(chǎn)物，當(dāng)溫度一定時(shí)，壓力越高，則回收的輕烴越多，氫純度越高;當(dāng)壓力一定時(shí)，溫度越低，則回收的輕烴越多，氫純度越高[3]。再接觸罐設(shè)計(jì)使用溫度為4 ℃，因氨系統(tǒng)冷卻水帶走熱量有限，E-205中氣液混合物傳遞給氨系統(tǒng)的熱量不足從而導(dǎo)致進(jìn)入再接觸罐的物料溫度高達(dá)23 ℃。重整氫氣的小分子輕烴在油中的溶解能力下降，氣相中輕烴含量上升使重整氫純度下降，重整C5+液收及液化氣收率減少；溫度偏高的含輕烴氫氣會(huì)降低下游低溫脫氯劑及PSA 吸附劑的活性造成低溫脫氯劑更換頻繁、下游PSA 吸附劑活性衰減加速。

1.3 解決方案

在生產(chǎn)過(guò)程中，為緩解因氨系統(tǒng)熱量移除不及時(shí)、制冷效果差帶來(lái)的一系列問(wèn)題，上游空冷設(shè)備采取增加臨時(shí)噴淋水將熱量提前帶走以減少E-205 熱負(fù)荷，在后路E-241 外壁噴淋新鮮水帶走氨系統(tǒng)多余熱量的措施，但根本問(wèn)題未得到有效解決，通過(guò)2017 年大檢修對(duì)氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，上述問(wèn)題得到根本解決。

2 氨系統(tǒng)改造后流程

氨系統(tǒng)改造后流程如圖2 所示。

圖2 氨系統(tǒng)改造后流程圖

改造后氨系統(tǒng)流程與原流程對(duì)比有以下變化：

(1)將一臺(tái)舊氨壓機(jī)更新為一大功率壓縮機(jī)，正常生產(chǎn)一開(kāi)兩備操作；

(2)新增由兩臺(tái)水泵和6 臺(tái)風(fēng)機(jī)組成的表面蒸發(fā)式空冷A-241 與原來(lái)的E-241 并聯(lián)，互為備用；

(3)更新舊氨罐，擴(kuò)大系統(tǒng)儲(chǔ)氨量。正常生產(chǎn)流程為：儲(chǔ)氨罐D(zhuǎn)-241 中氨液經(jīng)節(jié)流控制閥進(jìn)入氨蒸發(fā)冷卻器E-205 內(nèi)利用氨液蒸發(fā)的汽化潛熱將混合油氣冷卻送至D-203 罐進(jìn)行再接觸回收輕烴，提純氫氣。汽化后的氨氣經(jīng)氨液分離器D-242汽液分離，氨氣經(jīng)氨壓縮機(jī)壓縮至濕式空冷A-241 冷卻為氨液進(jìn)入儲(chǔ)氨罐D(zhuǎn)-241。

2.1 改造效果

裝置于2018 年開(kāi)車正常后，氨冷卻系統(tǒng)運(yùn)行良好，再接觸罐溫度降至8 ℃以下，通過(guò)收集改造前后處理量相同，進(jìn)料性質(zhì)相似的運(yùn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(表1)。

表1 改造前后參數(shù)對(duì)比表

通過(guò)以上數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，氨冷系統(tǒng)改造后，在處理量與重整進(jìn)料芳潛持平的情況下，重整再接觸壓力穩(wěn)定在2.1 MPa,再接觸溫度由21.5 ℃降至8.6 ℃，減少12.9 ℃，重整氫回收輕烴效果顯著，重整氫純度由88.41%上漲至94.15%，增加5.74%V/V，C3+體積含量下降1.95%，C5+體積含量減少0.25%，液化氣流量增加2.62t/h，重整脫戊烷塔底油平均流量由144.7t/h增加至151.2t/h，C5+液收增長(zhǎng)3.79%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。因重整氫中輕烴含量下降，重整氫低溫脫氯劑吸附壽命得到延長(zhǎng)，單罐使用時(shí)間較改造前延長(zhǎng)了1 個(gè)月, 降低了危險(xiǎn)固廢的處置量，脫氯劑板結(jié)粘附現(xiàn)象得以消除，降低卸劑人員工作難度，減少作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。更新的蒸發(fā)式冷凝器比水冷式冷凝器冷凝溫度低, 尤其是在南方炎熱的夏季更顯出它的優(yōu)越性，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，改造前后氨系統(tǒng)進(jìn)排氣壓力均有所下降，冷凝氨液溫度下降達(dá)5.3 ℃，表明蒸發(fā)式冷凝器冷卻效果優(yōu)良。

2.2 改造后運(yùn)行發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)建議

(1)氨空冷水泵運(yùn)行期間出現(xiàn)密封泄漏，檢修時(shí)僅一臺(tái)蒸發(fā)冷工作, 氨冷系統(tǒng)冷凝溫度明顯上漲, 排氣壓力升高，氨壓機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)高等情況。建議研究增上備用水泵, 降低單臺(tái)蒸發(fā)冷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)新增氨壓機(jī)布置位置距離入口分液罐較遠(yuǎn)，新增氨壓機(jī)功率為舊氨壓機(jī)兩倍，機(jī)組切換時(shí)氨壓機(jī)入口抽力過(guò)大，且分液罐體積較小，容易出現(xiàn)分液罐排液不暢造成分液罐高液位聯(lián)鎖停機(jī)和壓縮機(jī)帶液情況。建議研究更新一臺(tái)大體積分液罐，并對(duì)排液管線進(jìn)行改造擴(kuò)徑，及時(shí)將分液罐氨液排出，避免分液罐液位高聯(lián)鎖停機(jī)和壓縮機(jī)帶液情況，保障裝置平穩(wěn)運(yùn)行。