邵 文，劉傳強(qiáng)

220萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)*

邵 文，劉傳強(qiáng)

（中國(guó)石油華東設(shè)計(jì)院，山東青島266071）

以廣西石化公司220萬(wàn)t/a連續(xù)重整裝置為例，對(duì)反應(yīng)器布置方案、扇形筒形狀、壓縮機(jī)透平冷卻方式及氫氣再接觸冷凍系統(tǒng)等主要技術(shù)方案進(jìn)行了分析對(duì)比，并選出了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案作為本裝置的設(shè)計(jì)。

連續(xù)重整；反應(yīng)器；“梯形”扇形筒；丙烷制冷

中國(guó)石油廣西石化公司新建設(shè)的220萬(wàn)t/a連續(xù)重整裝置是為廣西加工海外原油的大型燃料型煉油項(xiàng)目而建設(shè)的，是目前國(guó)內(nèi)建造的規(guī)模最大的連續(xù)重整裝置之一。采用UOP超低壓連續(xù)重整和第三代催化劑連續(xù)再生（CycleMax）工藝專(zhuān)利技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)模為220萬(wàn)t/a，催化劑再生規(guī)模為4 500 lb/h。以上游輕烴回收裝置提供的精制石腦油為原料，生產(chǎn)RONC為102的高辛烷值汽油組分。該裝置由華東設(shè)計(jì)院和國(guó)際著名工程公司—西班牙TR公司合作完成FEED（Front End Engineering Design）設(shè)計(jì)，華東設(shè)計(jì)院完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1 原料和產(chǎn)品

1.1 原料

連續(xù)重整裝置的原料為輕烴回收裝置生產(chǎn)的精制石腦油，為了增加裝置的靈活性和適應(yīng)能力，原料考慮2種設(shè)計(jì)工況,即一期為貧料工況，二期為富料工況，原料性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 產(chǎn)品

裝置的主要產(chǎn)品為穩(wěn)定塔底油、含氫氣體、C5-組分（液化氣）。其中穩(wěn)定汽油組分去芳烴抽提裝置，C5-組分（液化氣）組分去輕烴回收裝置，含氫氣體去PSA裝置。

2 主要技術(shù)指標(biāo)

連續(xù)重整裝置的產(chǎn)品收率、公用工程消耗和能耗見(jiàn)表2。

表1 重整原料性質(zhì)Table 1 The property of CCR feedstock

3 主要技術(shù)方案的選擇

本文以廣西石化公司220萬(wàn)t/a連續(xù)重整裝置為例，對(duì)主要技術(shù)方案進(jìn)行了對(duì)比，根據(jù)對(duì)比結(jié)果選擇最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案最為本裝置的設(shè)計(jì)。

3.1 反應(yīng)器布置

連續(xù)重整裝置設(shè)有4臺(tái)反應(yīng)器，不同的工藝包提供商布置方式不相同，或4臺(tái)疊置式布置或4臺(tái)并列式布置。對(duì)于UOP工藝技術(shù)，一般采用4臺(tái)反應(yīng)器疊置在一起的設(shè)計(jì)方案[1]。

（1）4臺(tái)疊置式布置

對(duì)于此種設(shè)計(jì)方案，由于4臺(tái)反應(yīng)器疊置在一起，加上頂部的還原段，設(shè)備總高度較高，一般在86 m左右，穩(wěn)定性較差。為保證一定的強(qiáng)度，設(shè)備筒體器壁很厚，設(shè)備較重，投資費(fèi)用也較高。另外，設(shè)備的運(yùn)輸、安裝和現(xiàn)場(chǎng)組焊都比較困難，并且土建框架投資相應(yīng)增高，同時(shí)也給裝置的操作和檢修帶來(lái)不便。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是占地面積較少。

表2 裝置主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 2 Main economic and technical indexes of the unit

（2）2臺(tái)+2臺(tái)疊置式布置

對(duì)于220萬(wàn)t/a重整裝置，反應(yīng)器尺寸較大，若采用4臺(tái)疊置式，總體高度高，設(shè)備的制造、運(yùn)輸和安裝難度都比較大，同時(shí)煉廠所在地位于臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)域，風(fēng)力載荷大，土建施工費(fèi)用非常高。因此根據(jù)實(shí)際情況提出了2臺(tái)+2臺(tái)疊置式反應(yīng)器布置結(jié)構(gòu)，即還原段、一反、二反疊在一起，緩沖段、三反、四反疊在一起，并列布置。采用此種設(shè)計(jì)方案，設(shè)備總高度降低到45 m左右，設(shè)備筒體器壁相對(duì)較薄，設(shè)備總重量減輕，便于施工、檢修和生產(chǎn)操作。由于采用兩列并列布置，占地面積較大，另外還需要增加一套反應(yīng)器間催化劑氫氣提升系統(tǒng)。

2種反應(yīng)器的布置方案對(duì)比見(jiàn)表3。

從表3可以看出，與傳統(tǒng)的4臺(tái)疊置式方案相比，采用并列2臺(tái)+2臺(tái)疊置式反應(yīng)器布置方案框架高度降低約39 m，設(shè)備質(zhì)量減輕51 t，總投資可節(jié)省999萬(wàn)元，由于三反頂部增設(shè)緩沖段部分，使得催化劑裝填量增加4.5 t，若重整催化劑按100萬(wàn)元/t計(jì)，即使扣除多裝4.5 t催化劑的費(fèi)用還可以節(jié)省投資約549萬(wàn)元。

結(jié)合以上因素，本裝置最終采用反應(yīng)器并列2臺(tái)+2臺(tái)疊置式布置方案，這也是在國(guó)內(nèi)重整裝置中首次采用。

表3 反應(yīng)器布置方案的對(duì)比Table 3 The comparison of reactor layout

3.2 扇形筒

連續(xù)重整反應(yīng)器均為徑向反應(yīng)器，其內(nèi)件扇形筒是關(guān)鍵部件之一，是高溫原料油氣進(jìn)入催化劑床層并均勻分配的通道[2]。傳統(tǒng)的扇形筒為“D形”結(jié)構(gòu)，此種扇形筒機(jī)械強(qiáng)度低，扇形筒間催化劑存在死區(qū)，催化劑利用效率低。本裝置設(shè)計(jì)中首次采用Johnson Screens公司優(yōu)化的“梯形”結(jié)構(gòu)扇形筒（OptiMiserTM）[3]，結(jié)構(gòu)形式如圖 1。

圖1 “梯形”和“D形”扇形筒結(jié)構(gòu)形式圖Fig.1 The diagram of OptiMiserTM and D shape

這種結(jié)構(gòu)是Johnson Screens和有關(guān)工藝專(zhuān)利商共同開(kāi)發(fā)的扇形筒，它結(jié)合了外籃式結(jié)構(gòu)和“D形”扇形筒的安裝和維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，保證了均勻的床層厚度，從而使床層接觸范圍最大化。與“D形”扇形筒相比，優(yōu)化的“梯形”扇形筒還有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）機(jī)械強(qiáng)度更大，能夠滿足更差的工藝條件下使用，使用壽命長(zhǎng)?？膳c反應(yīng)器本體的停車(chē)檢修時(shí)間一致，保證了裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的長(zhǎng)周期，從而為實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)周期節(jié)約了成本；

（2）催化劑在每一水平床層都是均勻的厚度，在扇形筒之間沒(méi)有死區(qū)，無(wú)堆積炭，催化劑的使用效率更高；

（3）扇形筒橫截面積大，流體分布更好，創(chuàng)造了高流量環(huán)境；

（4）更好的壓縮和抗爆性能，軸向縫隙和光滑的絲網(wǎng)防止催化劑在工作中沿床層流動(dòng)中不被磨損。

3.3 壓縮機(jī)透平冷卻方案

重整循環(huán)氫壓縮機(jī)和重整氫增壓機(jī)均采用3.5 MPa（g）凝汽透平驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，凝汽透平采用循環(huán)水冷卻，比采用干空冷和增濕空冷冷卻更經(jīng)濟(jì)、效率更高。3種方案對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 透平冷卻方案對(duì)比Table 4 The comparison of turbine exhaust steam cooling methods

3.4 再接觸制冷系統(tǒng)

為進(jìn)一步回收C3、C4餾分，提高重整產(chǎn)氫的純度，重整產(chǎn)氫采用兩級(jí)壓縮和兩級(jí)逆流再接觸方式進(jìn)行提純，并在在二級(jí)再接觸流程中設(shè)有丙烷制冷系統(tǒng)使再接觸溫度降至4℃，制冷劑采用更環(huán)保、健康的丙烷[4]。為更好節(jié)能降耗，對(duì)壓縮機(jī)組出口制冷劑冷卻方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)方案比較，壓縮機(jī)組出口采用蒸發(fā)式冷凝冷卻工藝，蒸發(fā)式冷凝器是一種高效節(jié)能的換熱設(shè)備，由于傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在制冷系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用[5]。采用此種工藝可節(jié)省大量的循環(huán)水，經(jīng)濟(jì)效益更好。丙烷制冷劑冷卻方案對(duì)比見(jiàn)表5。

此外，蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行完全依靠水的蒸發(fā)潛熱帶走熱量，而不是像立式冷凝器靠水的顯熱帶走熱量，故水的使用需求量大大減少，高效擋水板（脫水器）和進(jìn)風(fēng)格柵可使水的飄逸率降低至0.001%，獨(dú)特的水盤(pán)設(shè)計(jì)可減少污物的進(jìn)入和微生物的滋生，從而降低水處理的工作量和費(fèi)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

廣西220萬(wàn)t/a重整裝置于2010年9月1次開(kāi)車(chē)成功，目前運(yùn)行良好，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)值，尤其是設(shè)計(jì)的2臺(tái)+2臺(tái)疊置式反應(yīng)器在施工和操作運(yùn)行過(guò)程中顯示出了良好的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，與同類(lèi)規(guī)模裝置相比，在建設(shè)總投資也減少約5%。實(shí)踐證明采用優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案是成功的。

表5 丙烷制冷劑冷卻方案對(duì)比Table 5 The comparison of propane cooling method

[1]柳雨春，劉春艷.UOP連續(xù)重整裝置大型化的新技術(shù)[J].承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009，11（2）：35-38.

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Optimal Design of 2.2 Mt/a Continue Reforming Unit

SHAO Wen，LIU Chuan-qiang
（China Petroleum East China Design Institute，Shandong Qingdao 266071，China）

Taking 2.2 Mt/a continue reforming unit of Guangxi petrochemical corporation as an example，main technical schemes including reactors layout，cooling method for compressor turbines and so on were compared and analyzed.At last，the optimal design plan was selected.

Continue reforming；Reactor；Propane cooling

TE 624

A

1671-0460（2010）05-0584-03

2010-07-10

邵文，男，高級(jí)工程師,1987年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油加工專(zhuān)業(yè)，2004年石油大學(xué)（北京）畢業(yè)，獲碩士學(xué)位，長(zhǎng)期從事石油化工工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail：hldsw2008@163.com。