制氫裝置轉(zhuǎn)化催化劑舊劑回用實(shí)例

劉固基(中海油惠州煉化分公司，廣東 惠州 516082)

制氫裝置轉(zhuǎn)化催化劑舊劑回用實(shí)例

劉固基(中海油惠州煉化分公司，廣東 惠州 516082)

本文記錄了惠州煉油制氫裝置轉(zhuǎn)化爐催化劑因差壓大導(dǎo)致制氫無(wú)法滿足正常負(fù)荷生產(chǎn)要求，而對(duì)轉(zhuǎn)化催化劑進(jìn)行了卸劑、過(guò)篩、混合新劑回裝，并取得換劑圓滿完成的整個(gè)過(guò)程。

氫氣;制氫;轉(zhuǎn)化催化劑;舊劑利用;更換

2011年10月中海油惠州煉油制氫裝置進(jìn)行了裝置檢修，對(duì)已運(yùn)行兩年多的制氫轉(zhuǎn)化爐催化劑進(jìn)行了部分更換，最終以32%的換劑量成功實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化催化劑各方面性能的恢復(fù)，獲得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 裝置情況介紹及換劑方案的制訂

1.1 裝置情況

惠州煉油制氫裝置氫氣產(chǎn)能為2*100000Nm3/h，采用Unde進(jìn)口工藝包，由SEI進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。裝置于2009年4月投產(chǎn)，投產(chǎn)后因設(shè)備問(wèn)題及施工質(zhì)量等多方面問(wèn)題，裝置運(yùn)行不平穩(wěn)，自09年4月投產(chǎn)至11年10月裝置進(jìn)行大檢修期間，兩套制氫裝置累計(jì)停車多達(dá)30次。多次的開(kāi)停車，甚至有部分為緊急停車，轉(zhuǎn)化爐催化劑受到一定損壞。具體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)化爐爐管進(jìn)出口壓差逐步增大至設(shè)計(jì)值320KPa，裝置負(fù)荷受限在85%左右。

1.2 催化劑裝填及運(yùn)行情況

裝置轉(zhuǎn)化爐為頂燒爐設(shè)計(jì)，以制氫PSA尾氣為主要燃料，補(bǔ)充部分燃料氣，單列轉(zhuǎn)化爐有爐管215根，108個(gè)火嘴，轉(zhuǎn)化爐下集合管為冷壁式，爐管與下集合管焊接在一起，裝卸劑只能從頂部進(jìn)行。

制氫轉(zhuǎn)化爐催化劑采用JMC進(jìn)口催化劑，型號(hào)有兩種，上部裝25-4Q，下部57-4GQ，裝填比例為4∶6。爐管尺寸（外徑*壁厚*長(zhǎng)度mm）為155.6*13.5*13800（有效長(zhǎng)）。設(shè)計(jì)裝劑總量為43.2 m3，實(shí)際裝填39.0 m3。

換劑檢修前比較典型的運(yùn)行數(shù)據(jù)為：入口原料天然氣量30500Nm3/h，水碳比2.8，壓差320KPa，轉(zhuǎn)化爐出口溫度820℃，轉(zhuǎn)化爐出口CH45%～6.0%，負(fù)荷在85%左右。

1.3 換劑方案的制訂

根據(jù)轉(zhuǎn)化催化劑運(yùn)行數(shù)據(jù)，我們判斷催化劑性能未受到明顯損傷，爐管壓差大的原因是裝置多次開(kāi)停車，爐管溫度的多次劇烈變化，導(dǎo)致催化劑部分破碎。為降低差壓，恢復(fù)裝置產(chǎn)能，我們制訂了將催化劑全部卸出過(guò)篩，清除破損劑后再與約20%新劑混合裝填回轉(zhuǎn)化爐的部分換劑方案。

2 換劑經(jīng)過(guò)

2.1 卸劑經(jīng)過(guò)

2.1.1 卸劑方案

本次裝卸劑，由專門的催化劑裝卸公司進(jìn)行，卸劑是采用真空泵將催化劑從爐管內(nèi)抽吸出來(lái)的方法。該公司，沒(méi)有過(guò)轉(zhuǎn)化催化劑舊劑卸出再重裝的經(jīng)驗(yàn)，卸劑工作較為被動(dòng)。卸劑步驟：①抽出上半部25-4Q催化劑；②抽出0.5m 25-4Q和57-4GQ混合劑；③抽出下部57-4GQ催化劑；④抽出的催化劑用大小不同的鐵絲網(wǎng)篩過(guò)篩，分出較完整的顆粒裝桶備用。

2.1.2 卸劑準(zhǔn)備

為取得爐管催化劑實(shí)際破碎情況等數(shù)據(jù)，同時(shí)也為熟悉卸劑流程，我們需要試卸數(shù)根，標(biāo)定兩種催化劑的實(shí)際高度位置（空高），總重量，破碎的量，計(jì)算出破損率。

試卸兩根的數(shù)據(jù)：卸前壓降66KPa（停車狀態(tài)），卸后空管壓降8KPa。全管高度（爐管底部至爐管上部法蘭口）14.87m，空管高度（上法蘭口至催化劑界面）0.8m；空管高度25-4Q 6.5m；25-4Q+57-4GQ混裝0.5m；57-4GQ 7.87m。破損率25-4Q 20.8%/ 21%，57-4GQ破損率37%/40%。試抽的兩根，下部57-4GQ催化劑破損率大大超出預(yù)計(jì)值。

2.1.3 整改

分析破損率高的原因主要是卸劑過(guò)程二次破損嚴(yán)重。表現(xiàn)在：①卸劑落差大，從爐頂至地面卸劑罐落差16～18m；②催化劑卸至料罐時(shí)，直接撞擊金屬罐壁，催化劑撞碎；③卸劑冗余管線過(guò)長(zhǎng)，增大了磨損；④真空泵抽力過(guò)大，流通速度過(guò)快。

整改：①降低卸劑高度，將卸料罐放置至汽包平臺(tái)，將卸劑落差減少至6m～8m。原計(jì)劃是搭設(shè)腳手架，將卸料口與爐頂齊平，落差控制在2～3m，因擔(dān)心腳手架安全性，被迫改變。（附圖2）②卸料罐罐壁鋪一層橡膠皮，起緩沖作用。③將卸劑管線盡量縮短。④真空泵真空度調(diào)節(jié)至適當(dāng)值。

整改工作持續(xù)進(jìn)行了一個(gè)多星期，由于相關(guān)單位的配合問(wèn)題，各項(xiàng)整改措施仍未完全達(dá)到理想要求。整改后的效果：再次試抽，25-4Q劑，破損率降至15%左右，57-4GQ降至27%左右。均有明顯改善，破損率降至容忍范圍內(nèi)。

插曲：因裝劑公司懷疑催化劑原始破損率本身已經(jīng)很高，為此對(duì)下部催化劑我們做了一個(gè)試抽試驗(yàn)。在爐頂，出爐管位置的抽管上裝透氣漏網(wǎng)（這里使用的是女士長(zhǎng)筒絲襪），后面再用抽管密閉連接起來(lái)，用真空泵抽取一定的劑，得出原始破損率。結(jié)果：總劑量約600g，完整的顆粒重量479g，破損121g，其中半顆粒約60g。在下部57-4GQ催化劑原始破損情況為：原始破損20%，碎的較厲害的占10%，碎成半顆的占10%，符合我們的預(yù)期值。(見(jiàn)圖附1、附2)

附圖1 破碎的催化劑

附圖2 轉(zhuǎn)化爐卸劑圖

表1 新舊劑對(duì)比

表2 轉(zhuǎn)化催化劑裝填數(shù)據(jù)

2.2 裝填方案的確定

2.2.1 確定新舊劑的對(duì)應(yīng)關(guān)系

首先對(duì)新舊劑的外觀進(jìn)行了比對(duì)，確認(rèn)催化劑單顆體積未發(fā)生變化，第二步是對(duì)新舊劑的密度進(jìn)行比對(duì)。因新劑未還原，舊劑因使用已經(jīng)還原，同時(shí)催化劑制造工藝可能有改變，所以新舊催化劑密度肯定發(fā)生了變化。我們采取的方法是25-4Q和57-4GQ分別選取新舊劑各100顆，稱重，分析密度變化情況。(見(jiàn)表1)

2.2.2 裝填高度

有效長(zhǎng)度13.8m，總空高14.87m，其中1.07m為爐管伸出爐膛外部的高度及爐墻保溫厚度。裝填57-4GQ劑13.8*60%= 8.28m，剩余空高6.59m。裝填25-4Q劑13.8*40%=5.52m，因爐管總空高14.87m，補(bǔ)充該劑至爐管頂部空高0.5m位置，裝填此劑總高度6.09m。

表3 裝劑前后空負(fù)荷下的壓差堆比

表4 各負(fù)荷下的差壓對(duì)比

表5 轉(zhuǎn)化爐出口化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)

2.2.3 單根爐管催化劑裝填量的確定

原始裝填量：25-4Q 63.5kg/根爐管；57-4GQ 89.2kg/根爐管，裝填量保持同原始裝填一致，即新劑和舊劑按重量比折算后的重量之和同原始裝填。

用計(jì)算出的裝填量試裝2根，將裝填量最終確定57-4GQ新劑26.67kg，57-4GQ舊劑53.34kg；25-4Q新劑17kg（全部裝完后，空高0.5m仍顯偏大，又補(bǔ)充新劑約1kg，此1kg不測(cè)壓降，不參與計(jì)算），25-4Q48.8kg；

2.3 裝劑

2.3.1 裝填方式

經(jīng)與催化劑廠商技術(shù)溝通協(xié)商，下部催化劑承受的強(qiáng)度最大，底部催化劑轉(zhuǎn)化反應(yīng)量小，決定57-4GQ新劑全部裝填在最底部。

上部25-4GQ催化劑，因新舊劑活性可能存在差異，需要盡量混合均勻，不宜分層裝填。混合方式為：分別稱取17kg新劑和48.88kg舊劑，攪拌混合均勻，裝7布袋捆扎，每捆裝1根爐管。

2.3.2 裝填數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）

2.3.3 裝填前后的壓差（見(jiàn)表3）

3 開(kāi)車后的狀態(tài)

3.1 各負(fù)荷下的差壓對(duì)比（見(jiàn)表4）

3.2 換劑前后催化劑性能對(duì)比（見(jiàn)表5）

4 結(jié)語(yǔ)

(1)裝劑前后性能繼續(xù)保持，在90%負(fù)荷下差壓降低90KPa，轉(zhuǎn)化爐負(fù)荷可以運(yùn)行至100%、110%，完全達(dá)到我們預(yù)期的換劑效果。

(2)經(jīng)濟(jì)效益明顯，如果換兩整爐催化劑，費(fèi)用在1500萬(wàn)左右（設(shè)計(jì)使用4年），本次發(fā)生費(fèi)用僅約450萬(wàn)，無(wú)故障使用至2014年10月大修，使用3年，節(jié)省費(fèi)用675萬(wàn)。

(3)需要改進(jìn)的地方是，本次卸劑未充分考慮卸劑帶來(lái)的2次破損，對(duì)于卸劑過(guò)程降低破損率的措施仍有優(yōu)化和改進(jìn)空間，即可以進(jìn)一步降低新劑的使用數(shù)量。

（4）本次部分換劑圓滿成功，有以下因素：原催化劑性能未明顯受損；原催化劑強(qiáng)度較高，二次卸裝劑破損可以控制；卸劑和裝劑過(guò)程指揮得當(dāng)。