尹 志 剛

（中國石化北京燕山分公司，北京 102500）

中國石化北京燕山分公司煉油廠1．0 Mt／a連續(xù)重整裝置（簡稱2號重整）由中國石化工程建設(shè)公司設(shè)計，于2020年3月16日建成投產(chǎn)。裝置采用中國石化自主開發(fā)的逆流移動床連續(xù)重整（簡稱SCCCR）工藝[1]，反應(yīng)物料的流動方向與催化劑的流動方向相反。反應(yīng)器采用并列式布置，催化劑采用中石化石油化工科學研究院有限公司開發(fā)的PS-Ⅵ連續(xù)重整催化劑[2]。催化劑再生單元規(guī)模1 000 kg／h，再生循環(huán)氣體回路采用干冷循環(huán)形式，再生循環(huán)氣、氧氯化放空氣分別流經(jīng)固體脫氯罐，以去除其中的氯化物。

2021年6月開始，再生一段燒焦區(qū)出入口壓差逐漸升高，燒焦循環(huán)氣流量大幅降低。2022年3月停工消缺，發(fā)現(xiàn)再生器內(nèi)約翰遜篩網(wǎng)堵塞嚴重。以下分析再生器內(nèi)網(wǎng)堵塞的原因，并從提高操作穩(wěn)定性、定期清理內(nèi)網(wǎng)等方面提出處理措施，消除了再生系統(tǒng)堵塞的隱患。

1 再生器失效情況

1．1 再生器結(jié)構(gòu)

2號重整裝置再生器工藝流程如圖1所示。再生器燒焦區(qū)為上下串聯(lián)式兩段燒焦，其內(nèi)構(gòu)件主要由兩組同軸布置的內(nèi)外約翰遜篩網(wǎng)組成。催化劑循環(huán)再生系統(tǒng)可以確保重整反應(yīng)在高苛刻度條件下進行。然而在實際運行過程中，國內(nèi)多套連續(xù)重整裝置再生系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)件曾發(fā)生不同程度的損壞，導(dǎo)致重整催化劑燒結(jié)或跑損，裝置被迫緊急停工處理，造成巨大的經(jīng)濟損失[3]。

圖1 連續(xù)重整裝置再生器工藝流程

1．2 再生器異?，F(xiàn)象

運行監(jiān)控發(fā)現(xiàn)，再生器一段燒焦區(qū)出入口壓差從2021年6月至2022年2月逐漸從20 k Pa升高至138 k Pa（圖2），之后的生產(chǎn)運行過程中先后出現(xiàn)如下問題：

圖2 燒焦區(qū)壓差變化情況

（1）再生系統(tǒng)一段床層壓降過高，再生器提升系統(tǒng)壓力偏低，氮封罐與提升氣壓差控制閥全開，接近1 k Pa聯(lián)鎖值，若壓差持續(xù)惡化，再生提升系統(tǒng)壓力繼續(xù)降低，壓差無法建立，再生器無法進行提升。

（2）一段燒焦循環(huán)氣流量被迫降低，從9 000 m3／h降至7 000 m3／h（正常流量范圍9 000～10 000 m3／h），具體見圖3。若提高重整反應(yīng)苛刻度，催化劑碳含量升高后，循環(huán)氣量過低，燒焦循環(huán)氣攜帶熱量能力不足，易導(dǎo)致再生器超溫。

圖3 再生循環(huán)氣流量變化情況

（3）重整裝置無法正常降量。為提高再生器的提升系統(tǒng)壓力，逐漸將再生器壓力提高至0．418 MPa，保證再生劑提升系統(tǒng)壓差正常，若持續(xù)降低加工負荷，反應(yīng)系統(tǒng)壓降減小，導(dǎo)致分離料斗壓力降低，再生劑提升系統(tǒng)壓差異常引起聯(lián)鎖，造成催化劑無法循環(huán)。

1．3 再生器停工處理

為確保裝置長周期運行，2022年3月16日至3月25日對再生系統(tǒng)停車進行消缺。3月16日重整裝置將加工負荷降低至正常負荷的60%，20日停運再生單元，25日再生單元開工，催化劑恢復(fù)循環(huán)，啟動催化劑黑燒，逐步提高加工量。

為確保再生單元停運期間催化劑活性受控，提前3天降低裝置加工量，維持催化劑循環(huán)速率為100%，降低催化劑上積炭量，保證再生系統(tǒng)在恢復(fù)循環(huán)后具備改白燒條件。26日啟動黑燒13 h后，從表1催化劑采樣結(jié)果看，第四反應(yīng)器催化劑碳質(zhì)量分數(shù)最高為3．27%，與裝置滿負荷運行期間催化劑積炭基本持平。

表1 催化劑碳含量分析結(jié)果 w，%

1．4 再生器內(nèi)部檢查情況

將再生器中催化劑卸出后，對再生器內(nèi)構(gòu)件進行檢查。發(fā)現(xiàn)再生器約翰遜內(nèi)網(wǎng)堵塞比較嚴重，堵塞面積約占內(nèi)網(wǎng)總面積的40%左右，全部集中于內(nèi)網(wǎng)500 mm以下。

圖4為再生器內(nèi)網(wǎng)從外部觀察到的篩網(wǎng)堵塞情況，堵塞部位占篩網(wǎng)表面的40%以上，堵塞部位基本集中于篩網(wǎng)和沖孔板Ⅱ間隙位置。圖5為再生器內(nèi)網(wǎng)從內(nèi)部觀察到的篩網(wǎng)堵塞情況，堵塞面積由于沖孔板Ⅰ的存在，所以無法判斷，但從沖孔板孔隙中可以分析堵塞也較為嚴重，堵塞位置集中于沖孔板Ⅱ中。圖6為沖孔板Ⅱ與篩網(wǎng)之間的迷你催化劑球。圖7為從外部用鋼刷進行清理催化劑時所帶出的大量燒結(jié)的催化劑，類似物質(zhì)也存在較多。

圖4 再生器內(nèi)網(wǎng)外側(cè)

圖5 再生器內(nèi)網(wǎng)內(nèi)側(cè)（沖孔板Ⅰ）

圖6 沖孔板Ⅱ積累的迷你球

圖7 催化劑所積炭塊

1．5 內(nèi)網(wǎng)堵塞對燒焦區(qū)的影響

連續(xù)重整再生器催化劑自上而下通過由外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)所形成的環(huán)形空間，煙氣自外網(wǎng)徑向通過催化劑床層，燒焦后產(chǎn)物通過內(nèi)網(wǎng)排出循環(huán)（圖8所示）。連續(xù)重整反應(yīng)過程中，催化劑因積炭導(dǎo)致活性降低，需通過燒焦、氧氯化、焙燒和還原等再生過程使催化劑活性恢復(fù)。燒焦過程就是用含氧的惰性氣體將催化劑上沉積的焦炭燃燒去除，同時通過燒焦氣流帶走燃燒釋放的熱量。

圖8 再生器燒焦示意

燒焦區(qū)內(nèi)網(wǎng)堵塞導(dǎo)致再生循環(huán)氣量降低，循環(huán)氣量的降低直接影響再生燒焦能力。再生燒焦能力（以最高允許催化劑循環(huán)速率表示）按下式計算[4]：

式中：CCR為最高允許催化劑循環(huán)速率，kg／h；R為再生循環(huán)氣流量，m3／h；Y為再生循環(huán)氣中氧摩爾分數(shù)；η為氧氣利用率，按65%計算；x為待生催化劑碳質(zhì)量分數(shù)，%；x′為再生催化劑碳質(zhì)量分數(shù)，白燒時最大值不超過0．2%。

在一定工況條件下，再生器燒焦能力隨再生循環(huán)氣流量的降低而減弱[5]。當再生循環(huán)氣流量降至設(shè)計值的85%時，進入氧氯化區(qū)的催化劑碳質(zhì)量分數(shù)將達到0．2%。剩余的焦炭進入高溫高氧的氧氯化區(qū)將發(fā)生劇烈燃燒，可能導(dǎo)致催化劑晶相轉(zhuǎn)變、燒結(jié)，甚至燒壞氧氯化區(qū)內(nèi)構(gòu)件。為了降低催化劑燒焦負荷，只能被迫降低重整反應(yīng)系統(tǒng)苛刻度。

2 原因分析

2．1 約翰遜網(wǎng)原理

再生器內(nèi)網(wǎng)設(shè)計時采用約翰遜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，篩網(wǎng)外側(cè)間隙為（0．635±0．051）mm，篩網(wǎng)內(nèi)側(cè)間隙為2．0 mm。催化劑位于篩網(wǎng)外側(cè)，沿軸向向下流動。當催化劑為正常直徑[（1．65±0．05）mm]時，催化劑正常流動，受篩網(wǎng)約束于內(nèi)外網(wǎng)的環(huán)形區(qū)域中。當催化劑直徑異常（小于0．635 mm）時，催化劑顆粒穿過篩網(wǎng)的V形絲進入煙氣區(qū)域。由于結(jié)構(gòu)原因，球形催化劑理論上不會卡澀于篩網(wǎng)之間，但形狀不規(guī)則的催化劑粉塵（含碎顆粒）存在堵塞約翰遜網(wǎng)的可能。

2．2 再生器中心筒結(jié)構(gòu)

為保證高溫下的運行強度，再生器中心筒由外層篩網(wǎng)、沖孔板Ⅱ、沖孔板Ⅰ組成，其排列組裝尺寸如表2所示。外層篩網(wǎng)與沖孔板Ⅱ之間存在間隙，沖孔板Ⅱ與沖孔板Ⅰ之間緊密貼合。

表2 再生器內(nèi)網(wǎng)排列組裝尺寸

2．3 容易堵塞的3個部位

根據(jù)上述再生循環(huán)氣和催化劑流動工作原理可分析出，堵塞再生器燒焦區(qū)，使其壓降升高的位置主要為以下3處：①燒焦區(qū)外篩網(wǎng)外部；②內(nèi)部篩網(wǎng)間隙；③燒焦區(qū)出口集合管。根據(jù)實際檢查情況，本次堵塞主要集中在內(nèi)部篩網(wǎng)間隙處。

2．4 再生器內(nèi)網(wǎng)堵塞原因分析

根據(jù)拆解情況分析，催化劑迷你球和粉塵進入再生器約翰遜網(wǎng)是造成堵塞的主要原因。結(jié)合生產(chǎn)運行實際情況，產(chǎn)生催化劑迷你球和粉塵的主要原因有以下幾個方面：

（1）再生燒焦區(qū)或氧氯化區(qū)波動導(dǎo)致超溫，造成催化劑載體氧化鋁發(fā)生相變、晶相被破壞甚至產(chǎn)生迷你球。晶相被破壞的催化劑比表面積降低，壓碎強度下降，進而使系統(tǒng)中粉塵量增加而堵塞再生器內(nèi)網(wǎng)。

（2）受再生循環(huán)氣干燥器運行不佳影響，再生系統(tǒng)循環(huán)氣露點長期超標，正常運行要求露點低于－65℃，實際運行在發(fā)生故障前6個月，再生循環(huán)氣露點在－20℃到－40℃之間，遠高于工藝設(shè)計值。循環(huán)氣露點超標，造成再生系統(tǒng)氯腐蝕，腐蝕的鐵銹結(jié)垢使再生器約翰遜網(wǎng)進一步加速堵塞。

（3）堵塞在內(nèi)網(wǎng)上的催化劑顆粒多為半球形或迷你球，如操作溫度高于設(shè)計值時，該縫隙受熱將會變形增大。如縫隙大于設(shè)計值，可能會使整顆粒的催化劑堵塞內(nèi)網(wǎng)，造成內(nèi)網(wǎng)嚴重堵塞。

（4）受淘析氣運行不佳影響，2號重整裝置淘析出來的催化劑粉塵中，半顆粒比例明顯偏高。催化劑分析數(shù)據(jù)顯示，2021年9月催化劑強度在48．4 N／粒，與裝置開工時基本無差異，催化劑本身強度正常，排除了催化劑強度原因。在其他裝置中，催化劑經(jīng)提升至反應(yīng)器頂部后靠自重依次進入4個反應(yīng)器，在第四反應(yīng)器經(jīng)提升器送至分離料斗。而2號重整反應(yīng)器并列設(shè)置，催化劑經(jīng)多次提升、升降溫過程造成相對多的磨損。催化劑分析顯示，2號重整淘析粉塵中半顆粒數(shù)量占比基本不低于10%（其他裝置一般為5%[6-7]），比例明顯增加。這也增加了催化劑經(jīng)淘析后有半顆粒進入再生器的可能性。

3 措施及效果

3．1 提高催化劑提升速率穩(wěn)定性

該裝置催化劑提升速率主要與再生器提升管線壓差關(guān)聯(lián)，但壓差控制受反應(yīng)器自身壓力波動、提升氫氣純度變化等因素影響，具有不穩(wěn)定性。本次的實際提升速率與原標定結(jié)果存在一定差異，提升速率過快，必然導(dǎo)致催化劑破損概率增加。因此，在操作中，保證提升速率、穩(wěn)定操作是減少再生器內(nèi)網(wǎng)堵塞的必要措施。

3．2 增大粉塵淘析量

與普通連續(xù)重整工藝反應(yīng)器重疊布置相比，逆流床連續(xù)重整由于采用反應(yīng)器并列布置，提升過程增加3次。催化劑經(jīng)多次提升、升降溫過程會造成催化劑相對多的磨損，增加了催化劑經(jīng)淘析后有半顆粒進入再生器的可能性。應(yīng)增大淘析氣量，按照粉塵中整顆粒淘析量為50%進行淘析，保證半顆粒得到有效淘析。

3．3 降低再生器操作波動

催化劑在再生區(qū)燒焦不完全時，將會對再生器內(nèi)網(wǎng)本體及催化劑產(chǎn)生極大影響。再生器內(nèi)構(gòu)件承受著較高的溫度，當催化劑再生系統(tǒng)燒焦區(qū)溫度出現(xiàn)較大幅度的波動時，內(nèi)筒與外網(wǎng)熱脹冷縮程度不同。在軸向和環(huán)向溫差應(yīng)力的作用下，更易發(fā)生篩網(wǎng)間隙變大失效[8]。在日常操作中，要合理控制燒焦區(qū)入口氧含量，嚴格限制再生燒焦峰溫。

3．4 定期清理內(nèi)網(wǎng)

由于再生器內(nèi)網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)，使催化劑極易積存在篩網(wǎng)與沖孔板之間，沖孔板上的通氣孔又無法將催化劑有效帶出，長時間不予以清理，內(nèi)網(wǎng)必將堵塞，建議每次檢修都對該內(nèi)網(wǎng)進行徹底清理，確保有效使用。

3．5 效 果

采取以上措施后，再生器一段燒焦區(qū)壓差由140 kPa降低至8 kPa，運行穩(wěn)定。燒焦循環(huán)氣流量由6 000 m3／h上升至10 000 m3／h。催化劑淘析粉塵中半顆粒數(shù)量占比降低至6%。自2022年3月底至今，整體運行穩(wěn)定，消除了再生系統(tǒng)堵塞的隱患。

4 結(jié) 論

（1）再生器內(nèi)網(wǎng)在運行過程中發(fā)生堵塞，是造成燒焦區(qū)壓降升高的直接原因。催化劑粉塵淘析不徹底、再生燒焦波動產(chǎn)生迷你球等是導(dǎo)致內(nèi)網(wǎng)堵塞的根本原因。

（2）應(yīng)通過加強再生循環(huán)氣干燥單元運行監(jiān)控，降低再生系統(tǒng)的腐蝕；通過提高催化劑提升速率穩(wěn)定性、加強粉塵淘析系統(tǒng)運行監(jiān)控，降低催化劑粉塵進入再生器的概率；通過降低再生器操作波動，降低再生器內(nèi)網(wǎng)堵塞的可能性。

（3）采取以上措施后，再生器一段燒焦區(qū)壓差恢復(fù)正常，再生器內(nèi)網(wǎng)堵塞問題得到消除。