連續重整裝置預加氫單元長周期運行存在的問題及對策

王 超

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某公司200萬噸/年的連續重整裝置采用霍尼韋爾旗下第二代超低壓連續重整專利技術，主要為全廠氫氣管網提供氫氣和下游芳烴裝置提供原料，該裝置由80萬噸/年預加氫單元、200萬噸/年連續重整單元和2 043公斤/時催化劑再生單元三個部分組成[1]。

預加氫單元以常減壓裝置生產的直餾石腦油為原料，采用先加氫后分餾的工藝流程，將預分餾塔與蒸發塔“合二為一“為一臺預加氫汽提塔的工藝方案，將生產的預加氫精制油和加氫裂化裝置生產的重石腦油混合后，作為連續重整裝置的原料[2]。預加氫單元的兩臺反應器R101A和R101B正常進行串聯使用，反應器入口壓力控制在3.0 MPa，入口溫度控制在290～320 ℃，預加氫產物分離罐壓力控制在2.4 MPa?，F使用的是由中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院開發、北京三聚環保新材料股份有限公司生產的預加氫催化劑FH-40C及配套保護劑。2009年預加氫催化劑預硫化結束后，預加氫單元正式開始生產，在生產過程中不斷暴露出一些影響裝置長周期運行的問題，本文對存在問題的原因及危害進行了分析，并進行了適應性改造和采取了有效的對策。

1 加工原油與設計工況不符，直餾石腦油餾分較輕，預加氫單元無法滿負荷運行

某公司常減壓裝置初始設計加工原油為蓬萊原油，因蓬萊原油產量無法滿足該公司的加工要求，所以又采購了其他種類的原油進行混合加工，其中有幾種原油的組分偏輕，與蓬萊原油混合加工后，造成常壓塔塔壓升高至0.1 MPa(初始設計為0.07 MPa)，且產出的直餾石腦油組分偏輕，初餾點低至35 ℃，詳見表1。

表1 初始設計和實際原油混合加工生產的直餾石腦油餾程

通過表1可以看出，初始設計的直餾石腦油的初餾點為50.9 ℃，而實際工況的直餾石腦油的初餾點降至35 ℃，與初始設計相比差了15.9 ℃，其中影響最大的就是預加氫汽提塔的操作，導致預加氫單元無法滿負荷運行。預加氫單元75%負荷下汽提塔操作參數詳見表2。

表2 預加氫汽提塔的初始設計和實際操作的數據對比

通過表2可以看出，進入汽提塔的組分變輕后，汽提塔的塔頂操作溫度比設計值降低15 ℃，塔底操作溫度比設計值降低7 ℃，汽提塔操作塔壓由設計值1.1 MPa降至1.0 MPa，回流比比設計值高出0.16，含硫碳五的外送量由設計值的2.6 t/h提高至7.5 t/h，受到含硫碳五外送焦化裝置的管線直徑偏小的影響(直徑為DN50)，含硫碳五外送困難，所以預加氫單元只能維持在75%的負荷運行。

解決方法：對汽提塔回流泵進行升級改造，提升其外送能力，還將原含硫碳五外送管線擴徑，并新增含硫碳五外送流程，徹底消除預加氫單元無法滿負荷的瓶頸。汽提塔回流泵P104設計的最大流量為35 t/h，揚程為120 m，如果預加氫單元滿負荷運行處理量提至95 t/h，含硫碳外送量五和汽提塔回流量加一起將達到40 t/h，P104無法滿足使用。為此對汽提塔進行技術改造：對汽提塔回流泵進行升級改造，提升其外送能力將原含硫碳五外送焦化裝置管線擴徑，新增含硫碳五外送至蠟油加氫裝置流程，徹底消除預加氫單元無法滿負荷的瓶頸。經計算汽提塔實施如下改造，數據見表3。

表3 汽提塔改造數據表

2 加工原油輕質化，直餾石腦油產量大，預加氫單元擴瓶頸改造

因公司生產方案的調整，大幅度增加中輕質原油的加工比例，常減壓裝置直餾石腦油的平均產量都在120 t/h以上，預加氫單元需提高加工負荷，當預加氫冷進料泵負荷達到95 t/h時，電機運行電流為95 A，接近額定電流98 A，為保證機泵安全運行，預加氫裝置最大的負荷無法超過95 t/h；且如果提高負荷，預加氫產物空冷器和汽提塔操作彈性大幅度下降，在高溫天氣下，空冷器和水冷器全負荷仍然無法滿足溫度控制的要求，無法保證塔頂冷后溫度達到設計值43 ℃；受到以上兩個因素的影響，預加氫無法提高負荷，常減壓裝置產出過剩的直餾石腦油只能在園區內進行隔墻供應至周圍其他工廠，但是受到周圍工廠加工能力的限制，只能間斷供應，導致常減壓裝置無法100%負荷生產，既影響了全廠原油的加工能力，又減少了裝置的經濟效益。

為了解決預加氫提負荷的困難，對預加氫單元瓶頸進行技術改造，增設一臺大流量進料泵和對汽提塔頂水冷器進行擴大改造，提高預加氫單元的加工負荷。提高預加氫加工量同時解決汽提塔頂冷卻負荷偏大的問題。項目主要內容：

(1)增設一臺大流量機泵，提高預加氫進料量，消除無法提量的瓶頸。在原料罐區增設一臺大流量機泵213-P-01C，設計流量為162 m3/h(120 t/h)，可以將預加氫單元的處理量由95 t/h提高至105 t/h。

(2)對汽提塔塔頂水冷器110-E-104擴能，保證空冷后的溫度達到設計值43 ℃，解決汽提塔頂冷卻負荷偏大的問題。將水冷110-E-104擴能，更換大的水冷器，換熱面積增大了1.7倍。

利用裝置檢修期間，完成了水冷器更換施工，冷卻水線由DN50擴大至DN80，投用后在同種工況下，E104冷后比技改前降低了3 ℃，改造取得了良好的效果，水冷器擴能前后對比見表4。

表4 水冷器擴能前后對比

預加氫單元提負荷消瓶頸項目實施以后，徹底解決了進料泵流量小和汽提塔頂冷卻能力不足的瓶頸，豐富了直餾石腦油加工和隔墻供應的形式，具有較好的操作彈性，取得了良好的經濟效益。

3 預加氫反應器差壓高，預加氫單元平穩生產面臨挑戰

3.1 預加氫反應器R101A/B差壓上漲情況介紹

在2019年4月200萬噸/年連續重整裝置檢修期間，將預加氫催化劑FH-40C卸劑后出廠再生，開工前將再生好的催化劑進行了回裝，同時將預加氫反應器R101A/B頂部都更換了新的瓷球和配套的保護劑，開工后R101A串聯R101B使用。但是從2019年6月1日開始，預加氫反應器R101A/B總差壓上漲較快，僅一個月時間預加氫反應器的差壓就由的0.11 MPa上漲至0.17 MPa，然后差壓趨于穩定。2021年4月27日，由于預加氫進料加熱爐聯鎖(火嘴被機械雜質堵塞造成燃料氣壓力低低聯鎖)，重新投料開工后發現，R101A/B總差壓上漲至0.26 MPa，經現場檢查核對兩個反應器出入口現場壓力表，發現第一個反應器R101A差壓上漲至0.22 MPa，第二個反應器R101B差壓基本不變，維持在0.04 MPa。

為了維持預加氫裝置的平穩操作，經技術管理團隊充分討論和咨詢催化劑廠家后，將R101B入口第一道閥稍開，R101A進行部分走副線后再與R101B串聯，降低R101A/B反應器的總差壓，R101A部分走副線的流程見圖1。至2021年5月，維持預加氫進料量95 t/h，R101A/B反應器的總差壓控制在0.18 MPa。在6月份對反應器R101A/B撇頭處理前保證了預加氫精制油合格，并在反應器壓差高階段控制平穩沒有出現較大波動。

圖1 R101A串聯R101B，R101B入口第一道閥門微開流程圖

3.2 預加氫反應器總差壓上漲對生產的影響

(1)預加氫反應器總差壓上漲過快，會導致預加氫進料控制閥開度持續上漲，影響預加氫進料的加工負荷。在滿負荷的工況下，預加氫反應器總差壓從0.11 MPa上漲至0.18 MPa，會導致預加氫進料控制閥FV10901的開度從70%上漲至85%，控制閥已經脫離有效的控制范圍。如差壓繼續上漲，控制閥已經無法調節，那么預加氫單元只能被迫降低加工負荷。

(2)預加氫反應器總差壓上漲過快，尤其是在預加氫反應器差壓R101A過高的情況下，催化劑床層會出現偏流現象[3-5]，從而影響加氫反應深度，導致預加氫精制油硫、氮含量超標。嚴重會造成R101A內的預加氫催化劑破碎，最終導致預加氫單元無法正常生產。為了控制R101A/B總差壓，R101B進口開了2～3扣，如不斷開大，則R101A走更多的旁路，預加氫反應的整體空速過大，也會導致預加氫精制油硫、氮含量超標。

(3)預加氫反應器總差壓上漲過快，會導致預加氫循環壓縮機出口壓力和預加氫反應器R101A/B入口壓力持續上漲，如超過相關安全閥的定壓值，會導致安全閥啟動，造成預加氫單元緊急停工。預加氫循環壓縮機出口壓力在3.2 MPa，預加氫反應器入口壓力3.05 MPa，而預加氫循環壓縮機出口安全閥定壓值在4.5 MPa相差較遠，但預加氫反應器入口安全閥定壓值僅有3.4 MPa，需要重點關注，避免安全閥啟動造成緊急停工。

3.3 預加氫反應器差壓上漲原因分析

在預加氫催化劑撇頭前，主要分析預加氫原料和檢查預加氫進料過濾器及濾芯均未發現有明顯的顆粒雜質。同時經梳理設備檢修的內容，在裝置檢修期間預加氫進料產物換熱器、預加氫反應器及附屬進出口管線都進行了清理，結合國內其它裝置的運行情況，判斷造成預加氫反應器差壓持續上漲原因如下：

(1)預加氫催化劑進行首次使用和燒焦再生后回裝，機械強度變差，破損顆粒較多，催化劑細粉增多。開工后預加氫反應器的初始差壓就比2014年初次使用時高，所以催化劑機械強度變差產生細粉是造成預加氫反應器差壓高的主要原因。

(2)管線內的部分機械雜質停開后松動脫落，隨著介質進入到了反應器，是造成反應器差壓高的另外一個原因。

3.4 預加氫反應器差壓高的處理方法

(1)該預加氫催化劑已經再生過一次，到下次檢修時就使用了兩個周期，必須更換新的預加氫催化劑。

(2)對兩個預加氫反應器進行撇頭處理，并在R101A中裝填預加氫脫砷保護劑。停工之前預加氫反應器采取R101A串B運行，因差壓高稍開了R101B入口閥控制預加氫反應器差壓，導致R101A/B頂部均有不同程度的催化劑粉化和雜質污染。在2021年6月停工搶修期間，利用兩天時間完成預加氫催化劑撇頭換劑全部工作。6月18日預加氫單元完成投料開工，R101A串B運行。停工前R101B入口稍開，反應器差壓仍有0.18 MPa(如不開副線總差壓達到0.37 MPa)，此次開工后R101B入口完全關閉，預加氫反應器差壓降至0.12 MPa，可見此次催化劑撇頭效果明顯，解決了一直困擾的預加氫反應器差壓高的難題，預加氫催化劑撇頭前后差壓如圖2所示，催化劑的撇頭情況見圖3。

圖2 預加氫催化劑撇頭后，預加氫處理量與反應器差壓

圖3 預加氫催化劑撇頭照片

4 結 語

(1)對汽提塔回流泵進行升級改造，將原含硫碳五外送管線擴徑，新增含硫碳五外送流程，徹底消除預加氫單元無法滿負荷的瓶頸；

(2)增設一臺大流量進料泵和對汽提塔頂水冷器進行擴大改造，提高預加氫單元的加工負荷，解決常減壓裝置直餾石腦油產量大影響全廠經濟效益的問題；

(3)采取有效措施，控制預加氫反應器總差壓在安全范圍內，避免裝置非計劃停工；同時分析排查反應器差壓高的原因，

并利用其他檢修窗口，對預加氫催化劑進行撇頭處置，消除影響裝置長周期平穩運行的隱患。