重整装置节能改造

2012-02-09曹华民

河南化工 2012年5期

曹华民

(中国石化洛阳分公司，河南洛阳 471012)

中国石油化工股份有限公司洛阳分公司70万t/a连续重整装置采用了法国IFP专利技术，三个反应器配置，以生产高辛烷值汽油组分为目的。2005年该装置由中石化总部组织中国石化集团洛阳石油化工工程公司(LPEC)、北京石油化工科学研究院和洛阳分公司共同攻关，采用国产连续重整成套技术进行了扩能改造，完成了“洛阳70万t/a连续重整成套技术的开发及工业应用”项目攻关。改造主要内容为重整反应系统增加了一台重整反应器作为第三反应器使用，由“三炉三反流程”改为“四炉四反流程”;催化剂再生系统采用“LPEC催化剂连续再生技术”进行重新设计建设，把再生能力提高至500～600 kg/h等，改造后实现了装置一次开车成功。装置运行后，规模由50万t/a恢复至原设计规模70万t/a，芳烃含量由70%左右提高到77%以上，汽油辛烷值RONC提高到102，表明装置处理量和重整生成油芳烃含量均达到了攻关目标，满足了生产平衡和氢气平衡的需要。在实际操作中，随着装置原料变动较大，且利旧设备运行时间较长，在改造后五年多的运行过程中，逐渐暴露出一些问题，影响到装置的节能增效及长周期安全平稳运行。为保证连续重整装置长周期平稳运行，挖潜增效，2011年9-10月洛阳分公司对重整装置进行了节能改造。改造后装置运行能耗降至2 358.54 MJ/t，比改造前1～8月能耗平均值降低了967.62 MJ/t(对重整进料)，创历史新低;同时满足了装置提温、提量的需求，装置关键设备运行平稳，装置操作灵活性和弹性明显增加，具有良好的经济效益。

1 装置运行中出现的问题

装置经技术改造运行五年多后出现了一些问题，不能充分发挥先进技术的优势。主要表现在:①重整循环氢压缩机K201运行不稳定，处理量提高后，机组多次出现喘振，影响安全生产且能耗高。②重整进料换热器E201存在着换热效率低、老化结垢不节能的缺点，影响到了第一反应加热炉H201A的正常运行。③原料变化较大，一反温降增加较多，而导致第二重整加热炉H201B热负荷不能满足反应需要，影响到装置的节能增效及长周期安全平稳运行。下面对其原因进行分析并提出改造思路。

1.1 压缩机K201喘振

循环氢压缩机K201在装置国产化成套技术改造时核算能力基本够用，因此未做改动;而开工后，随着处理量的提高，系统压降明显逐渐升高，导致K201多次出现喘振。典型装置与我厂重整循环氢系统压降(MPa)分布见表1。

表1 典型装置与我厂重整循环氢系统压降对比 MPa

从表1中可以看到，改造后，重整氢气闭路循环系统总压降达到了0.41 MPa，总压降较改造前增加了0.1 MPa。除了改造增加第二反应加热炉和第三反应器导致闭路循环回路压降增加0.04 MPa之外，反应系统空冷和重整反应立式进料换热器测得压降比正常值明显高0.04 MPa，认为是反应系统空冷A201、重整反应立式进料换热器 E201和水冷器E202可能存在有催化剂粉尘和异物垢层，减少了流通面积，增加了流动阻力。随着处理量的增加和系统总压降的升高，压缩机的操作工况逐渐移动到喘振区附近，导致压缩机发生喘振。因此，改造后系统压降升高而压缩机能力有限，导致压缩机操作工况在喘振区域边缘是主要原因。在不更换压缩机的情况下，想办法降低压降是解决压缩机喘振的关键［1］。该机还存在仪表及控制系统老化严重问题，因该机故障造成的紧急停机已经多次引起产生的循环氢流量和反应温度的大幅度变化，多次冲击重整反应器内构件，造成反应器中心筒出现漏点，导致催化剂跑损;且机组效率低，背压0.3 MPa蒸汽利用难度大。因此，针对压缩机机组改造应以更换适合现操作工况的新机组为佳。

1.2 重整进料换热器换热效率低，压降大

重整进料换热器E201是连续重整装置中的关键的节能设备，其热负荷约占全部加热进料总负荷的80%，第一重整加热炉热负荷只占20%左右，良好的换热效果既能有效的减少第一重整加热炉的热负荷，减少燃料消耗，又会降低重整产物空冷器的冷却负荷以减少用电消耗。目前进料换热器为利旧的两台并联立式换热器，寿命已达12 a以上，存在许多问题。一方面，换热器的热端温差为60.4℃，与采用新型高效换热器(采用焊接板壳式换热器，换热器的热端温差可达到34℃)相比，换热深度较低，热回收不充分;另一方面，由于管程堵塞，结垢老化，换热器压降过大(已达到0.10 MPa，而采用焊接板壳式换热器，压降为0.08 MPa)，造成临氢系统压降增加，从而导致重整循环氢压缩机所需压比增加，要降低系统压降就需要减少循环氢流量，这又使得重整循环氢压缩机在喘振区工作。板壳式换热器既具有传热效率高、结构紧凑、污塞倾向小、质量轻的优点，同时又继承了管壳式换热器承高压及耐高温、密封性能好、安全可靠等优点，与管壳式换热器相比具有更加优异的结构特点。目前国产的板壳式换热器在连续重整装置具有良好的应用业绩，因此本次改造应将原换热器整体更换为国产板壳式换热器。

1.3 第二重整反应炉热负荷不足

在满负荷标定对第二重整反应炉H201B进行量化考察中发现，重整第二反应器温度只提高到了505℃时，现场加热炉燃烧器前压力达到了0.12 MPa，瓦斯组分轻时，压力会接近0.15 MPa的设计高限，加热炉排烟温度达到了197℃。第二重整反应器温度不能达到528℃的设计温度，排烟温度也高于设计值32℃。H201B热负荷不足的原因分析主要是:①采用国产新技术后，催化剂活性和选择性明显提高，第一重整反应器温降达到120℃，对第二重整加热炉有了更大的热量需求;②原料芳烃潜含量较原设计值有明显提高:2005年改造时重整进料环烷烃含量27.03%，现在操作实际进料环烷烃含量37.36%，③设计的加热炉炉膛空间过于紧凑，火嘴离炉管距离较近，当超加热炉负荷运行时炉管表面热强度很高，容易出现局部过热等。

以上原因导致第二重整加热炉不能满足需要。在改造后提温过程中，2006年曾两次出现炉管异常，不得不停工进行故障处理。针对以上问题，考虑对H201B进行整体扩能更换，改造后使第二重整反应器温度可以由505℃提高至528℃，同时降低排烟温度到设计的165℃，实现节能降耗的目的。重整装置可以实现真正意义上的满负荷高苛刻度生产，且有更大的操作弹性。

2 改造内容及实施情况

2.1 更新循环氢压缩机组

压缩机将原BCL605-1整体更换为BCL527型多级离心机，具体为7级，出口压力由0.8 MPa升至0.88 MPa;汽轮机采用NG25/20型背压式汽轮机，背压蒸汽后路由0.3 MPa改为1.0 MPa蒸汽。

2.2 重整进料换热器E201

进料换热器由两台并联的纯逆流立管式换热器更换为一台国产专利板壳式换热器，改造相应管线，增设重整进料过滤器保护换热器。

2.3 改造第二重整加热炉(H201B)

第二重整加热炉整体换大，新炉采用68根倒U形炉管，出入口集合管位于辐射室底部;辐射室底部设3排燃烧器，两侧16台为附墙式，中间8台为低NOx燃烧器。

2.4 实施情况

在2011年9-10月大检修期间，对上面三项内容进行了实施。10月22装置一次开工正常，运行平稳。

3 改造后运行效果

装置开工以来，循环氢压缩机、板式换热器、第二重整加热炉运行情况良好，满足了重整装置大负荷稳定运行的需求，经不断的生产优化，取得了较好的节能效果。11月下旬，装置加工量成功地提到了91 t/h，产氢量达41 000 Nm3/h以上，改造后装置能耗降至2 358.54 MJ/t，比改造前1-8月平均值降低了967.62 MJ/t(对重整进料)，创下了洛阳分公司重整装置开工史上的最好记录，同时满足了装置提温提量的需求，关键设备运行平稳，操作弹性大幅提高。中压蒸汽消耗量由检修前的每小时30.1 t下降到了20.7 t，使装置外送3.5 MPa蒸汽量大幅增加，由检修前0.8 t/h上升至13.9 t/h。新汽轮机背压由0.3MPa蒸汽改为1.0MPa，背压蒸汽后路直接并入1.0 MPa蒸汽管网，在满足装置自身用汽需求的同时，每小时还向管网输出约16.3 t的1.0 MPa蒸汽，提高了蒸汽的利用率。进料换热器高端温差由检修前的60.4℃降到了15.4℃，使第一重整加热炉入口温度由427℃提高到了465℃，瓦斯消耗量由2 305 Nm3/h降到了1 451 Nm3/h，每吨原料对装置能耗贡献了269.22 MJ。第二重整加热炉的热效率由检修前的87.55%提高到了91.82%，排烟温度较检修前下降了70℃。为满足生产需要，加热炉出口温度升高37℃，使加热炉的热负荷有所增加，但其炉膛温度较检修前下降了58℃，说明新加热炉的燃料安全性和操作弹性较检修前均有提高。