王 婷,袁忠勛
(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司,北京 100101)
我國(guó)現(xiàn)有半再生重整裝置近30套,總加工能力約6.6 Mt/a,由于技術(shù)落后,正面臨被逐步淘汰的局面。另一方面,我國(guó)目前面臨汽柴油質(zhì)量升級(jí)的任務(wù),迫切需要重整裝置提供更多廉價(jià)氫氣。將半再生重整裝置改造為連續(xù)重整裝置,可以在充分利用現(xiàn)有設(shè)備、管線及儀表前提下,花費(fèi)最少投資,增加重整液體收率,提高汽油辛烷值,提高氫氣產(chǎn)率,從而改善產(chǎn)品質(zhì)量、創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益[1-4]。
連續(xù)重整技術(shù)自20世紀(jì)70年代發(fā)展至今,全球共建成300多套裝置。目前世界上典型的連續(xù)重整技術(shù)分別是美國(guó)環(huán)球油品公司(UOP)和法國(guó)石油研究院(IFP/Axens)的專(zhuān)利技術(shù)。UOP于1996年推出了CycleMax新一代連續(xù)重整工藝,其后又推出了CycleMax-Ⅱ(包括ChlorsorbTM)最新技術(shù)。IFP/Axens于1995年推出了RegenC,其后又推出了RegenC-Ⅱ工藝[5]。2013年,世界上首套采用中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司(SEI)開(kāi)發(fā)的連續(xù)重整新工藝——逆流連續(xù)重整工藝的裝置成功投產(chǎn)。逆流連續(xù)重整工藝采用催化劑與反應(yīng)物流逆向流動(dòng)的創(chuàng)新理念,改善了反應(yīng)條件,創(chuàng)立了新的操作簡(jiǎn)便的催化劑循環(huán)方法,為連續(xù)重整工藝增加了新的模式[6]。
本研究以某煉油廠半再生重整裝置搬遷異地改造為逆流連續(xù)重整裝置為例,從產(chǎn)品質(zhì)量的升級(jí)、現(xiàn)有設(shè)備的利用及改造等方面討論了半再生重整改造為連續(xù)重整的可實(shí)施性。通過(guò)比較半再生重整、改造為逆流連續(xù)重整以及新建逆流連續(xù)重整裝置3個(gè)方案的公用工程及能耗、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方面論述了改造帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,為半再生重整技術(shù)升級(jí)改造提供方向。
A廠現(xiàn)有一套閑置的處理能力為0.40 Mt/a的半再生重整裝置,計(jì)劃搬遷至B廠并改造為逆流連續(xù)重整裝置。裝置以直餾石腦油、加氫精制石腦油為原料,生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分,同時(shí)為B廠的苯抽提裝置提供原料,副產(chǎn)的含氫氣體送至氫氣管網(wǎng)作為加氫裝置氫源。
A廠現(xiàn)有的半再生重整裝置包括預(yù)處理部分,采用先拔頭再進(jìn)行加氫流程,蒸發(fā)塔在預(yù)加氫反應(yīng)器下游,塔底得到合格重整進(jìn)料;重整部分為4臺(tái)反應(yīng)器并列布置,包括反應(yīng)部分、再接觸部分及產(chǎn)品穩(wěn)定部分。
搬遷改造后,盡量利舊原有的閑置設(shè)備,只新增部分不能搬遷和因地制宜的設(shè)備。預(yù)處理部分采用全餾分加氫及“兩塔合一”流程,蒸發(fā)塔塔底得到合格重整進(jìn)料;重整及催化劑再生部分采用逆流連續(xù)重整工藝技術(shù),新增一套催化劑連續(xù)再生系統(tǒng)。反應(yīng)器采用并列布置型式,重整催化劑采用國(guó)產(chǎn)的PS-Ⅵ催化劑。再生回路采用冷循環(huán)流程,再生循環(huán)氣體和氧氯化放空氣采用固體脫氯除去氣體中的氯化物。為了因地制宜適應(yīng)B廠對(duì)產(chǎn)品的需要,新增了C4/C5分離塔和脫C6塔,同時(shí)為滿(mǎn)足B廠氫氣管網(wǎng)壓力要求,增加一級(jí)外送氫增壓流程。
為了方便表述,分3個(gè)方案進(jìn)行比較:方案一為A廠裝置搬遷至B廠后改造為逆流連續(xù)重整裝置;方案二為A廠裝置搬遷至B廠后維持原半再生重整裝置;方案三為在B廠新建同等規(guī)模的逆流超低壓連續(xù)重整裝置。
裝置重整反應(yīng)部分的處理量為0.4 Mt/a,預(yù)處理部分的處理量為0.49 Mt/a。方案一及方案三,連續(xù)重整再生部分的處理量為500 kg/h(催化劑循環(huán)量)。水力學(xué)操作彈性為60%~110%,年開(kāi)工時(shí)數(shù)按8 400 h計(jì)。
預(yù)處理部分原料為直餾石腦油和柴油加氫精制石腦油的混合油。直餾石腦油處理量為0.345 Mt/a,柴油加氫精制石腦油處理量為0.14 Mt/a,二者的組成和性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。
表1 直餾石腦油組成和性質(zhì)
表2 柴油加氫精制石腦油組成和性質(zhì)
預(yù)處理后重整進(jìn)料的組成和性質(zhì)分別見(jiàn)表3和表4。
表3 重整進(jìn)料的族組成 w,%
表4 重整進(jìn)料的性質(zhì)
預(yù)處理后重整進(jìn)料的雜質(zhì)含量滿(mǎn)足表5所示的指標(biāo)要求。
表5 重整進(jìn)料雜質(zhì)含量指標(biāo)
催化重整工藝按其催化劑再生方式不同通常可分為半再生(固定床)、連續(xù)再生(移動(dòng)床)兩種類(lèi)型。
半再生重整具有工藝流程簡(jiǎn)單、投資少等優(yōu)點(diǎn),但為保持催化劑較長(zhǎng)的操作周期,產(chǎn)品辛烷值不能太高,同時(shí)重整反應(yīng)必須維持在較高的反應(yīng)壓力和較高的氫油比下操作,因而重整反應(yīng)產(chǎn)物液體收率較低,氫氣產(chǎn)率也低,并且隨著操作周期的延長(zhǎng),催化劑活性將因結(jié)焦逐漸減弱,重整產(chǎn)物C5+液體收率及氫氣產(chǎn)率也將逐漸降低,需逐步提高反應(yīng)溫度直至停工對(duì)催化劑進(jìn)行再生。
連續(xù)重整工藝增加了一套催化劑連續(xù)再生系統(tǒng),可將因結(jié)焦失活的重整催化劑進(jìn)行連續(xù)再生,從而保持重整催化劑活性穩(wěn)定,因而重整反應(yīng)可在低壓、低氫油比的苛刻條件下操作,充分發(fā)揮催化劑的活性及選擇性,使重整產(chǎn)物的C5+收率及氫氣產(chǎn)率都較高,催化劑的性能基本保持穩(wěn)定,裝置能維持較長(zhǎng)的操作周期。
考慮半再生重整的壓力較高,為了盡可能利舊現(xiàn)有設(shè)備,要將其改造為連續(xù)重整,平均反應(yīng)壓力采用0.80 MPa。如新建連續(xù)重整裝置,則采用目前普遍的超低壓連續(xù)重整技術(shù),平均反應(yīng)壓力為0.35 MPa。
表6為基于表3中進(jìn)料組成的3種方案技術(shù)對(duì)比。其中,連續(xù)重整產(chǎn)品的辛烷值按RON為102考慮,半再生重整的反應(yīng)苛刻度按產(chǎn)品RON為95考慮。
表6 各方案的主要操作條件和技術(shù)指標(biāo)對(duì)比
從表6可以看出:由于連續(xù)重整采用了催化劑連續(xù)再生技術(shù),使重整反應(yīng)能夠在較低的反應(yīng)壓力和氫油比下操作,不僅產(chǎn)品辛烷值較高而且可獲得更高的液體收率和氫氣產(chǎn)率。目前普遍采用超低壓(0.35 MPa)的連續(xù)重整工藝,C5+收率和氫產(chǎn)率最高,半再生重整工藝最低。
但采用方案三超低壓(0.35 MPa)的連續(xù)重整工藝,重整反應(yīng)系統(tǒng)的壓縮機(jī)、反應(yīng)器、加熱爐等關(guān)鍵設(shè)備及管線都無(wú)法利舊。方案一則盡可能利舊現(xiàn)有設(shè)備,但由于反應(yīng)壓力采用0.8 MPa,C5+收率和氫產(chǎn)率與目前普遍采用超低壓(0.35 MPa)的連續(xù)重整工藝相比要低,但比方案二的半再生重整工藝高出很多。
從表6還可以看出:方案一與方案二相比,C5+液體產(chǎn)品的RON提高7個(gè)單位,收率增加1.08百分點(diǎn),按重整進(jìn)料量0.4 Mt/a計(jì)算,每年可多產(chǎn)高辛烷值汽油組分4 kt,可增加稅前銷(xiāo)售收入1 555萬(wàn)元。
重整裝置的主要產(chǎn)品為高辛烷值汽油調(diào)合組分和C6餾分抽提原料,副產(chǎn)品為氫氣、戊烷油、拔頭油、液化氣及燃料氣。3種技術(shù)方案下各產(chǎn)品的產(chǎn)量如表7所示。從表7可以看出,方案一與方案二相比,重整產(chǎn)氫率提高1.02百分點(diǎn),按重整進(jìn)料量0.4 Mt/a計(jì)算,采用連續(xù)重整技術(shù)每年可多產(chǎn)純氫4 kt。并且氫氣純度有所提高,可增加銷(xiāo)售收入5 000萬(wàn)元。
表7 各技術(shù)方案下裝置各產(chǎn)物產(chǎn)量的對(duì)比 kt/a
方案一實(shí)施重點(diǎn)為大型設(shè)備的利舊,為了考察方案一的可實(shí)施性,對(duì)原有裝置中的關(guān)鍵設(shè)備如何適應(yīng)連續(xù)重整操作條件進(jìn)行了探討。
A廠重整裝置原有大型機(jī)組7臺(tái),包括離心式壓縮機(jī)1臺(tái),往復(fù)式壓縮機(jī)6臺(tái),其中兩臺(tái)預(yù)加氫循環(huán)壓縮機(jī)已另作它用,一臺(tái)氫氣壓縮機(jī)(用作氫氣充瓶用)搬遷改造后無(wú)法利用,其它4臺(tái)可以利舊,但壓力和流量條件與改造后工況有出入。為了適應(yīng)設(shè)備利舊和裝置改造后氫氣操作情況的變化,對(duì)氫氣壓縮機(jī)作動(dòng)改。①離心式重整循環(huán)氫壓縮機(jī):原機(jī)組入口壓力(絕)1.0 MPa,出口壓力(絕)1.6 MPa,由半再生重整改為連續(xù)重整時(shí)反應(yīng)壓力和氫油比都應(yīng)降低,經(jīng)核算可滿(mǎn)足改造要求;綜合考慮B廠蒸汽及氫氣管網(wǎng)情況,改造后重整產(chǎn)氫經(jīng)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)增壓后再送重整氫增壓機(jī)升壓。②再接觸氫增壓機(jī):A廠重整產(chǎn)氫不先經(jīng)過(guò)循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓,而是直接由重整氫增壓機(jī)升壓;搬遷至B廠后重整產(chǎn)氫先經(jīng)過(guò)循環(huán)氫壓縮機(jī)升壓,再由重整氫增壓機(jī)繼續(xù)升壓,因此再接觸氫增壓機(jī)入口壓力與原設(shè)計(jì)接近,故考慮原有的增壓機(jī)仍可作為改造后的再接觸氫增壓機(jī),兩開(kāi)一備。搬遷改造為逆流連續(xù)重整后,入口壓力與原設(shè)計(jì)相當(dāng),流量增加1倍。由于原機(jī)組余量較大,經(jīng)核算機(jī)組可利舊。
由A廠搬遷至B廠的加熱爐共計(jì)7臺(tái),分別為預(yù)加氫加熱爐(F-102)、蒸發(fā)塔塔底加熱爐(F-103)、第一重整加熱爐(F-201A/B)、第二/第三/第四重整加熱爐(F-202/F-203/F-204)和脫戊烷塔塔底加熱爐(F-205)。原裝置的加熱爐負(fù)荷較小,其中F-102,F(xiàn)-103,F(xiàn)-201B,F(xiàn)-205為純輻射圓筒爐,它們的煙氣匯入F-201A對(duì)流段,利用余熱鍋爐回收煙氣余熱,發(fā)生蒸汽;F-202/F-203/F-204的對(duì)流段用于加熱塔底的部分重沸物料,原設(shè)計(jì)整體熱效率約為88%,搬遷改造后,新設(shè)置了一套煙氣余熱回收系統(tǒng),回收所有爐子的煙氣余熱,使加熱爐熱效率提高到92%。
A廠原有預(yù)加氫流程為先拔頭再進(jìn)行加氫反應(yīng)工藝,蒸發(fā)塔在預(yù)加氫反應(yīng)器下游,只有汽提功能。搬遷改造后,預(yù)加氫流程改為全餾分加氫,且蒸發(fā)塔作為汽提、分餾功能合二為一的塔,塔的操作負(fù)荷比原設(shè)計(jì)大,為了滿(mǎn)足重整進(jìn)料分離需要,蒸發(fā)塔需要改造,在上部增加10層塔盤(pán),塔體切線長(zhǎng)相應(yīng)增加。
A廠穩(wěn)定塔及拔頭油分離塔為使用超過(guò)20年的壓力容器,按照當(dāng)?shù)丶夹g(shù)監(jiān)督局的相關(guān)規(guī)定,不再利舊。搬遷改造項(xiàng)目中,脫戊烷塔、C4/C5分離塔及脫C6塔按新增考慮。
因原第一重整反應(yīng)器(R-201)及第二重整反應(yīng)器(R-202)均為超過(guò)20年的壓力容器,不考慮利舊。搬遷改造后,按照新的催化劑填裝比例新增第一重整反應(yīng)器[R-201(N)]及第二重整反應(yīng)器[R-202(N)]。第三重整反應(yīng)器(R-203)及第四重整反應(yīng)器(R-204)經(jīng)檢測(cè)合格后利舊,同時(shí)為匹配逆流連續(xù)重整催化劑裝填比例,需要將反應(yīng)器中心管和外網(wǎng)進(jìn)行部分改造,以滿(mǎn)足搬遷改造后催化劑裝填量需要。
3種方案下重整催化劑的裝填量如表8所示。
表8 重整催化劑裝填量對(duì)比 t
從表8可以看出,由于增加了催化劑再生系統(tǒng),方案一和方案三的催化劑裝量大于方案二。由于方案三空速較方案一高,催化劑裝量稍小于方案一。
3種方案的公用工程消耗及能耗情況見(jiàn)表9,其中燃料氣熱值按34 797 kJ/kg計(jì)算。
表9 裝置公用工程消耗及能耗對(duì)比
從表9可以看出,由于方案二半再生重整的反應(yīng)溫度低,產(chǎn)品收率低,且比其它兩個(gè)方案少了一套催化劑連續(xù)再生系統(tǒng),因此能耗最低;由于方案一比方案三重整反應(yīng)及再生系統(tǒng)壓力高,因此方案一比方案三能耗低。
3種方案的裝置投資及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表10,其中產(chǎn)品價(jià)格按2014年80美元價(jià)格體系計(jì)算,產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益考慮裝置搬遷至B廠后的增量部分。
表10 裝置投資及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比
從表10可以看出,由于連續(xù)重整多了一套催化劑連續(xù)再生系統(tǒng),因而方案一和方案三的投資大于方案二的投資,但是由于產(chǎn)品收率高、經(jīng)濟(jì)效益好,增加的投資一年內(nèi)即可回收。考慮到連續(xù)重整工藝具有液體收率高、氫產(chǎn)率高、運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益好的優(yōu)勢(shì),采用逆流連續(xù)重整(方案一或者方案三)工藝方案更為合理。方案三新建逆流連續(xù)重整裝置的投資最高,方案一搬遷改造為逆流連續(xù)重整裝置的投資低于新建逆流連續(xù)重整裝置的投資,又可獲得比半再生重整更多的效益,因此經(jīng)濟(jì)效益最好。
(1)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的利用和改造,裝置搬遷改造工程建成后,將提高全廠汽油質(zhì)量、增加高標(biāo)號(hào)汽油產(chǎn)量、提高氫氣產(chǎn)率,實(shí)現(xiàn)效益最大化。
(2)將半再生裝置改造為逆流連續(xù)重整裝置是對(duì)于現(xiàn)有半再生裝置技術(shù)升級(jí)的最佳途徑之一。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 袁忠勛.催化重整新裝置的建設(shè)和老裝置的擴(kuò)能改造[J].煉油設(shè)計(jì),2001,31(7):5-9
[2] 袁春華.催化重整裝置擴(kuò)能改造思路探討和工程實(shí)踐[J].當(dāng)代化工,2015,44(1):69-71
[3] 冀琳.連續(xù)重整與半再生式重整選擇之探討[J].石油煉制與化工,1997,28(9):32-35
[4] 袁忠勛,李紅.我國(guó)半再生重整裝置的擴(kuò)能改造技術(shù)方案探討[J].煉油設(shè)計(jì),1999,29(4):6-10
[5] 徐承恩.催化重整工藝與工程[M].2版.北京:中國(guó)石化出版社,2014:436-492
[6] 袁忠勛,羅家弼,任建生.多個(gè)反應(yīng)器逆流移動(dòng)床催化轉(zhuǎn)化工藝:中國(guó),CN1247886[P].2000-03-22