连续重整装置在线换剂技术的工业应用

朱亚东，向小波，鲍 胜，刘寅华，邓 勇，郑云清

(中国石化荆门分公司，湖北 荆门 448039)

连续重整装置在催化剂处于末期阶段运行时会出现氯流失严重、产物中烯烃含量上升、再接触压缩机气阀频繁结焦故障、氢气和液体收率降低等一系列工况，维持运行还会因氯流失增加、产物中烯烃含量上升带来设备腐蚀、机组维修频繁等一系列问题[1-2]，因此需要及时更换催化剂。尽管连续重整催化剂从理论上可以使用较长时间，但决策是否更换催化剂是由技术经济性所决定的[3-4]。目前国内多数连续重整装置选择停工检修期间进行换剂，此时换剂会出现两种不利工况：①重整装置需要更换到期的催化剂，但距离计划检修还有一段时间，期间装置将处于低效运行状态，在产品收益等方面造成经济损失；②设备运行状况较好无需检修的情况下，因为更换催化剂的需要而进行停工检修，增加了检修费用和停产造成的经济损失。如果应用在线换剂技术，则可较好地解决上述问题。

1 连续重整装置在线换剂技术

1.1 在线换剂技术原理

连续重整装置在线催化剂更换流程示意见图1。再生器底部与氮封罐之间的催化剂输送管线上有2个切断阀门(V阀和B阀)，阀门上方有催化剂在线卸剂管线流程，阀门下方设置有催化剂在线补充管线。旧催化剂(简称旧剂)从再生器底部连续卸出，催化剂上焦炭已经在卸出前燃烧掉，新鲜催化剂(简称新剂)通过催化剂添加2号闭锁料斗系统加入到切断阀门之下的氮封罐内，实现不停工置换催化剂的目的。在氮封罐上有一个与切断阀门上方管线相连通的“倒U”形平衡线，平衡线上的气体交换阀正常运行时是关闭的。在线换剂时气体交换阀门打开以维持再生器和氮封罐之间正常的气体交换，管线设置成倒“U”型则可避免催化剂流动进入氮封罐。

在连续重整装置设计时，在线换剂需要的催化剂添加2号闭锁料斗系统设施可根据用户意见选装。现场设置的操作柱上有“装剂”和“卸剂”旋钮，由操作人员根据现场指示灯提示以及中央控制室室内氮封罐料位开关的指示情况，现场操作旋纽后，CRCS控制系统(专有再生控制系统模块)将按顺序发出指令开关各阀门进行催化剂的添加。

1.2 在线换剂操作步骤

在线换剂的操作步骤：①通过降低重整反应温度的方法来降低反应的苛刻度；②将再生器操作从“白烧方式”切换到“黑烧方式”，以确保在线换剂期间再生设备运行的安全；③停运再生器下部空气加热器，待再生器下部温度冷却降低到80 ℃后开始卸剂；④将催化剂排出管线上的顶部阀门全开，用靠近地面的下部阀门控制催化剂卸出速率；⑤关闭再生器底部催化剂输送管线上的V阀和B阀，打开平衡线上的气体交换阀门，继续维持催化剂循环；⑥将1桶(约100 kg)新剂加入到催化剂漏斗中，现场旋纽旋至“装料”位置，由CRCS程序控制2号闭锁料斗泄压阀打开，泄压达到设定值以下后，2号闭锁料斗入口管线上阀门自动打开，催化剂从漏斗流入2号闭锁料斗；⑦确认漏斗内新剂已经全部加入到2号闭锁料斗后，将旋纽旋至“停止”位置，这时2号闭锁料斗的泄压阀关闭，催化剂进口管线阀门关闭；⑧待室内氮封罐的料位开关显示为“空”后，将旋扭旋至“加料”位置，此时氮气充压阀门自动打开充压；⑨当2号闭锁料斗与氮封罐压差达到设定值后2号闭锁料斗催化剂出口管线上阀门自动打开，催化剂流入氮封罐，闭锁料斗出口阀门维持开启状态设置的时间为2 min，之后出口阀门自动关闭；⑩将旋扭旋至“停止”位置，开始下1桶催化剂的装剂工作。

置换过程中卸剂速率用现场手阀开度控制，加剂速率由再生剂提升速率控制，控制卸剂速率与加剂速率基本一致，分离料斗和还原段的料位均可保持稳定控制。再生器“黑烧”状态下的操作要控制接近正常氧含量和再生温度分布，保证催化剂上积炭烧干净，以便于根据卸出催化剂颗粒外观目测估计置换进展程度。

2 连续重整装置在线换剂技术的工业应用

2017年渣油加氢装置开工后，氢气供应不足以及氢气成本高的问题愈加严重。因距离本周期计划停工检修时间还有近9个月，而且连续重整装置一直以来运行平稳，符合在线换剂条件，决定实施连续重整在线换剂，以缓解全厂氢气供应紧张的局面。

2.1 在线换剂前空试和模拟换剂试验

2.1.1空试由于在线换剂设备长期未使用，首先进行了换剂程序的空试。将2号闭锁料斗底部的手动球阀保持关闭，通过人工给氮封罐的料位开关信号，满足CRCS系统内的装剂条件，测试2号闭锁料斗的泄压、装剂、充压等步骤阀门开关动作能否顺利进行。

2.1.2模拟换剂试验空试完成后，进行将系统内旧剂卸出后再补充回系统的模拟换剂试验，以熟悉操作步骤和暴露问题，同时对氮封罐的热容式料位开关进行标定。过程如下：①关闭再生隔离系统使再生系统“热停车”后，关闭再生器底部阀门和氮封罐补氮线阀门，氮封罐向大气泄压后将平衡线上气体交换阀门底部盲板拆除；②恢复氮封罐补氮流程后，打开平衡线上气体交换阀门，停运再生器下部空气电加热器，待再生器底部催化剂温度降低，从再生器底部卸出1桶催化剂后关闭下部卸料阀；③启动再生系统催化剂循环，再生器底部V阀和B阀仍保持关闭，氮封罐内催化剂被逐渐转移出去，氮封罐与下部闭锁料斗压差下降，低压差联锁关闭再生隔离系统，此时将氮封罐热容式料位计标定为“空”；④再生器采用黑烧模式启动，全开再生器底部B阀，用再生器底部V阀控制再生器内催化剂下落速率，维持正常烧焦，但不启动催化剂循环，分离料斗料位逐渐下降至不再变化，氮封罐料位开关标定为“满”；⑤再次关闭再生器底部阀门，启动催化剂循环，将氮封罐内催化剂转移，至料位开关显示为“空”后，启动2号闭锁料斗加剂程序，将从系统内卸出的100 kg旧剂加入系统。模拟换剂试验中完成一次加剂(约100 kg催化剂)需要的时间约15 min，模拟换剂试验成功后恢复催化剂循环和再生器操作，恢复过程中未有异常情况发生，验证了在线换剂方案的可靠性。

2.2 催化剂在线置换过程

2017年12月14—19日，荆门石化完成了连续重整装置在线置换催化剂工作(期间短时中断2次)，在线置换48 t催化剂，耗时4.5天，催化剂的置换速率约400 kgh，为正常催化剂循环速率的60%。

在线换剂过程：① 12月14日9：20，再生器改黑烧运行，停运下部空气电加热器，并提高再生器底部冷却风量，重整反应温度由516 ℃降至510 ℃，重整反应进料量维持在68 th；②12月14日16：40开始在线换剂，最初曾出现氮封罐与再生器压差低联锁再生热停车，关小氮封罐顶气体交换阀门后恢复再生“黑烧”和置换催化剂；③12月19日4：05，置换催化剂结束，15：26再生“黑烧”转“白烧”，恢复再生系统正常操作。因置换的新剂会带入水分进入反应系统，循环氢中水含量上升，之后几天内循环氢中水含量降低到正常水平；在线换剂期间分离料斗细粉淘析数量与之前停工换剂后开工相比，粉尘数量相当，操作参数平稳正常。

2.3 重整装置在线换剂与停工换剂效果比较

2.3.1对催化剂性能的影响在线换剂与停工换剂后操作参数及产品收率见表1。从表1可以看出：①在线换剂与停工换剂的重整进料芳潜含量变化不大；②与停工换剂相比，在线换剂后C5+汽油收率和纯氢收率略有提高，与文献[4]中重整催化剂初期与末期性能标定数据基本一致。说明在线换剂方式不影响催化剂的性能。

表1 在线换剂与停工换剂后操作参数及产品收率

2.3.2催化剂用量荆门石化重整装置系统内催化剂总藏量约为48 t，本次在线换剂装入新剂48 t，卸出旧剂48.3 t，换剂前后还原段与分离料斗料位接近。通过测定在线卸出混合催化剂的比表面积，可以计算出新鲜催化剂比例，新剂和旧剂的比表面积分别按照192 m2g和150 m2g的基准。在线卸出催化剂的比表面积及新鲜催化剂比例见表2。从表2可以看出：①在线换剂过程中，当从再生器卸出催化剂中80%以上为新鲜催化剂时，催化剂的比表面积达到184 m2g以上，此时就可以结束催化剂的置换，与文献[5]结果一致；②卸出的倒数第40桶(440桶)催化剂中新剂比例接近80%，因此，将最后卸出的40桶催化剂保存，按照新剂进行使用，也就是说从本次在线换剂较停工换剂的方式可减少4 t新剂的用量。另外，在线换剂过程中有部分加入的新剂混入旧剂被卸出，这一因素会增加新剂的用量，但死区催化剂不被置换，则有利于减少新剂的用量。

表2 在线卸出催化剂的比表面积及新鲜催化剂比例

2.4 在线换剂技术应用需要具备的条件及注意事项

连续重整装置采用在线换剂技术的前提是系统运行正常，特别是不能存在反应器压降大、催化剂粉尘多等问题。同时催化剂性能下降较大、距离下次检修时间较长等情况最适合采用在线换剂技术。

连续重整装置催化剂循环流动过程中，存在催化剂收集-多个料腿下料-再分布的流动截面积变化的现象。在置换过程中新旧催化剂存在一个“交接”界面，界面处是新剂和旧剂混合状态，界面处的催化剂也需要被置换，因此会“浪费”少量新剂。在流动过程中同一截面的催化剂在各流通位置流速要求尽量均匀，否则使得新剂与旧剂混合界面的催化剂数量增加。因此只有运行中无各种异常的装置才具备实施在线换剂的条件。例如，要求催化剂循环正常，各处压降正常，料位控制稳定，无局部的“贴壁”和“空腔”问题[6]，无细粉等异常情况。

在线置换过程中，催化剂的置换速率(即在反应-再生系统内流动速率)要低于正常的循环速率，本次在线换剂速率控制为正常循环速率的60%。置换过程中要尽量平稳，避免中断和置换速率波动。因此在线卸剂的设施要求提前做好调试和维护，确保置换过程保持连续，避免中断情况发生。

由于旧剂上金属Pt分散程度变差，其颗粒颜色较新剂深，因此当卸出的催化剂中有深浅不同颗粒时，说明到了置换的后期。当卸出的催化剂中深色颗粒占比较少时，结合置换的数量，可初步判断催化剂置换的比例。在线置换末期卸出的催化剂颗粒照片见图2。从图2可以看出，末期卸出的催化剂中出现了深浅两种颗粒，随着桶数顺序的增大，深色颗粒逐渐减少，说明旧剂的比例逐渐减少，由此能够反映新剂置换的程度。但如何定量确定新剂置换的结束，肉眼判断缺少经验，而测定催化剂的比表面积分析时间长，因此按照系统藏量的100%比例补入新剂，根据卸出剂的比表面积分析数据，确定可以保留使用的部分，这样既保证了置换的彻底程度，也不会浪费新鲜催化剂。

图2 在线置换末期卸出的催化剂颗粒照片

2.5 在线换剂对长周期运行的风险及措施

在线换剂在装置维持正常运行状态下进行，期间如果因故无法继续进行，将造成“灾难性”后果。此时如果终止在线换剂，恢复催化剂的正常循环，系统内将存在两种活性差别较大的催化剂，以后运行中会出现周期性的波动。如果不恢复催化剂循环，超过一定时间后反应系统需要切断进料等待故障处理。

在线换剂过程中要维持较低且稳定的催化剂循环速率，力求死区催化剂不移动。否则若置换速率变化大，导致已经置换完毕区域的死区催化剂移动，死区剂进入再生器则可能出现超温损坏设备的情况。因此，在线换剂必须做好设备维护和备件准备，同时选择天气较好的时期进行，换剂过程力求置换速率稳定和连续进行。

3 结 论