连续催化重整装置催化剂再生技术特点与运行

2020-01-15孙秋荣

石油炼制与化工 2020年1期

孙秋荣

(武汉金中石化工程有限公司，武汉 430223)

催化重整(简称重整)是石油炼制与化工的主要工艺过程之一，是在一定氢分压和温度下，利用重整催化剂将石脑油原料中的大部分环烷烃和部分烷烃转化为芳烃，生产富含芳烃的重整生成油，并副产氢气的催化工艺技术[1-2]。重整催化剂在运转过程中，因积炭、硫和氮化合物中毒、金属比表面积降低等原因导致催化剂活性逐渐下降，连续重整工艺通过对催化剂进行连续再生以维持较高且稳定的催化剂活性[3]。某公司芳烃生产项目中3.2 Mta超低压连续重整装置催化剂再生采用UOP公司的催化剂连续再生CycleMax专利技术，催化剂再生规模为3 175 kgh，为目前全球最大重整催化剂再生规模[1-2]。以下针对该催化剂再生的技术特点，以及开工和生产运行中遇到的异常现象，查找原因并进行处理，以保障催化剂再生器的平稳运行，优化催化剂的性能。

1 技术特点

催化剂再生采用UOP公司的再生工艺CycleMax，催化剂为R-264型高密度催化剂。

催化剂再生由一套与反应部分密切相连又相对独立的设备组成。其作用之一是实现催化剂连续循环，其二是在催化剂循环的同时完成催化剂再生。催化剂的循环和再生是通过一套催化剂再生控制系统(CRCS)的控制来实现的。

重整反应器为两台两两叠置式[第一反应器(简称一反)和第二反应器(简称二反)重叠、第三反应器(简称三反)和第四反应器(简称四反)重叠]、径向、中心管上流结构；还原段设在一反的顶部，三反顶部设催化剂缓冲罐，二反和四反底部分别设催化剂收集器，并与反应器结为一体。

还原区设在一反顶部，采用两段还原。上部床层为第一段，进行低温还原，脱除大量水分；下部床层为第二段，在干燥条件下进行高温还原，从而在保证还原效果的同时又防止了高温、高水环境造成催化剂上金属积聚而影响活性的恢复。

一反和二反以及三反和四反分别设置了两套催化剂冷态循环系统，在正常停车、紧急停车等原因导致的反应器降温过程中投用该系统，以保护反应器内件。

再生器内部是两层约翰逊筛网结构，内层网为倒梯形，其主要目的：一是由于上部床层受氧含量的限制，需要减少该部位高温、高水、低氧烧焦的催化剂停留时间，有利于减少催化剂比表面积的损失；二是由于下部床层受氧气扩散的限制，需要加大该区催化剂停留时间，确保催化剂进入氯化区前烧焦完全。

采用UOP 公司的ChlorsorbTM氯吸收技术，设置单独的氯吸收罐，取代原有的碱洗塔及其附属设备。在氯吸收罐内，来自再生器的放空气与催化剂接触回收放空气中的氯，既降低四氯乙烯消耗，又无废液排放。

随着装置超大型化，为避免催化剂输送过程中产生的粉尘造成反应器和再生器内件的堵塞，分别设置待生催化剂和再生催化剂两套粉尘收集系统。

2 装置开工与运行

2015年7月2日至19日装填催化剂，7月20日开始做催化剂提升试验，7月25日催化剂提升试验合格。8月12日重整装置投料，8月27日建立催化剂循环，在开始催化剂循环之前，已经投用了蒸汽伴热和各电加热器，并达到了预期的设定值，8月29日催化剂再生具备黑烧条件并开始黑烧，3 h后，催化剂开始黑烧循环，10月28日催化剂再生由黑烧转白烧，标志着连续重整装置催化剂再生试车成功。

2.1 催化剂装填

重整装置催化剂装填情况见表1。催化剂装填期间，因气候原因有停歇，前期装进反应系统的催化剂床层被压实，还原段和缓冲段装入的催化剂较多补充到一反和三反。因考虑催化剂系统预留缓冲空间，待生催化剂分离料斗少装约200桶催化剂。

2.2 催化剂循环

连续重整装置投料后，8月14日开始催化剂循环调试，距催化剂装填已有一个多月，致使催化剂床层被压实塌缩，不得不卸出部分催化剂，再回装并补充部分催化剂，以改善催化剂的流动性，平衡各料位仪料位，各料位的目标料位一般在50%，为预留缓冲空间，待生催化剂分离料斗料位控制在25%～35%。

催化剂的循环一方面靠催化剂在自重的作用下，在反应-再生系统中自上而下移动；另一方面氢气或氮气作为催化剂提升系统的动力，将催化剂从设备底部送至下一组设备顶部。

催化剂的提升采用前一列设备上部(如还原段)的料位控制与催化剂提升压差低选串级控制。

2.2.1 提升压差因催化剂装填期间碰上阴雨天气，空气湿度大，系统中催化剂粉尘量较大，多处催化剂提升压差偏大，拆出催化剂提升L型阀一次提升气入口过滤网，发现筛网上有催化剂搭桥形成的滤饼，清除滤饼后压差恢复正常。

再生器与再生催化剂分离料斗间的提升，静态提升压差正常，开启提升时压差也正常，但提升负荷最大只能到25%左右，经观测发现，再生器出口催化剂管线上特殊弯头至再生催化剂分离料斗的催化剂管线，其倾斜角为19.1°，按设计该倾斜角应为20.5°±0.5°，整改后催化剂提升压差恢复正常。

2.2.2 闭锁料斗系统闭锁料斗循环至加压步骤时易造成闭锁料斗分离罐压力波动，进一步影响再生催化剂分离料斗与闭锁料斗分离罐差压致低低报警，并触发联锁催化剂再生热停车。

经观测，发现闭锁料斗增压气出口阀XV-1在15 s左右开启，其开启动作太陡，另外闭锁料斗装料阀XV-2，XV-3，XV-4均有不同程度的损坏，其中XV-4损坏更为严重，如图1所示。因泄漏致使催化剂在闭锁料斗内有粉碎的可能，另外，按工艺包专利商给定的泄漏量，校核的催化剂装料阀泄漏率偏大，也会使催化剂粉尘增多，再加上系统粉尘量偏多，致使闭锁料斗增压气出口过滤网被堵死。

再生催化剂分离料斗至闭锁料斗分离罐之间的催化剂管路为DN100，而闭锁料斗分离罐至闭锁料斗之间的催化剂管路为DN150，易造成闭锁料斗分离罐压力波动，也会进一步影响再生催化剂分离料斗与闭锁料斗分离罐差压，导致低低报警，触发联锁催化剂再生热停车。

采取的处理措施为：①XV-1的开启时间调至25 s左右；②修复损坏的催化剂装料阀；③重新校核催化剂装料阀泄漏率，把泄漏率降至1%以下；④在闭锁料斗分离罐至闭锁料斗之间的催化剂管路上增设开孔为DN100的挡板。

在正常情况下再生器压力的高低源于闭锁料斗压力，闭锁料斗气排至重整反应产物空气冷却器前，重整混合进料换热器热流出口压力波动直接诱发再生系统的压力波动。经不断地磨合，稳定了重整混合进料换热器热流出口压力[2，4]。

2.2.3 粉尘收集器待生催化剂粉尘收集器和再生催化剂粉尘收集器除尘操作正常，但因粉尘收集器进出口压差的设定值为1.25 kPa，一旦压差达到该值，粉尘收集器启动反吹程序，因初期系统中催化剂粉尘量大，约间隔半小时启动一次反吹，吹入系统的氮气量大，引起待生催化剂分离料斗和再生催化剂分离料斗压力波动，影响催化剂循环。征得专利商同意，将粉尘收集器进出口压差量程扩至2.5 kPa，设定值改为1.8 kPa。当观测发现系统粉尘量减少时，粉尘收集器反吹压差调回设计值，通过适当调整淘析气流量来保证催化剂除尘效果[2，5]。

经消缺和调整后，催化剂提升压差平稳，催化剂循环比较流畅，催化剂循环速率满足催化剂烧焦要求。

2.3 ChlorsorbTM氯吸收

2.3.1 催化剂黑烧时情况启动催化剂黑烧循环时，很快因氯吸收罐床层的温度高高联锁引起热停车，紧接着氯吸收罐放空气出口温度高高联锁引起冷停车。接下来反复出现因氯吸收罐床层或放空气出口温度高高联锁停车的情况，如表2所示。

氯吸收罐床层最上部的温度点和氯吸收罐料腿的温度点基本没有出现超温情况。说明再生放空气在氯吸收罐床层的气流分布不均是超温的主要原因。通过采用增大再生器底部氮气流量的方法，将进入再生器底部的氮气流量增至1 500 m3h以上，催化剂循环速率维持在30%左右，再生器基本能够连续运行，但因通入再生器氮气流量大，再生器烧焦区氧含量低，再生催化剂的碳质量分数在0.5%以上，所以催化剂再生只能维持黑烧。催化剂注氯只能在重整反应区完成，氯弥漫在油相中，使得系统酸性偏强，再加上催化剂再生能力受限，致使燃料气和液化石油气等轻烃产率高，重整生成油收率偏低，重整氢的产率和纯度均偏低。

2.3.2 催化剂白烧时情况征得专利商同意，CRCS系统作如下修改：①对氯吸收罐床层温度高高联锁增设旁路；②将氯吸收罐放空气出口温度高高联锁冷停车改为热停车。

通过逐步降低再生器底部氮气流量至正常值，适当加大再生器上部的空气量，使得烧焦区的氧体积分数在0.5%左右，密切关注氯吸收罐床层温度分布，确保氯吸收罐床层各点温度均不超过氯吸收罐设计温度(430 ℃)，催化剂循环速率控制在较低的水平，在其他黑烧转白烧条件均满足的条件下，进行黑烧转白烧操作。在黑烧转白烧的过程中氯吸收罐超温情况见表3。