馬振宇，蘇 健，許兆春

（中國(guó)石油 四川石化，四川 成都611930）

PSA是變壓吸附氫氣精制裝置的簡(jiǎn)稱(chēng)，是目前煉廠普遍使用的，回收提純煉廠氣中H2的主要裝置，可為煉廠提供純度達(dá)99.9%以上的高純H2，是現(xiàn)代化煉廠清潔生產(chǎn)用H2的重要來(lái)源[1]。中國(guó)石油四川石化2.0Mt·a-1連續(xù)重整裝置配套90000Nm3·h-1重整氫氣變壓吸附單元，以重整產(chǎn)H2和少量加氫裂化低分氣為原料，通過(guò)變壓吸附裝置分離除去雜質(zhì)組分后，獲得高純H2，并入全廠H2管網(wǎng)。2019年6月起，重整氫至PSA裝置壓降逐漸增大，H2外送困難，影響裝置平穩(wěn)正常運(yùn)行。本文討論了引起壓降增大的原因，為同類(lèi)裝置運(yùn)行提供一些借鑒。

1 流程簡(jiǎn)介

重整產(chǎn)H2經(jīng)過(guò)再接觸系統(tǒng)高壓（2.18MPa）、深冷（4℃）提純至92%左右，進(jìn)入氫氣脫氯罐，脫除H2中的HCl后進(jìn)入E-2013，與高溫H2和生成油換熱，升溫至40℃，作為原料氣進(jìn)入PSA系統(tǒng)，利用PV21601控制再接觸系統(tǒng)壓力。原料氣指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 PSA原料氣組成Tab.1 PSA feed composition

原料氣與加氫裝置低分氣混合后，通過(guò)氣液分離器除去原料氣中可能夾帶的液態(tài)物質(zhì)，再進(jìn)入預(yù)處理器除去原料氣中Cl-及NH4Cl等后，進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)，裝置流程見(jiàn)圖1。正常運(yùn)行時(shí)變壓吸附系統(tǒng)入口壓力為2.1MPa，溫度為40℃，與再接觸罐壓差為0.08MPa。

圖1 重整產(chǎn)H2至PSA裝置流程示意圖Fig.1 Flow diagram of H2 from CCR to PSA

2 運(yùn)行問(wèn)題分析

2.1 壓差增大現(xiàn)象

裝置正常運(yùn)行時(shí)，再接觸罐壓力控制為2.18MPa，變壓吸附系統(tǒng)入口壓力為2.1MPa，兩者壓差為0.08MPa。自2019年6月起，連續(xù)重整裝置再接觸系統(tǒng)壓力控制閥PV21601開(kāi)度逐漸變大，最后開(kāi)度達(dá)到100%，再接觸罐壓力由2.18MPa持續(xù)上升至2.2MPa，PSA變壓吸附系統(tǒng)入口壓力由2.1MPa降至2.05MPa，兩者壓差從0.08MPa上升至0.15MPa，壓差已經(jīng)上漲近1倍，說(shuō)明自再接觸至變壓吸附系統(tǒng)入口的壓降正逐漸增大。

表2 重整氫外送壓降變化趨勢(shì)Fig.2 PD trend of CCR H2

隨壓降逐漸增大，PSA裝置進(jìn)料流量開(kāi)始降低，PSA負(fù)荷收到嚴(yán)重影響，重整產(chǎn)H2外送困難，重整氫增壓機(jī)轉(zhuǎn)速上升，裝置能耗增加。為保證裝置正常平穩(wěn)運(yùn)行，被迫打開(kāi)PSA裝置跨線，將部分重整產(chǎn)H2直接并入純H2管網(wǎng)，將再接觸罐壓力降至2.18MPa。

2.2 原因分析

為查找差壓增大的具體原因，分別考慮了H2外送路徑上氫氣脫氯罐、E-2013、PSA氣液分離器、PSA預(yù)處理器各自分別可能出現(xiàn)的壓差增大的原因，并逐一進(jìn)行排除。

2.2.1 重整產(chǎn)H2含水，脫氯罐脫氯劑板結(jié)引起差壓增大 重整產(chǎn)H2中的水主要來(lái)源于重整原料中帶的水、進(jìn)入再接觸部分的還原尾H2帶的水、再生燒焦煙氣進(jìn)入氯吸附區(qū)被催化劑吸收的水分，H2中的水在經(jīng)過(guò)再接觸時(shí)溫度降至4℃，可能會(huì)生成凝結(jié)水進(jìn)入氫氣脫氯罐[2]。2.0Mt·a-1連續(xù)重整裝置開(kāi)工以來(lái)，循環(huán)H2中水含量一直處于偏高狀態(tài)，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)料中水含量要小于5×10-6，實(shí)際運(yùn)行中受限于采樣設(shè)施、環(huán)境濕度、分析方法等，實(shí)際操作條件與設(shè)計(jì)條件差距較大。重整反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)水含量高，水隨H2進(jìn)入氫氣脫氯罐，罐內(nèi)脫氯劑板結(jié)，會(huì)引起壓差升高。

裝置操作人員將氫氣脫氯罐切換至B罐運(yùn)行后，再接觸罐壓力和壓力控制閥PV21601開(kāi)度均無(wú)明顯變化，壓差無(wú)下降趨勢(shì)，說(shuō)明氫氣脫氯罐內(nèi)脫氯劑并未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。

2.2.2 粉塵或腐蝕產(chǎn)物堵塞E-2013管束引起差壓增大E-2013是裝置2018年大檢修新增設(shè)備，用于回收低溫重整產(chǎn)H2中的冷量，提高PSA原料氣溫度，保證吸附劑性能良好。E-2013是管殼式換熱器，熱介質(zhì)走殼程，重整產(chǎn)H2走管程，并設(shè)置有旁路閥。

粉塵的來(lái)源有上游氫氣脫氯劑裝填時(shí)天氣潮濕造成吸水過(guò)多、操作不當(dāng)破碎，或者運(yùn)行過(guò)程中粉化，被H2帶到E-2013管程，就會(huì)堵塞換熱器管束，造成E-2013壓差增大。氫氣脫氯劑穿透，重整產(chǎn)氫中的HCl進(jìn)入下游管線，對(duì)后續(xù)裝置造成腐蝕，腐蝕產(chǎn)生的碎屑堵塞換熱器管束，也會(huì)造成E-2013壓差增大[3]。

裝置技術(shù)人員在對(duì)氫氣脫氯罐出口用氣袋采樣、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)管進(jìn)行連續(xù)采樣分析，出口氣體中均無(wú)法檢測(cè)出HCl，說(shuō)明脫氯劑性能良好，HCl未穿透脫氯罐床層，下游裝置不應(yīng)存在腐蝕現(xiàn)象。

為判斷E-2013管束堵塞情況，裝置操作人員打開(kāi)E-2013旁路閥，部分重整產(chǎn)H2通過(guò)旁路進(jìn)入PSA，PSA原料氣溫度從37.1℃下降至20.3℃，系統(tǒng)壓降未出現(xiàn)明顯變化，說(shuō)明E-2013管束未出現(xiàn)堵塞。

2.2.3 PSA氣液分離器內(nèi)液位過(guò)高引起壓差增大PSA氣液分離器頂部安裝有破沫網(wǎng)，以分離原料氣中可能夾帶的游離液滴，防止液體進(jìn)入PSA預(yù)處理器，造成預(yù)處理劑板結(jié)。罐體底部設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)和遠(yuǎn)傳液位計(jì)，正常運(yùn)行時(shí)，液位到5%時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)手閥將凝液排放至放空系統(tǒng)。如果液位計(jì)出現(xiàn)故障，長(zhǎng)期未脫液造成罐內(nèi)液位過(guò)高沒(méi)過(guò)進(jìn)料口，會(huì)引起壓差增大。裝置技術(shù)人員通過(guò)調(diào)取液位趨勢(shì)曲線，PSA氣液分離器一直處于無(wú)液位狀態(tài)。聯(lián)系儀表車(chē)間檢查比對(duì)遠(yuǎn)傳和現(xiàn)場(chǎng)磁翻板液位計(jì)，確認(rèn)PSA氣液分離器內(nèi)無(wú)液位。裝置操作人員在PSA氣液分離器進(jìn)出口分別安裝就地壓力表檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口均有2.15MPa，壓力相同，不存在壓差問(wèn)題。

2.2.4 PSA預(yù)處理器預(yù)處理劑NH4Cl結(jié)垢引起壓差增大 為檢查PSA預(yù)處理器前后壓差，操作人員在進(jìn)出口分別安裝就地壓力表檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口壓差達(dá)0.1MPa，判斷可能是預(yù)處理劑存在板結(jié)現(xiàn)象引起。為保證重整裝置生產(chǎn)的正常運(yùn)行，將PSA預(yù)處理器切換至B罐運(yùn)行，A罐更換預(yù)處理劑。重整再接觸罐壓力隨即出現(xiàn)下降趨勢(shì)，壓力控制閥PV21601逐漸關(guān)小，裝置運(yùn)行逐漸恢復(fù)正常。在更換預(yù)處理劑時(shí)出現(xiàn)閥門(mén)密封不嚴(yán)、打開(kāi)A罐發(fā)現(xiàn)頂部有粉末狀結(jié)晶的現(xiàn)象。在對(duì)粉末狀結(jié)晶采樣分析，發(fā)現(xiàn)該結(jié)晶易溶于水中，溶液呈酸性，有NH4Cl成分，見(jiàn)圖2。為查找NH4Cl來(lái)源，對(duì)PSA原料氣逐個(gè)采樣分析，重整氫和加氫裂化低分氣分析結(jié)果均顯示合格。

圖3 預(yù)處理罐閥門(mén)上的粉末狀結(jié)晶Fig.3 Powdery crystal on valves of pretreatment tank

在對(duì)加氫裂化裝置進(jìn)行走訪后發(fā)現(xiàn)，加氫裂化裝置要利用氨液進(jìn)行堿洗操作，低分氣可能會(huì)帶有微量的NH3，與重整氫中帶有的微量HCl混合后會(huì)生成NH4Cl。但是因?yàn)榉治龇椒ǖ脑颍⒘康腘H3和HCl無(wú)法分析出，隨時(shí)間的增長(zhǎng)，積累效應(yīng)明顯。在操作條件下，NH3和HCl反應(yīng)生成的NH4Cl非常穩(wěn)定，會(huì)形成粉末狀物質(zhì)在管線和預(yù)處理器床層頂部沉積，造成裝置差壓增大。在裝置運(yùn)行初期影響不明顯，隨運(yùn)行時(shí)間增加，影響逐漸變大。

3 處理措施

3.1 增強(qiáng)原料雜質(zhì)管控

由于重整氫和加氫裂化低分氣都暫時(shí)無(wú)法切出變壓吸附裝置，若不控制原料雜質(zhì)含量，壓差增大現(xiàn)象會(huì)繼續(xù)出現(xiàn)，影響裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。所以加強(qiáng)重整氫脫氯罐的運(yùn)行管理和加氫裂化低分氣分析管理，更換高效脫氯劑，提高雜質(zhì)分析指標(biāo)要求，減少HCl和NH3進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)是阻止壓降增大的關(guān)鍵步驟。

3.2 控制好重整反應(yīng)水-氯平衡

重整產(chǎn)H2中HCl的來(lái)源是重整生產(chǎn)過(guò)程中，催化劑上的氯脫除生成。保證重整反應(yīng)環(huán)境水-氯平衡，能有效減少催化劑氯損失，也就從上游減少了重整產(chǎn)H2中的HCl量[4]。

嚴(yán)格控制再生單元氯化物的注入量，以維持催化劑活性。根據(jù)再生催化劑上氯含量化驗(yàn)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整注氯量，保證催化劑氯含量維持在正常值1.0（wt）%～1.1（wt）%。

關(guān)注重整反應(yīng)苛刻度，定期計(jì)算芳烴轉(zhuǎn)化率和C5+液收等指標(biāo)，在滿(mǎn)足芳烴轉(zhuǎn)化率的條件下，盡量控制較低的反應(yīng)苛刻度，降低反應(yīng)溫度，以減少催化劑上氯在高溫下的流失加劇。

3.3 嚴(yán)密監(jiān)控預(yù)處理罐運(yùn)行

增加定期對(duì)預(yù)處理罐后氫氣的采樣分析，定期對(duì)預(yù)處理罐壓差進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)氯含量超標(biāo)或者壓差增大現(xiàn)象，應(yīng)立即組織更換預(yù)處理劑。在預(yù)處理劑頂部增加積垢欄或者鳥(niǎo)巢保護(hù)劑，可減少壓差增加的速度，延長(zhǎng)檢修周期[5]。

4 結(jié)論

通過(guò)本文討論發(fā)現(xiàn)，重整產(chǎn)H2中的HCl、加氫裂化低分氣中的NH3，雖然都在指標(biāo)控制范圍內(nèi)，但因?yàn)橘|(zhì)量累積效應(yīng)，仍能在PSA預(yù)處理器頂部沉積，嚴(yán)重影響PSA裝置壓降。四川石化2.0Mt·a-1連續(xù)重整裝置發(fā)現(xiàn)PSA壓降有上升趨勢(shì)后，及時(shí)更換了氫氣脫氯劑和PSA預(yù)處理劑，系統(tǒng)壓降有效降低，保證了裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。在今后裝置運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)各種手段降低重整產(chǎn)氫中的HCl含量，加氫裂化低分氣中的NH3含量也是不可忽視的一個(gè)方面。