柴油加氫改航煤加氫反應(yīng)器的改造要點分析

王俊杰，丁建亞，談東輝，嚴(yán) 炳，孫競男

(鎮(zhèn)海石化工程股份有限公司，浙江 寧波 315000)

中國石化東部某煉廠通過結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來常減壓裝置常一線航煤將達(dá)到218萬t/a，而現(xiàn)有的兩套航煤加氫裝置(原料處理量分別為70萬t/a和100萬t/a)原料處理能力僅有170萬t/a，存在一定的缺口；另外，按照柴油產(chǎn)品質(zhì)量升級規(guī)劃，該廠一套200萬t/a柴油加氫精制裝置因反應(yīng)壓力等級低等原因閑置。

通過對現(xiàn)有200萬t/a柴油加氫精制裝置反應(yīng)系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)等進(jìn)行改造，將加工能力由200萬t/a柴油加氫精制裝置轉(zhuǎn)變?yōu)?30萬t/a航煤液相加氫裝置，該裝置以常一線直餾煤油為原料，采用新型液相加氫工藝，經(jīng)過催化加氫反應(yīng)進(jìn)行脫硫、脫氮、烯烴飽和及部分芳烴飽和生產(chǎn)航空煤油，精制煤油滿足3號噴氣燃料技術(shù)要求[1]。

1 反應(yīng)器改造概況

加氫反應(yīng)器是該裝置的核心設(shè)備，已經(jīng)運(yùn)行了十多年，反應(yīng)器現(xiàn)在的安全狀況需要全面評估。該裝置采用熱壁加氫反應(yīng)器，內(nèi)設(shè)兩個催化劑床層。原有加氫反應(yīng)器規(guī)格見表1，改造后反應(yīng)器主要操作條件見表2。

表1 反應(yīng)器規(guī)格

表2 改造后反應(yīng)器主要操作條件

通過對反應(yīng)器前后工況進(jìn)行對比，并對反應(yīng)器材料、實際壁厚和質(zhì)量安全狀況進(jìn)行檢驗、檢測，在滿足原設(shè)計文件的規(guī)定并對改造風(fēng)險進(jìn)行評估后，確定對加氫精制反應(yīng)器殼體利舊，改造為液相加氫反應(yīng)器。

由于原反應(yīng)器主體材質(zhì)1-1/4Cr-1/2Mo+堆焊TP309L+TP347，在本體上施焊需整體熱處理，且在原設(shè)備上開口存在開裂風(fēng)險，同時后續(xù)還要進(jìn)行無損檢測及水壓試驗。而本次改造又是利用大修期間完成，工期緊，從風(fēng)險識別、簡化工序及縮短工期考慮，本次改造不涉及反應(yīng)器本體，不允許在本體上施焊或引弧。設(shè)備改造內(nèi)容如下：①加氫精制反應(yīng)器原頂層熱電偶管口內(nèi)部部分割除并增焊排氣管，外部增設(shè)法蘭鍛件并加裝液位計，改造后的熱電偶管口用途改為排放氣口；②原反應(yīng)器內(nèi)件積垢籃割除。具體改造示意見圖2[3]。

圖1 反應(yīng)器改造示意注：管口改造成內(nèi)外套管，外管為反應(yīng)器套管液位計液相引出口；內(nèi)管為套管液位計氣相引出口，同時是反應(yīng)器頂氣相排放抽出口。

催化劑廠家建議，從裝置上周期運(yùn)行情況看，原料油中有焦化柴油，由于焦化柴油中硅含量較高，為保證下一周期催化劑性能，建議對上床層催化劑進(jìn)行撇頭處理，剩余催化劑再生后繼續(xù)使用，不足部分由FHUDS-8催化劑補(bǔ)充，并更換保護(hù)劑，同時取消積垢籃筐。催化劑裝填方案及理化性質(zhì)見表3和表4。

表3 反應(yīng)器催化劑裝填數(shù)據(jù)(以氧化態(tài)計算)

表4 保護(hù)劑和催化劑理化性質(zhì)

2 反應(yīng)系統(tǒng)流程描述

裝置改造后，自裝置外來的常一線煤油經(jīng)原料油過濾器、原料油脫水器除去原料中大于25μm的顆粒并脫水后，進(jìn)入原料油緩沖罐，經(jīng)加氫原料泵升壓后與裝置外來的一部分化肥氫混合，進(jìn)入精制航煤/原料油換熱器與精制航煤換熱，再進(jìn)入反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器與反應(yīng)流出物換熱后，經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱至反應(yīng)溫度后，與另外一部分化肥氫混合，混合后的物流經(jīng)混合溶解器使氫氣完全溶解在油中，之后進(jìn)入液相加氫精制反應(yīng)器進(jìn)行脫硫、脫硫醇、脫酸等反應(yīng)。反應(yīng)器頂部設(shè)置液位及壓力控制，以保證加氫反應(yīng)始終處于純液相的空間，并維持反應(yīng)壓力的穩(wěn)定[2]。

自加氫精制反應(yīng)器頂部來的排放氣經(jīng)空冷器冷卻至50℃后，進(jìn)入冷高壓分離器進(jìn)行氣液分離。頂部氣體送至火炬，底部凝液送至原料油緩沖罐。

自反應(yīng)器出來的反應(yīng)流出物與混合進(jìn)料換熱后進(jìn)入熱高壓分離器。熱高分油在熱高壓分離器液位調(diào)節(jié)控制下，降壓后送至分餾部分的航煤汽提塔。上述流程描述見圖2。

圖2 反應(yīng)系統(tǒng)流程示意注：1—原料油過濾器； 2—原料油脫水器；3—原料油緩沖罐；4—加氫原料泵；5—注氫混合器；6—精制航煤/原料油換熱器；7—反應(yīng)流出物/混合進(jìn)料換熱器；8—反應(yīng)進(jìn)料加熱爐；9—注氫混合器；10—加氫精制反應(yīng)器；11—熱高壓分離器；12—熱高分氣空冷器；13—冷高壓分離器；

3 主要控制方案

裝置改造采用新型液相加氫工藝，反應(yīng)器部分的控制方案與改造前有較大變化，其他部分控制方案基本相同。

3.1 反應(yīng)器液位控制方案

通過將反應(yīng)器頂部第一根熱偶改造為反應(yīng)器液位測量的氣端引線及排放氣引出口，將反應(yīng)器中段高壓氮氣吹掃線(僅停工時用)作為反應(yīng)器液位測量的液端，建立液位測量及液位控制系統(tǒng)。

液相加氫反應(yīng)器入口管線設(shè)置注氫混合器用于補(bǔ)充新氫，進(jìn)而保證加氫反應(yīng)的需要，床層頂部保持一定的氣相空間(即控制上部分床層的液位)，以保證加氫反應(yīng)的順利進(jìn)行和反應(yīng)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定[2]。床層液位設(shè)置為選擇控制，可以根據(jù)實際操作情況選擇床層液位與排放氣壓力串級控制或床層液位與反應(yīng)器流出物流量串級控制。

反應(yīng)器液位計設(shè)計測量范圍為1 400mm，現(xiàn)場實際按運(yùn)行液位控制在30%～40%之間。開工初期，為使催化劑能夠與液相充分接觸液位可能達(dá)到70%，高液位或工況波動時液體有可能竄至氣相引出管，導(dǎo)致出現(xiàn)液位計差壓不準(zhǔn)、指示突然回零風(fēng)險。現(xiàn)有反應(yīng)器液位計是利用反應(yīng)器內(nèi)氣液相密度差來測量液位，為防止液位指示突然回零，可采取下列措施：①在反應(yīng)器排氣調(diào)節(jié)閥前增加吹掃氫，防止液體竄至氣相引出管(主要用于開工時)；②開工初期適當(dāng)控制反應(yīng)器頂部壓控閥閥門開度，增加一定排氣量保證竄進(jìn)氣相管線的液體及時排除；③施工條件允許時，改進(jìn)內(nèi)部氣相引出管結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部氣相管適當(dāng)抬高，并增加“擋雨帽”防止液體帶入氣相管。

3.2 反應(yīng)器壓力控制

反應(yīng)器壓力高時，液位低；壓力低時，液位高。在正常生產(chǎn)中，當(dāng)反應(yīng)器壓力升高并超過壓力設(shè)定值時，會打開排放氣調(diào)節(jié)閥開度，使氣相空間壓力降低，反應(yīng)器液位隨之上升，反之亦然[2]。但當(dāng)反應(yīng)器液位3取2異常升高并超過液位高限(≥90%)時，排放氣調(diào)節(jié)閥會全關(guān)，此時如果反應(yīng)器壓力繼續(xù)升高，則會引起反應(yīng)器安全閥起跳，反應(yīng)器泄壓的同時裝置停車。

4 結(jié)語

將柴油加氫裝置改為航煤加氫裝置，反應(yīng)器是其改造部分核心設(shè)備，從減少投資及縮短工期角度考慮，可以選擇對反應(yīng)器進(jìn)行利舊改造。但需對反應(yīng)器工況變化、本體結(jié)構(gòu)、內(nèi)件、催化劑、控制方案、相關(guān)配管等進(jìn)行重新評估，只有抓住反應(yīng)器改造各要點，全方位考慮才能確保反應(yīng)器利舊改造的可行性及可靠性。