加氢装置停工过程反应器床层降温解决措施.pdf
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1、业技术(3 7 1 3 7 6)Sep.2023Petrochemical Technology&Application2023年9 月石与No.5Vol.41应术技化用第5期第4 1 卷D0I:10.19909/ki.ISSN1009-0045.2023.05.0371加氢装置停工过程反应器床层降温解决措施罗贯纬(中国石油庆阳石化公司,甘肃庆阳7 4 50 0 0)摘要:针对中国石油庆阳石化公司1 2 0 万t/a柴油加氢装置,采取热氢带油、恒温氢解、热氮脱氢,延长循环降温时间等措施,解决了装置停工过程中加氢反应器床层降温难点问题。结果表明:加氢反应器床层温度平均降至4 4.6,其中第1 第
2、4 床层平均温度依次为4 2.7,4 3.4,4 5.8,4 6.6;反应系统持续补人少量氮气进行置换,同时通过降低循环氢压缩机进、出口温度,在反应器床层温度降至8 5以下时,可保持0.7 5/h的降温速度持续降温,使反应器降温后期保持较高降温效率;延长循环氢压缩机运行时间的能耗与停机后采用氮气置换降温相比,在实现节省大量氮气的同时可有效降低床层温度;通过改进停工方法,停工时间较常规停工缩短3 2 h,低压氮气、中压氮气消耗量分别减少2 9 1 50,1 1 9 9 9 3 m,低压蒸汽、中压蒸汽消耗量分别增加1 9 0.9,58 2.7 t,待再生催化剂含硫量、含碳量均有所下降,同时高压换热
3、器管壳程均无油。关键词:加氢装置;反应器;催化剂;循环氢压缩机;氮气;床层温度中图分类号:TE665.6文献标志码:B文章编号:1 0 0 9-0 0 4 5(2 0 2 3)0 5-0 3 7 1-0 6柴油加氢装置因反应器体积大、器壁厚等原因,停工过程中床层降温困难,一直以来是行业难题。较高的床层温度不仅影响催化剂卸剂工作的安全开展,严重时还影响装置的检修进度。对于大型炼厂而言,柴油加氢装置停工期间需要大量中压、低压氮气进行床层降温及系统置换,在公用工程配置充裕的情况下可满足装置供需要求,同时不会对全厂氮气管网压力造成影响。但对于小型炼厂而言,氮气供给量小,停工期间用氮气高峰期,造成氮气管
4、网压力急剧下降,不但不能满足装置内部要求,还对其他停工用氮气装置造成影响。目前较为常见的降温方法为2 步冷却工艺:第1 步是将氢气通过反应循环段的循环气压缩机送至催化剂床层,冷却到9 3;第2 步是使用液氮进一步降低床层温度。第2 步降温过程较慢,同时液氮价格高,大量使用液氮导致费用增加。目前较先进的降温技术为Aggreko新技术,可缩短在停工时降低床层温度的时间。在Aggreko工艺中,冷却剂(乙二醇和水的混合物)通过一个闭环冷却系统进行循环,以降低循环气压缩机温度。压缩机出来的气体被送到下游的热交换器,迫使最冷的气体进到反应器床层的顶部,达到快速降低床层温度的目的,但需对现有装置进行改造,
5、成本较高。中国石油庆阳石化公司(以下简称庆阳石化)1 2 0 万t/a柴油加氢装置在2 0 2 2 年大检修停工过程中,通过采取热氢带油、恒温氢解、热氮脱氢,延长循环降温时间等措施,解决了反应器床层降温难点问题,使加氢反应器床层温度平均降至4 4.6,其中第1 第4 床层平均温度依次为 4 2.7,4 3.4,4 5.8,4 6.6。1工业装置1.1工艺流程庆阳石化1 2 0 万t/a柴油加氢装置反应系统工艺流程如图1 所示。原料油经反应进料泵(P101A/B)升压后,在流量控制下,与混合氢混合进料。混合进料依次经过混氢油-反应产物换热器(E103C/B/A)、热混氢油-反应产物换热器(E10
6、1)换热后,进人反应进料加热炉(F101)加热至反应所需温度,再进人加氢反应器(R101)。收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 6;修回日期:2 0 2 3-0 7-2 1作者简介:罗贯纬(1 9 8 5一),男,甘肃庆阳人,硕士,高级工程师。主要从事石油化工领域生产技术管理工作,已发表论文8 篇。石372与应术技化用第4 1 卷来自R101的反应产物,经E101、汽提塔底油-反应产物换热器(E102)、E1 0 3 A/B/C 依次与热混合进料、汽提塔塔底油、混合进料换热,然后经反应产物空冷器(A101)冷却至50 进入高压分离器(D102)。冷却后的反应产物在D102中进行气、油、水分离
7、。高分气(循环氢)经循环氢压缩机人口分液罐(D105)分液后,进入循环氢压缩机(K102)升压至1 0.8 MPa,然后分2 路:一路作为急冷氢进入反应器;另一路与升压后的新氢混合,混合氢与原料油混合作为混合进料 1 E101R101102K102D105E103AF101103BD102&LHXE103CQP101A/BP101A/B一进料泵;E103A/B/C换热器;E101/102一产物换热器;F101一加热炉;R101加氢反应器;A101一空冷器;D102高压分离器;D105分液罐;K102一循环氢压缩机图1120万t/a柴油加氢装置反应系统工艺流程示意1.2设备参数该柴油加氢装置有5
8、台高压换热器,其中:混合进料换热与反应产物换热4 台高压换热器筒体壁厚为4 6 mm。外部保温材料为复合硅酸铝卷毡,E101保温层厚度为1 2 0 mm,E1 0 2 及E103A/B/C保温层厚度均为1 0 0 mm。加氢反应器设置4 个催化剂床层,其中:第1 第2 床层装填加氢精制催化剂,第3 第4 床层装填加氢改质催化剂,第2 第4 床层入口设置急冷氢控制床层温度 2 。加氢反应器封头壁厚为8 0 mm,筒体壁厚为1 2 8 mm。加氢反应器外部保温材料为复合硅酸铝卷毡,保温层厚度为1 8 0 mm。高压设备材质特殊,设备壁和保温层较厚,进一步造成反应器降温困难。高压换热器及加氢反应器设
9、计参数如表1 所列。1.3催化剂装填柴油加氢装置使用FJG-1加氢积垢剂、FZC系列加氢保护剂、FF-66加氢精制催化剂和FC-16B加氢改质催化剂的硫化形式,主催化剂FF-66,FC-16B采用密相装填方法装填,保护剂和积垢剂采用普通装填 3 。装填FJG-1积垢剂0.8 8 t,瓷球1 0.7 1 t,保护剂6.2 3 t,FF-66精制催化剂77.28t,FC-16B改质催化剂7 2.7 2 t,装填总量167.82t。为保证催化剂全部装人反应器,装填过表1 高高压换热器及加氢反应器设计参数设备数操作介质金属总保温层规格型号结构型式主体材质保温材质位号量管程壳程质量厚度/mmE1011反
10、应产物/H/HS原料油/H,/H,S 1 400 x7 500mm双壳程2.25Cr1Mo/堆焊/63.940硅酸铝纤维板120(管长)U型管O Cr18Ni10TiE1021反应产物/H/HS汽提塔塔底 1 200 x6 000 mm双壳程15CrMoR/堆焊/38.305硅酸铝纤维板100油(管长)U型管OCr18Ni10TiE1033反应产物/H/H,S原料油/H/HS 1 200 x7 500mm双壳程15CrMoR/堆焊/97.650硅酸铝纤维板100A/B/C(管长)U型管OCr18Ni10TiR1011柴油/H/H,S 3 400 x312 187x2.25Cr1Mo381.30
11、0硅酸铝纤维板180(128+6.5)mm程中根据装填高度将各床层瓷球量均进行了调整,调整后瓷球加入量为1 0.7 1 t,与设计量1 9.0 0 t相比少加了8.2 9 t。该催化剂的最大特点是在中压条件下可以实现油品深度脱硫、脱氮,其改质剂对环烷烃有选择性开环的作用,对重组分有优先裂解的能力,能够大幅度降低原料9 5%馏程温度和凝点 4 。保护剂及催化剂物性见表2,加氢反应器催化剂装填数据见表3。表2柴油加氢装置保护剂及催化剂物性保护剂催化剂物性FZC-105FZC-106FF-66FC-16 B化学组成Mo-NiMo-NiMo-NiMo-Ni外观形状七孔球拉西环三叶草条圆柱条孔容/(mL
12、g)0.1500.3000.6000.8000.3200.345373第5期罗贯纬加氢装置停工过程反应器床层降温解决措施续表2保护剂催化剂物性FZC-105FZC-106FF-66FC-16 B比表面积/(mg)130260330160175颗粒直径/mm15.018.04.95.21.11.31.51.7颗粒长度/mm233103838装填密度/(gm-)0.850.500.880.940.870.93耐压强度/(Ncm)20020180185表3柴油加氢装置加氢反应器催化剂装填数据理论装填数据实际装填床层催化剂高度/mm体积/m3质量/质量/第1床层FJG-10.880.8813瓷球100
13、1.251.00FZC-1054003.632.322.38FZC-1066305.723.783.85FF-66(密相)340030.8529.0028.80中3瓷球1001.250.75中6 瓷球1001.250.69第2 床层中6 瓷球1001.250.69FF-66(密相)4.45040.3837.9436.483瓷球1001.250.75中6 瓷球1001.250.69第3床层中6 瓷球1001.250.69FC-16 B(密相)447040.5641.7741.563瓷球1001.250.75中6 瓷球1001.250.69第4 床层中6 瓷球1001.250.69FC-16B(密
14、相)330029.9530.8631.16FF-66(密相)1 40012.7011.9312.003瓷球1001.251.00中6 瓷球1001.250.92中13瓷球200*4.002.40*:高出收集器平面数值。2反应器床层温度降低措施2.1反应器床层循环降温过程120万t/a柴油加氢装置反应器床层温度随停工时长变化趋势如图2 所示。2 0 2 2 年6 月9 日11时停反应进料泵,切进料后以1.0 MPa/h的降压速度将反应系统压力降至6.0 MPa,以15/h将加热炉出口温度升至36 0(图2 中ab),恒温恒压热氢带油12 h(图2 中b一c)。热氢带油结束后以1.0 MPa/h速
15、度将反应器压力升至3.0 MPa,以25/h 速度将加热炉出口温度降至2 50(图2中cd),恒温恒压反应氢解12 h(图2 中d一e)。恒温氢解结束后维持反应系统温度及压力恒定,引中压氮气补人反应系统,稍开排废氢调阀,在反应系统进行氮气置换的同时,反应器2 50 热氮脱氢12 h(图2 中ef)。此步骤是维持循环氢压缩机稳定运行的关键,根据循环氢氢气纯度分析情况及循环氢压缩机气阀开度,调整系统氮气补人量,因供氢装置提前停工,系统过多补人氮气后无提高氢气纯度措施,需加强循环氢分析频次及控制补氮手阀开度。热氮脱氢结束后以10/h降加热炉出口温度至150,以1.0 MPa/h速度降反应器压力至2.
16、0 MPa(图2 中fg),当炉膛温度降至2 50 时停反应加热炉(图2 中g一h)。6 月13日10:0 0 时,分析系统循环气体达到现场排放标准后,拆除高压分离器顶部安全阀,并连接消音器现场放空置换。6 月14 日0 8:4 0 时,反应系统泄压至0.4 MPa,循环氢压缩机进出口引低压氮气进行置换;10:4 3时,循环氢压缩机降转速至7 8 16 r/min,按正常操作停运循环氢压缩机,反应系统降温结束。360b280aPfde200120h40020406080100120停工时长/h图2120万t/a柴油加氢装置反应器床层温度随停工时长变化趋势2.2循环氢流量变化120万t/a柴油加
17、氢装置停工过程中循环氢流量变化趋势如图3所示。停工过程中当循环氢中氢气纯度下降后,对应氮气含量升高,因氮气相对分子质量为氢气的14 倍,故在维持循环氢流量不变的情况下,需更多中压蒸汽做功带动循环氢压缩机正常转动。同时需大量通循环氢带走反应器床层热量,因此,控制循环氢流量略高于正常操作时流量。循环氢组成中置换部分氮气后,可通过提高循环氢压缩机转速来提高循环氢量,以控制高循环氢量来提高反应器床层降温效率。因重整装置停工后氢气成为停供气体,所以在氮气置换系统氢气时,需重点关注循环氢纯度石374与术化用技第4 1卷及循环氢压缩机气阀开度,以循环氢体积分数控制在4 0%4 5%,循环氢流量控制正常流量的
18、1.21.3倍为佳。同时,操作人员需关注中压蒸汽管网压力及循环氢压缩机气阀开度变化情况,发现压力波动或气阀全开,及时联系外操现场打开低压蒸汽放空手阀,确保循环氢压缩机气阀开度在8 0%9 0%。为提高循环氢压缩机转速及中压蒸汽压力波动导致气阀开大等留有余地,防止出现气阀全开造成循环氢压缩机振动过大引起联锁停机。160000r2022年2018年120000800004000000000306090120 150 180停工时长/h图3120万t/a柴油加氢装置停工过程中循环氢流量变化趋势2.3反应器床层后期降温过程如图4 所示,在反应器床层温度降至8 5时,降温速度明显下降,主要原因是反应器床
19、层温度达到循环氢压缩机出口温度,降温介质与被降温介质温差减少,循环氢带走热量减少,床层降温速度大幅降低。因此,如何降低反应器人口温度成为后期反应器床层降温过程中的关键,可通过降低循环氢压缩机人口温度、反应器人口温度等措施来实现,具体方法有:(1)提前用氮有效避开公司停工用氮高峰期,确保中压氮气、低压氮气系统压力稳定;(2)采用系统持续少量补人中压氮气的方法进行氮气循环降温,同时对系统进行氮气置换;(3)优化停工时间节点,适当延长夜间循环降温时间,通过夜间环境温度降低优势来降低循环氢压缩机人口温度;(4)启运鼓风机提高负荷,全开快开风门及烟道挡板,通过空气冷却炉管来降低反应器人口温度;(5)全启
20、反应产物空冷器,全开空冷百叶窗并提高风机负荷,可降低循环氢压缩机人口温度至环境温度;(6)全开反应器三路急冷氢调阀及副线阀,使未经过高压换热器换热的冷氢直接注人第2,第3,第4床层;(7)优先打开原料泵出口中压氮气手阀向系统补充中压氮气,同时全开原料泵出口冷油旁路调阀,使未经过高压换热器换热的冷氢直接进人反应器54003002001000153045607590停工时长/h2018年出口温度:O一第1床层;一第2 床层;一第3床层;一第4 床层2022年出口温度:一第1床层;一第2 床层;口一第3床层;一第4 床层图4 12 0 万t/a柴油加氢装置停工过程中反应器各床层温度下降趋势3改进前后
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