朱亞東，向小波，鮑 勝，劉寅華，鄧 勇，鄭云清

(中國(guó)石化荊門分公司，湖北 荊門 448039)

連續(xù)重整裝置在催化劑處于末期階段運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)氯流失嚴(yán)重、產(chǎn)物中烯烴含量上升、再接觸壓縮機(jī)氣閥頻繁結(jié)焦故障、氫氣和液體收率降低等一系列工況，維持運(yùn)行還會(huì)因氯流失增加、產(chǎn)物中烯烴含量上升帶來設(shè)備腐蝕、機(jī)組維修頻繁等一系列問題[1-2]，因此需要及時(shí)更換催化劑。盡管連續(xù)重整催化劑從理論上可以使用較長(zhǎng)時(shí)間，但決策是否更換催化劑是由技術(shù)經(jīng)濟(jì)性所決定的[3-4]。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)連續(xù)重整裝置選擇停工檢修期間進(jìn)行換劑，此時(shí)換劑會(huì)出現(xiàn)兩種不利工況：①重整裝置需要更換到期的催化劑，但距離計(jì)劃?rùn)z修還有一段時(shí)間，期間裝置將處于低效運(yùn)行狀態(tài)，在產(chǎn)品收益等方面造成經(jīng)濟(jì)損失；②設(shè)備運(yùn)行狀況較好無需檢修的情況下，因?yàn)楦鼡Q催化劑的需要而進(jìn)行停工檢修，增加了檢修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。如果應(yīng)用在線換劑技術(shù)，則可較好地解決上述問題。

1 連續(xù)重整裝置在線換劑技術(shù)

1.1 在線換劑技術(shù)原理

連續(xù)重整裝置在線催化劑更換流程示意見圖1。再生器底部與氮封罐之間的催化劑輸送管線上有2個(gè)切斷閥門(V閥和B閥)，閥門上方有催化劑在線卸劑管線流程，閥門下方設(shè)置有催化劑在線補(bǔ)充管線。舊催化劑(簡(jiǎn)稱舊劑)從再生器底部連續(xù)卸出，催化劑上焦炭已經(jīng)在卸出前燃燒掉，新鮮催化劑(簡(jiǎn)稱新劑)通過催化劑添加2號(hào)閉鎖料斗系統(tǒng)加入到切斷閥門之下的氮封罐內(nèi)，實(shí)現(xiàn)不停工置換催化劑的目的。在氮封罐上有一個(gè)與切斷閥門上方管線相連通的“倒U”形平衡線，平衡線上的氣體交換閥正常運(yùn)行時(shí)是關(guān)閉的。在線換劑時(shí)氣體交換閥門打開以維持再生器和氮封罐之間正常的氣體交換，管線設(shè)置成倒“U”型則可避免催化劑流動(dòng)進(jìn)入氮封罐。

在連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)時(shí)，在線換劑需要的催化劑添加2號(hào)閉鎖料斗系統(tǒng)設(shè)施可根據(jù)用戶意見選裝?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的操作柱上有“裝劑”和“卸劑”旋鈕，由操作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)指示燈提示以及中央控制室室內(nèi)氮封罐料位開關(guān)的指示情況，現(xiàn)場(chǎng)操作旋紐后，CRCS控制系統(tǒng)(專有再生控制系統(tǒng)模塊)將按順序發(fā)出指令開關(guān)各閥門進(jìn)行催化劑的添加。

1.2 在線換劑操作步驟

在線換劑的操作步驟：①通過降低重整反應(yīng)溫度的方法來降低反應(yīng)的苛刻度；②將再生器操作從“白燒方式”切換到“黑燒方式”，以確保在線換劑期間再生設(shè)備運(yùn)行的安全；③停運(yùn)再生器下部空氣加熱器，待再生器下部溫度冷卻降低到80 ℃后開始卸劑；④將催化劑排出管線上的頂部閥門全開，用靠近地面的下部閥門控制催化劑卸出速率；⑤關(guān)閉再生器底部催化劑輸送管線上的V閥和B閥，打開平衡線上的氣體交換閥門，繼續(xù)維持催化劑循環(huán)；⑥將1桶(約100 kg)新劑加入到催化劑漏斗中，現(xiàn)場(chǎng)旋紐旋至“裝料”位置，由CRCS程序控制2號(hào)閉鎖料斗泄壓閥打開，泄壓達(dá)到設(shè)定值以下后，2號(hào)閉鎖料斗入口管線上閥門自動(dòng)打開，催化劑從漏斗流入2號(hào)閉鎖料斗；⑦確認(rèn)漏斗內(nèi)新劑已經(jīng)全部加入到2號(hào)閉鎖料斗后，將旋紐旋至“停止”位置，這時(shí)2號(hào)閉鎖料斗的泄壓閥關(guān)閉，催化劑進(jìn)口管線閥門關(guān)閉；⑧待室內(nèi)氮封罐的料位開關(guān)顯示為“空”后，將旋扭旋至“加料”位置，此時(shí)氮?dú)獬鋲洪y門自動(dòng)打開充壓；⑨當(dāng)2號(hào)閉鎖料斗與氮封罐壓差達(dá)到設(shè)定值后2號(hào)閉鎖料斗催化劑出口管線上閥門自動(dòng)打開，催化劑流入氮封罐，閉鎖料斗出口閥門維持開啟狀態(tài)設(shè)置的時(shí)間為2 min，之后出口閥門自動(dòng)關(guān)閉；⑩將旋扭旋至“停止”位置，開始下1桶催化劑的裝劑工作。

置換過程中卸劑速率用現(xiàn)場(chǎng)手閥開度控制，加劑速率由再生劑提升速率控制，控制卸劑速率與加劑速率基本一致，分離料斗和還原段的料位均可保持穩(wěn)定控制。再生器“黑燒”狀態(tài)下的操作要控制接近正常氧含量和再生溫度分布，保證催化劑上積炭燒干凈，以便于根據(jù)卸出催化劑顆粒外觀目測(cè)估計(jì)置換進(jìn)展程度。

2 連續(xù)重整裝置在線換劑技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

2017年渣油加氫裝置開工后，氫氣供應(yīng)不足以及氫氣成本高的問題愈加嚴(yán)重。因距離本周期計(jì)劃停工檢修時(shí)間還有近9個(gè)月，而且連續(xù)重整裝置一直以來運(yùn)行平穩(wěn)，符合在線換劑條件，決定實(shí)施連續(xù)重整在線換劑，以緩解全廠氫氣供應(yīng)緊張的局面。

2.1 在線換劑前空試和模擬換劑試驗(yàn)

2.1.1空試由于在線換劑設(shè)備長(zhǎng)期未使用，首先進(jìn)行了換劑程序的空試。將2號(hào)閉鎖料斗底部的手動(dòng)球閥保持關(guān)閉，通過人工給氮封罐的料位開關(guān)信號(hào)，滿足CRCS系統(tǒng)內(nèi)的裝劑條件，測(cè)試2號(hào)閉鎖料斗的泄壓、裝劑、充壓等步驟閥門開關(guān)動(dòng)作能否順利進(jìn)行。

2.1.2模擬換劑試驗(yàn)空試完成后，進(jìn)行將系統(tǒng)內(nèi)舊劑卸出后再補(bǔ)充回系統(tǒng)的模擬換劑試驗(yàn)，以熟悉操作步驟和暴露問題，同時(shí)對(duì)氮封罐的熱容式料位開關(guān)進(jìn)行標(biāo)定。過程如下：①關(guān)閉再生隔離系統(tǒng)使再生系統(tǒng)“熱停車”后，關(guān)閉再生器底部閥門和氮封罐補(bǔ)氮線閥門，氮封罐向大氣泄壓后將平衡線上氣體交換閥門底部盲板拆除；②恢復(fù)氮封罐補(bǔ)氮流程后，打開平衡線上氣體交換閥門，停運(yùn)再生器下部空氣電加熱器，待再生器底部催化劑溫度降低，從再生器底部卸出1桶催化劑后關(guān)閉下部卸料閥；③啟動(dòng)再生系統(tǒng)催化劑循環(huán)，再生器底部V閥和B閥仍保持關(guān)閉，氮封罐內(nèi)催化劑被逐漸轉(zhuǎn)移出去，氮封罐與下部閉鎖料斗壓差下降，低壓差聯(lián)鎖關(guān)閉再生隔離系統(tǒng)，此時(shí)將氮封罐熱容式料位計(jì)標(biāo)定為“空”；④再生器采用黑燒模式啟動(dòng)，全開再生器底部B閥，用再生器底部V閥控制再生器內(nèi)催化劑下落速率，維持正常燒焦，但不啟動(dòng)催化劑循環(huán)，分離料斗料位逐漸下降至不再變化，氮封罐料位開關(guān)標(biāo)定為“滿”；⑤再次關(guān)閉再生器底部閥門，啟動(dòng)催化劑循環(huán)，將氮封罐內(nèi)催化劑轉(zhuǎn)移，至料位開關(guān)顯示為“空”后，啟動(dòng)2號(hào)閉鎖料斗加劑程序，將從系統(tǒng)內(nèi)卸出的100 kg舊劑加入系統(tǒng)。模擬換劑試驗(yàn)中完成一次加劑(約100 kg催化劑)需要的時(shí)間約15 min，模擬換劑試驗(yàn)成功后恢復(fù)催化劑循環(huán)和再生器操作，恢復(fù)過程中未有異常情況發(fā)生，驗(yàn)證了在線換劑方案的可靠性。

2.2 催化劑在線置換過程

2017年12月14—19日，荊門石化完成了連續(xù)重整裝置在線置換催化劑工作(期間短時(shí)中斷2次)，在線置換48 t催化劑，耗時(shí)4.5天，催化劑的置換速率約400 kgh，為正常催化劑循環(huán)速率的60%。

在線換劑過程：① 12月14日9：20，再生器改黑燒運(yùn)行，停運(yùn)下部空氣電加熱器，并提高再生器底部冷卻風(fēng)量，重整反應(yīng)溫度由516 ℃降至510 ℃，重整反應(yīng)進(jìn)料量維持在68 th；②12月14日16：40開始在線換劑，最初曾出現(xiàn)氮封罐與再生器壓差低聯(lián)鎖再生熱停車，關(guān)小氮封罐頂氣體交換閥門后恢復(fù)再生“黑燒”和置換催化劑；③12月19日4：05，置換催化劑結(jié)束，15：26再生“黑燒”轉(zhuǎn)“白燒”，恢復(fù)再生系統(tǒng)正常操作。因置換的新劑會(huì)帶入水分進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，循環(huán)氫中水含量上升，之后幾天內(nèi)循環(huán)氫中水含量降低到正常水平；在線換劑期間分離料斗細(xì)粉淘析數(shù)量與之前停工換劑后開工相比，粉塵數(shù)量相當(dāng)，操作參數(shù)平穩(wěn)正常。

2.3 重整裝置在線換劑與停工換劑效果比較

2.3.1對(duì)催化劑性能的影響在線換劑與停工換劑后操作參數(shù)及產(chǎn)品收率見表1。從表1可以看出：①在線換劑與停工換劑的重整進(jìn)料芳潛含量變化不大；②與停工換劑相比，在線換劑后C5+汽油收率和純氫收率略有提高，與文獻(xiàn)[4]中重整催化劑初期與末期性能標(biāo)定數(shù)據(jù)基本一致。說明在線換劑方式不影響催化劑的性能。

表1 在線換劑與停工換劑后操作參數(shù)及產(chǎn)品收率

2.3.2催化劑用量荊門石化重整裝置系統(tǒng)內(nèi)催化劑總藏量約為48 t，本次在線換劑裝入新劑48 t，卸出舊劑48.3 t，換劑前后還原段與分離料斗料位接近。通過測(cè)定在線卸出混合催化劑的比表面積，可以計(jì)算出新鮮催化劑比例，新劑和舊劑的比表面積分別按照192 m2g和150 m2g的基準(zhǔn)。在線卸出催化劑的比表面積及新鮮催化劑比例見表2。從表2可以看出：①在線換劑過程中，當(dāng)從再生器卸出催化劑中80%以上為新鮮催化劑時(shí)，催化劑的比表面積達(dá)到184 m2g以上，此時(shí)就可以結(jié)束催化劑的置換，與文獻(xiàn)[5]結(jié)果一致；②卸出的倒數(shù)第40桶(440桶)催化劑中新劑比例接近80%，因此，將最后卸出的40桶催化劑保存，按照新劑進(jìn)行使用，也就是說從本次在線換劑較停工換劑的方式可減少4 t新劑的用量。另外，在線換劑過程中有部分加入的新劑混入舊劑被卸出，這一因素會(huì)增加新劑的用量，但死區(qū)催化劑不被置換，則有利于減少新劑的用量。

表2 在線卸出催化劑的比表面積及新鮮催化劑比例

2.4 在線換劑技術(shù)應(yīng)用需要具備的條件及注意事項(xiàng)

連續(xù)重整裝置采用在線換劑技術(shù)的前提是系統(tǒng)運(yùn)行正常，特別是不能存在反應(yīng)器壓降大、催化劑粉塵多等問題。同時(shí)催化劑性能下降較大、距離下次檢修時(shí)間較長(zhǎng)等情況最適合采用在線換劑技術(shù)。

連續(xù)重整裝置催化劑循環(huán)流動(dòng)過程中，存在催化劑收集-多個(gè)料腿下料-再分布的流動(dòng)截面積變化的現(xiàn)象。在置換過程中新舊催化劑存在一個(gè)“交接”界面，界面處是新劑和舊劑混合狀態(tài)，界面處的催化劑也需要被置換，因此會(huì)“浪費(fèi)”少量新劑。在流動(dòng)過程中同一截面的催化劑在各流通位置流速要求盡量均勻，否則使得新劑與舊劑混合界面的催化劑數(shù)量增加。因此只有運(yùn)行中無各種異常的裝置才具備實(shí)施在線換劑的條件。例如，要求催化劑循環(huán)正常，各處壓降正常，料位控制穩(wěn)定，無局部的“貼壁”和“空腔”問題[6]，無細(xì)粉等異常情況。

在線置換過程中，催化劑的置換速率(即在反應(yīng)-再生系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)速率)要低于正常的循環(huán)速率，本次在線換劑速率控制為正常循環(huán)速率的60%。置換過程中要盡量平穩(wěn)，避免中斷和置換速率波動(dòng)。因此在線卸劑的設(shè)施要求提前做好調(diào)試和維護(hù)，確保置換過程保持連續(xù)，避免中斷情況發(fā)生。

由于舊劑上金屬Pt分散程度變差，其顆粒顏色較新劑深，因此當(dāng)卸出的催化劑中有深淺不同顆粒時(shí)，說明到了置換的后期。當(dāng)卸出的催化劑中深色顆粒占比較少時(shí)，結(jié)合置換的數(shù)量，可初步判斷催化劑置換的比例。在線置換末期卸出的催化劑顆粒照片見圖2。從圖2可以看出，末期卸出的催化劑中出現(xiàn)了深淺兩種顆粒，隨著桶數(shù)順序的增大，深色顆粒逐漸減少，說明舊劑的比例逐漸減少，由此能夠反映新劑置換的程度。但如何定量確定新劑置換的結(jié)束，肉眼判斷缺少經(jīng)驗(yàn)，而測(cè)定催化劑的比表面積分析時(shí)間長(zhǎng)，因此按照系統(tǒng)藏量的100%比例補(bǔ)入新劑，根據(jù)卸出劑的比表面積分析數(shù)據(jù)，確定可以保留使用的部分，這樣既保證了置換的徹底程度，也不會(huì)浪費(fèi)新鮮催化劑。

圖2 在線置換末期卸出的催化劑顆粒照片

2.5 在線換劑對(duì)長(zhǎng)周期運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)及措施

在線換劑在裝置維持正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，期間如果因故無法繼續(xù)進(jìn)行，將造成“災(zāi)難性”后果。此時(shí)如果終止在線換劑，恢復(fù)催化劑的正常循環(huán)，系統(tǒng)內(nèi)將存在兩種活性差別較大的催化劑，以后運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)周期性的波動(dòng)。如果不恢復(fù)催化劑循環(huán)，超過一定時(shí)間后反應(yīng)系統(tǒng)需要切斷進(jìn)料等待故障處理。

在線換劑過程中要維持較低且穩(wěn)定的催化劑循環(huán)速率，力求死區(qū)催化劑不移動(dòng)。否則若置換速率變化大，導(dǎo)致已經(jīng)置換完畢區(qū)域的死區(qū)催化劑移動(dòng)，死區(qū)劑進(jìn)入再生器則可能出現(xiàn)超溫?fù)p壞設(shè)備的情況。因此，在線換劑必須做好設(shè)備維護(hù)和備件準(zhǔn)備，同時(shí)選擇天氣較好的時(shí)期進(jìn)行，換劑過程力求置換速率穩(wěn)定和連續(xù)進(jìn)行。

3 結(jié) 論