催化重整裝置擴(kuò)能改造思路探討和工程實(shí)踐

袁 春 華

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司（北京），北京 100101）

催化重整裝置擴(kuò)能改造思路探討和工程實(shí)踐

袁 春 華

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司（北京），北京 100101）

從擴(kuò)能改造原因分析、工藝技術(shù)路線選擇、改造原則明確、規(guī)模確定等對(duì)催化重整裝置的擴(kuò)能改造思路進(jìn)行了探討，并結(jié)合一套半再生重整裝置的擴(kuò)能改造實(shí)例對(duì)擴(kuò)大裝置原料來(lái)源、實(shí)施節(jié)能措施等進(jìn)行了論述。有如下結(jié)論：催化重整裝置擴(kuò)能改造時(shí),首先分析裝置擴(kuò)能改造的原因，進(jìn)而根據(jù)原裝置類(lèi)型、產(chǎn)品要求、擴(kuò)能幅度等選擇合適的工藝技術(shù)路線，最后結(jié)合產(chǎn)品要求、原料性質(zhì)和來(lái)源、裝置現(xiàn)有依托等確定合理的改造規(guī)模。在原料不足時(shí)，應(yīng)根據(jù)工廠可利用原料的性質(zhì)和數(shù)量，盡可能擴(kuò)大裝置的原料來(lái)源。在擴(kuò)能改造時(shí)，應(yīng)盡量采用新工藝、高效設(shè)備等以使裝置節(jié)能降耗。

催化重整；擴(kuò)能改造；節(jié)能措施

隨著治理空氣污染PM2.5的呼聲日高，機(jī)動(dòng)車(chē)排放和油品標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)家也對(duì)汽油質(zhì)量升級(jí)做出了明確要求，2014年1月1日起國(guó)內(nèi)流通的汽油全部執(zhí)行國(guó)IV汽油標(biāo)準(zhǔn)，2018年1月1日起全國(guó)車(chē)用汽油都必須達(dá)到國(guó)V標(biāo)準(zhǔn)。

為保證全廠汽油池的平衡同時(shí)也為滿(mǎn)足新建加氫裝置對(duì)氫氣的需求，作為提高汽油產(chǎn)品辛烷值、副產(chǎn)氫氣重要手段之一的重整裝置近幾年迎來(lái)了一個(gè)大的發(fā)展。除新建一批裝置外，對(duì)技術(shù)落后、規(guī)模小、能耗高的重整裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造也成為實(shí)現(xiàn)汽油質(zhì)量升級(jí)的重要手段。

本文從分析改造原因、選擇工藝技術(shù)路線、明確改造原則、確定改造規(guī)模等對(duì)催化重整裝置擴(kuò)能改造項(xiàng)目的改造思路進(jìn)行分析、探討，并結(jié)合近期投產(chǎn)的一套半再生重整裝置的擴(kuò)能改造實(shí)例，對(duì)擴(kuò)大原料來(lái)源、實(shí)施節(jié)能措施等進(jìn)行論述。

1 分析擴(kuò)能改造原因

催化重整裝置擴(kuò)能改造的原因不同，改造的思路也不一樣。一般情況下，改造的原因有以下幾種情況：產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量要求變化、原料來(lái)源和性質(zhì)變化、工廠總體規(guī)劃需要裝置擴(kuò)能、裝置存在瓶頸等。

擬討論的半再生重整裝置建成投產(chǎn)于1997年，采用我國(guó)自主研發(fā)的半再生固定床催化重整工藝技術(shù)，原設(shè)計(jì)規(guī)模11×104t/a。2009年為滿(mǎn)足國(guó)III汽油質(zhì)量升級(jí)需要，裝置擴(kuò)能改造至19×104t/a，改造后，各設(shè)備達(dá)到原設(shè)計(jì)上限。按照國(guó)家2014年1月1日起國(guó)內(nèi)流通的汽油全部執(zhí)行國(guó)IV汽油標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃，此半再生重整裝置無(wú)法滿(mǎn)足全廠汽油池對(duì)高辛烷值汽油組分?jǐn)?shù)量的要求，工廠需對(duì)此半再生重整裝置擴(kuò)能改造。

2 選擇工藝技術(shù)路線

催化重整裝置的擴(kuò)能改造方案通常與原裝置類(lèi)型、產(chǎn)品質(zhì)量要求及處理量的提高幅度有較大關(guān)系。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量要求和處理量提升幅度的大小，半再生重整可以改造為半再生重整、循環(huán)再生重整或連續(xù)重整[1-3]。通常，半再生重整裝置的汽油組分辛烷值（RON）不超過(guò)97，連續(xù)重整裝置的汽油組分辛烷值（RON）在100以上。

根據(jù)工廠總流程的規(guī)劃，此半再生重整裝置擴(kuò)能改造的主要原因是高辛烷值汽油組分?jǐn)?shù)量不足。工廠對(duì)改造后汽油組分辛烷值（RON）的要求沒(méi)有太大要求，可以繼續(xù)維持原來(lái)的96，對(duì)重整產(chǎn)氫氣的純度要求也不高。

對(duì)擴(kuò)能改造項(xiàng)目，若改造前后產(chǎn)品質(zhì)量要求變化不大，通常，應(yīng)盡量沿用原有的工藝技術(shù)路線，以減少項(xiàng)目投資、縮短施工工期。

此半再生重整裝置改造前后的產(chǎn)品質(zhì)量要求未變，且工廠總流程初步規(guī)劃的改造后規(guī)模低于40× 104t/a，因此，改造時(shí)該裝置宜保持了原有的工藝技術(shù)路線[4]。

3 明確擴(kuò)能改造原則

設(shè)備和設(shè)施的利用及改造方案通常取決于裝置處理量提高的幅度，且不同類(lèi)別設(shè)備的造價(jià)差別很大，所以處理量提高的幅度要以少更換或少改動(dòng)投資高的設(shè)備為原則[1]。在重整裝置中，投資較高的是加熱爐和壓縮機(jī)以及進(jìn)料換熱器，因此改造的重點(diǎn)和難點(diǎn)應(yīng)該放在加熱爐和壓縮機(jī)等方面，由于反應(yīng)器所占比例不高，改造時(shí)可將并列式重整反應(yīng)器調(diào)劑使用[5]。同時(shí)，還應(yīng)盡量節(jié)能設(shè)計(jì)，盡量減少對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)和工藝流程的大動(dòng)改。

4 確定擴(kuò)能改造規(guī)模

合理的改造規(guī)模，應(yīng)結(jié)合原料性質(zhì)和來(lái)源及原加熱爐和壓縮機(jī)等的利用和改造程度等綜合考慮。

此半再生重整裝置規(guī)模由原11×104t/a擴(kuò)能為19×104t/a后，各設(shè)備已達(dá)到原設(shè)計(jì)上限。若再次進(jìn)行裝置擴(kuò)能，原裝置幾乎無(wú)設(shè)施可利舊，只能考慮新建或利舊它廠閑置的重整設(shè)施。后了解到某石化公司有一套2003年建成的30×104t/a半再生重整裝置閑置，加熱爐、壓縮機(jī)、進(jìn)料換熱器、反應(yīng)器等關(guān)鍵設(shè)備保存完好。

經(jīng)方案論證和設(shè)備檢測(cè)，確定該30×104t/a半再生重整裝置可以利舊。考慮工廠總流程的規(guī)劃，此半再生重整裝置的擴(kuò)能改造規(guī)模最終確定為30 ×104t/a。由于擬利舊裝置預(yù)處理部分和公用工程部分已為其它裝置利用，所以工廠只是異地搬遷改造擬利舊裝置的重整反應(yīng)和穩(wěn)定部分，配套新建預(yù)處理和公用工程部分。

5 擴(kuò)大裝置原料來(lái)源

在重整裝置擴(kuò)能改造時(shí)，常存在裝置原料不足的情況，為擴(kuò)大重整裝置的原料來(lái)源，常常在設(shè)計(jì)時(shí)考慮摻煉催化裂化（FCC）汽油，基于對(duì)FCC汽油的性質(zhì)分析，擴(kuò)能改造時(shí)需對(duì)預(yù)處理部分進(jìn)料的工藝流程進(jìn)行特殊考慮。

本次擴(kuò)能改造時(shí)，除直餾石腦油外，預(yù)處理部分還摻煉了部分FCC汽油，結(jié)合FCC汽油的特點(diǎn)，要保證裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行、生產(chǎn)滿(mǎn)足重整進(jìn)料要求的精制油，直餾石腦油和FCC汽油宜單獨(dú)進(jìn)料。因此在預(yù)處理部分的流程設(shè)置上，用比例控制器控制了FCC汽油的流量，在裝置內(nèi)按照預(yù)定的比例進(jìn)行在線混合，達(dá)到對(duì)FCC汽油與直餾石腦油混合比例的精確控制，減少因FCC汽油比例控制不好引起的反應(yīng)器床層溫度波動(dòng)而影響硫、氮等雜質(zhì)脫除效果的因素，保證裝置平穩(wěn)操作。同時(shí)，控制FCC汽油的進(jìn)料量不超過(guò)20%，以降低預(yù)加氫反應(yīng)器的溫升、避免設(shè)置注冷氫等復(fù)雜設(shè)施，降低裝置投資。

6 實(shí)施節(jié)能措施

隨著工藝技術(shù)、催化劑技術(shù)、設(shè)備制造水平等的發(fā)展進(jìn)步，與目前新建半再生重整相比，擬利舊半再生裝置的設(shè)計(jì)能耗較高，因此在擴(kuò)能改造時(shí)通過(guò)采用新工藝、高效設(shè)備等措施對(duì)裝置進(jìn)行了最大限度地節(jié)能降耗。

6.1 采用新工藝

擴(kuò)能改造設(shè)計(jì)時(shí)，重整部分采用了較成熟、先進(jìn)的兩種催化劑兩段裝填及兩段混氫的固定床重整工藝技術(shù)[3]。催化劑分段裝填技術(shù)通過(guò)前部反應(yīng)器裝填抗沖擊、抗干擾性能好的低鉑錸比PRT-C催化劑，后部反應(yīng)器裝填穩(wěn)定性好、抗積碳能力強(qiáng)的高鉑錸比PRT-D催化劑，發(fā)揮了不同催化劑各自的特點(diǎn)，發(fā)揮了催化劑的整體反應(yīng)性能，提高了重整處理能力。分段混氫技術(shù)則優(yōu)化了裝置操作條件并降低了系統(tǒng)壓力降。

配套新建的預(yù)加氫催化劑采用了標(biāo)準(zhǔn)催化劑公司的DN-3531催化劑及圓形、大環(huán)形和環(huán)形等4種不同形式的保護(hù)劑，級(jí)配裝填，有效防止了預(yù)加氫反應(yīng)器床層壓力降快速上升及裝置操作中的預(yù)加氫反應(yīng)器催化劑床層頂部積垢物的“撇頭”。

6.2 采用高效節(jié)能設(shè)備

6.2.1 采用新型冷換設(shè)備

為降低裝置能耗，擴(kuò)能改造時(shí)，對(duì)重整二段混氫進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器利舊改造、更換兩種方案進(jìn)行了技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析，其方案對(duì)比詳見(jiàn)表1。

表1 重整二段混氫進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器兩種設(shè)計(jì)方案對(duì)比Table 1 Comparison of two design schemes for combined exchanger

從上表可以看出，更換二段混氫進(jìn)料/產(chǎn)物雖然投資較高，但可在1 a內(nèi)收回投資。考慮到原列管式換熱器殼體將在3 a后到達(dá)使用壽命、且本次更換管束的費(fèi)用也不低，因此，擴(kuò)能改造時(shí)采用了更換重整二段混氫進(jìn)料/產(chǎn)物換熱器的方案。

6.2.2 加熱爐

催化重整裝置的主要能耗是裝置的燃料消耗，如何降低燃料消耗、提高加熱爐的熱利用率是降低重整裝置能耗的關(guān)鍵。

擴(kuò)能改造后在重整反應(yīng)加熱爐頂設(shè)計(jì)了一套蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以回收余熱，產(chǎn)生3.5 MPa（g）蒸汽，加熱爐熱效率達(dá)到91.40%以上。同時(shí)，圓筒爐采用對(duì)流-輻射型圓筒爐共用聯(lián)合煙道，煙氣余熱用于預(yù)熱空氣，預(yù)熱后的空氣作為這些加熱爐的燃燒空氣，使加熱爐的熱效率達(dá)到92%。

另外，結(jié)合設(shè)備實(shí)際使用情況，利舊了四合一爐輻射段盤(pán)管及配件，采用了新型高效節(jié)能火嘴和底燒自然通風(fēng)式的氣體燃燒器。

6.2.3 其他設(shè)備

通過(guò)用流程模擬軟件Aspen對(duì)流程優(yōu)化，確定了脫戊烷塔塔體不做改動(dòng)，更換高效率塔盤(pán)的方案。使用高效率塔盤(pán)后，提高了塔的分離效率，降低了回流比，減少了塔底加熱爐熱負(fù)荷，達(dá)到了節(jié)能的目的。

由于煉廠地處高原，通過(guò)核算，改造時(shí)將利舊泵的電機(jī)全部更換為高效、節(jié)能電機(jī)，以進(jìn)一步對(duì)裝置節(jié)能降耗。

7 改造效果分析

此半再生重整裝置搬遷改造了某石化公司的重整反應(yīng)部分，重整部分充分利舊了原有設(shè)備。其中，新增設(shè)備2臺(tái)，更新設(shè)備16臺(tái)，利舊設(shè)備24臺(tái)，利舊改造設(shè)備12臺(tái)，設(shè)備總利舊率為66.66%。

改造后，此半再生重整裝置能耗對(duì)重整進(jìn)料能耗為3 185.28 MJ/t，即76.08 kg標(biāo)油/t重整進(jìn)料，與國(guó)內(nèi)、外同類(lèi)裝置比較，其能耗處于較先進(jìn)水平。

8 結(jié) 論

（1）催化重整裝置擴(kuò)能改造時(shí)，可按以下思路進(jìn)行：首先分析裝置擴(kuò)能改造的原因，進(jìn)而根據(jù)原裝置類(lèi)型、產(chǎn)品要求、擴(kuò)能幅度等選擇合適的工藝技術(shù)路線，最后結(jié)合產(chǎn)品要求、原料性質(zhì)和來(lái)源、裝置現(xiàn)有依托等確定合理的改造規(guī)模。

（2）在裝置原料不足時(shí)，應(yīng)根據(jù)工廠可利用原料的性質(zhì)和數(shù)量，盡可能擴(kuò)大裝置的原料來(lái)源。

（3）在裝置擴(kuò)能改造時(shí)，應(yīng)盡量采用新工藝、高效設(shè)備等以降低裝置能耗。

［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）：6.

［2］ 任建生．連續(xù)重整經(jīng)濟(jì)規(guī)模探討[J]. 煉油設(shè)計(jì)，1999，29(3)：40．

［3］ 徐承恩．催化重整工藝與工程[M]. 北京: 中國(guó)石化出版社, 2006.

［4］ 冀琳．連續(xù)重整與半再生重整選擇之探討[J]. 石油煉制與化工，1997，28(9)：35．

［5］ 袁忠勛．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）：8.

Discussion and Engineering Practice of Capacity Expansion Revamp of Catalytic Reforming Unit

YUAN Chun-hua
（CPECC East-China Design Branch (Beijing), Beijing 100101, China）

Capacity expansion revamp ideas of catalytic reforming unit were discussed from the aspects of expansion revamp reason analysis, technology selection, principle clarification and scale confirmation. Taking capacity expansion revamp of one half-regeneration reforming unit as the example, feedstock source expansion and energy-saving measures were expounded. Capacity expansion revamp idea of catalytic reforming unit are as follows: first, expansion revamp reasons need be analyzed, then suitable expansion revamp technology should be chosen according to the unit’s original type, product requirements, range of capacity expansion revamp, finally the reasonable scale can be determined combining with the product requirements, feedstock properties and source, existing devices and so on. When the catalytic reforming unit is insufficient in feedstock, we should expand the feedstock source according to refinery’s raw materials which can be utilized as far as possible. In the design of capacity expansion revamp project, new technology and high-efficient equipment and so on should be used to save energy.

Catalytic reforming unit; Expansion revamp; Energy-saving measures

TE 624

A

： 1671-0460（2015）01-0069-03

2014-08-11

袁春華（1983-），女，山東鄆城人，工程師，碩士學(xué)位，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）化學(xué)工藝專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事催化重整及芳烴裝置的工藝設(shè)計(jì)工作。E-mail：bj-yuanchunhua@cnpccei.cn。