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预加氢反应系统压降大的原因分析与措施
郑伟华(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司,河南洛阳 471012)
摘要:分析了预加氢反应系统压降大的原因,针对结焦堵塞、铵盐沉积及催化剂积炭等引起预加氢反应系统压降大的原因,提出了相应的解决方案。生产实践证明,减少了系统压降,提高了加工能力,经济效益显著,达到了装置安全平稳和长周期运行的目的。
关键词:催化重整;预加氢反应;压降;措施
中图分类号:TE624.43 文献标识码:B 文章编号:1003-3467(2007)01-0039-02
中石化洛阳分公司催化重整装置主要由三个单元组成,即预加氢、重整反应和催化剂再生。其中预加氢反应系统是对原料油进行预处理,除去油中硫、氮、氧等对重整催化剂有害的杂质,并将重整反应不需要的轻组分切除,出来的精制油作为重整反应所需的原料。生产中因原料油中硫、氯含量的提高,预加氢系统中有结盐生成,使管线、阀门、换热器等堵塞,压降升高,造成循环压缩机K101出口憋压,安全阀起跳。为维持安全生产,不得不降压、降量操作,制约了预加氢系统的处理量。重整反应的进料受到影响,降低了经济效益,装置存在着严重的安全隐患。
1 预加氢系统压降大的原因分析
1.1 现象
催化重整装置开工后,一直没有得到全面的检修和改造,预加氢系统内存在的S、N、O、Cl等杂质长期积累,得不到治理,导致系统结盐或结焦,预加氢压降增加。为了装置安全运行,不得不降量、降压运行,成为重整装置高负荷生产的瓶颈。
1.2 原因分析
1.2.1 结焦堵塞
预加氢系统是借助于加氢催化剂的作用,在临氢条件下将原料油中的杂质除掉,切除拔头油,满足重整进料要求。原设计流程为先分馏后加氢工艺,包括预处理、预加氢、汽提三部分,后因生产实际需要改为全馏分加氢工艺流程,原料中掺入化纤轻烃、C5烯烃组分。原料油中的烯烃含量高,在系统中预加氢反应换热器E103A/B壳程、加热炉炉管、反应器床层等高温部位遇游离氧发生聚合生焦,产生结垢物,造成系统堵塞、压降升高,而换热器E103C/D/E因处于低温部位,压降较低。
对预处理的原料进行认真分析,认为主要是加工了部分上游装置的碳五组分,碳五中含有大量的二烯烃。
1.2.2 铵盐沉积
硫和氮是原料中常见的杂质,在加氢反应中生成的H2S和NH3可以进一步反应生成(NH4)2S。如果进料中还有杂质氯,预加氢反应后生成HCl,HCl与NH3反应则生成NH4Cl。预加氢补充氢直接来自重整再接触罐D204,氢气中氯含量高达2～4mg/L,易生成氯化铵结盐。装置运行周期长,系统开工至今未得到全面的检修和改造,这些铵盐长期积累在预加氢系统内,得不到清理,凝聚沉积,堵塞管道、阀门(尤其单向阀)。现场用标准压力表测定循环氢单向阀平均压降为0.28MPa,结盐严重堵塞通道,造成系统压降高。
1.2.3 换热器挡板冲刷腐蚀
预加氢系统进料含硫、氯杂质,在加氢精制反应中生成H2S、HCl,造成酸性腐蚀。预加氢反应换热器E103壳程出入口挡板是为避免进料对换热器管束冲击太大而设计的,但是挡板易被高速流动的介质冲刷腐蚀掉,尤其是出口挡板冲掉后正好堵在换热器出口处。对预加氢反应换热器E103抽芯检查,发现预加氢反应换热器E103B/E管束壳程出口挡板脱落,堵住出口,系统憋压造成压降过大。
1.2.4 催化剂积炭、粉尘多
预加氢反应器R101的481-3催化剂使用年数多,未进行再生,活性下降,焦炭生成多,易损粉尘多,流通面积减少,R101床层压降大。此外,进料中可能含有的固体腐蚀性物质或机械杂质进入反应器也导致床层结垢、压降增加。预加氢反应器R101床层压降逐渐升高,最高达0.11MPa,大大超过了其设备本身的正常压降范围。
2 应对措施
2.1 降低原料油烯烃,减少生焦
由于原料中存在过量的烯烃,容易造成预加氢系统结焦积炭,经向生产技术部门申请,停止上游装置的二烯烃回炼,以减少生焦量,降低压降。
2.2 优化工艺操作,确保压降不超高
严密监视预加氢循环压缩机K101运行工况,对损坏漏气的气阀更换处理,在满足一定氢油比要求的前提下,降低K101负荷25%、50%,并适当提高预加氢气液分离罐D102压力,必要时开一点旁路,确保排气压力在3.05MPa以下,安全阀不起跳。K101负荷手柄无效时,在满足精制油杂质含量的前提下,预加氢可适当降低操作压力。油品车间换罐时,记录石脑油的族组成和杂质情况,及时掌握石脑油的性质;根据装置的运行情况,不定期对预加氢系统进行压降监测。对预加氢空冷器外部翅片管进水清洗,消除灰尘、污垢,提高冷却效果。精心操作,使预加氢气液分离罐D102温度控制在40℃以下,增加分离效果,提高循环氢纯度。
2.3 在线水冲洗单向阀
预加氢反应换热器E103前单向阀若结盐堵塞,压降会明显上升,严重影响装置正常运行,经过认真讨论认为“在线水冲洗”法可行。此法是利用阀门内盐垢易溶于水的特性,用打压机向管线内注水、打压、溶解、消除堵塞,疏通阀门,不需要停工,在线即可处理。从单向阀上游放空点处利用水压机进行强制高压注水,注水约100kg后,对单向阀进行压降测试为0.09MPa,预加氢系统反应压力恢复至1.75MPa,效果良好。
2.4 换热器E103A/B清焦
E103A/B管壳程结焦严重,利用装置停工、再生加热炉移位的时机,对换热器E103A/B进行抽芯清焦,投用后E103A/B过程压降明显降低,由清焦前的0.51MPa降压至0.22MPa。
2.5 催化剂烧焦再生
预加氢反应器压降升高,预处理单元停工,进行过两次反应器撇头处理,效果不理想。在装置停工大检修期间,对预加氢催化剂进行器外再生,烧除催化剂上积炭,并筛去催化剂粉尘,对积垢篮进行清理,更换催化剂上下堆积的氧化铝瓷球,对催化剂重新装填并补充部分新催化剂,消除了压降过大现象反应器投用至今,压降未超高。
2.6 脱氯剂更新,改补充氢为脱氯后氢气
预加氢高温脱氯剂使用时间长,脱氯剂部分穿透,脱氯效果变差,系统氯离子含量高。预加氢补充氢在装置改造前直接来自重整再接触罐D204,未经过脱氯,含有2～4mg/kg的氯离子,这些氯离子与预加氢循环氢中的氨结合生成氯化铵,容易在单向阀处结盐堵塞。装置检修时,对预加氢高温脱氯剂进行了更新,将补充氢改为脱氯后氢气,并更换了氢气与原料混合处的单向阀。降低了系统氯含量,有效地避免了铵盐结晶堵塞。
2.7 炉H102炉管烧焦,清除内管壁沉积物
因加工了含有二烯烃的石脑油,造成预加氢进料加热炉H102炉管出现结焦,压降逐渐升高,最高达0.18MPa,影响了加热炉正常进行和热负荷的进一步提高。在装置开工中,利用烘炉时间,对H102炉管进行蒸汽和空气混合烧焦,即蒸汽吹扫、高温空气烧掉管壁内焦炭。开工后对炉子压降进行测量,压降降至0.02MPa的正常值。
2.8 拆掉换热器E103B/E壳程出入口挡板
预加氢反应换热器E103壳程出入口挡板易被高速流动的介质冲刷腐蚀掉,冲掉后正好堵在换热器出口处,堵塞管路。装置检修完开工后不久就发生此现象,系统压降突增,预加氢气液分离罐D102压力降低至报警,循环氢压缩机安全阀起跳,预处理单元被迫停工。对预加氢反应换热器E103B/E抽芯检查,发现管束壳程出口挡板脱落,其后拆掉E103B/E壳程出入口挡板,彻底消除了隐患。
3 实施效果
通过工艺的优化操作,使预加氢反应系统压降大大减小,装置开工至今状况良好。循环氢压缩机满负荷运行,其出口压力降至2.85MPa,预加氢气液分离罐D102压力也恢复到1.75MPa,预加氢进料提高到95t/h,重整反应进料也提高到80t/h。装置加工量大幅度上升,能生产更多的精制石脑油、化工轻油及副产氢气,保证了下游装置(加氢装置和芳烃装置)有充足的氢气和原料,经济效益显著。
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