重整進料換熱器管程差壓高的原因分析及對策

馮定文

(中國石油化工股份有限公司安慶分公司，安徽 安慶 246000)

某煉廠100萬t·a-1連續重整裝置是該企業含硫原油適應性改造及油品質量升級工程新建的裝置，以常減壓裝置來的直餾石腦油、加氫焦化石腦油和外購石腦油為原料，采用連續重整工藝技術，生產高辛烷值汽油組分、苯、混合二甲苯等主要產品，副產的含氫氣體經VPSA裝置提純后進入新氫管網作為加氫裝置的新氫原料。

重整裝置進料換熱器由鎮海石化建安工程股份有限公司設計制造，為繞管式進料換熱器，允許總差壓70 kPa。不同于常規換熱器橫向安裝的方式，該換熱器采用立式安裝的方法，物料在管束內進行全逆流換熱，冷側液相物流從底部進入，經與殼程物料換熱后從頂部流出，熱側物流從頂部殼程進入換熱器，經與管程物料換熱后從底部流出，如圖1所示。該換熱器具有占地面積小、換熱效率高、壓力降低等優點[1]，但對于連續重整裝置而言，進料換熱器結鹽和結焦都是不可避免的[2]。進料換熱器投入運行近5年時間，管程差壓運行平穩，無明顯上升趨勢。裝置于2022年底停工檢修，2023年1月開工運行，工況穩定后管程差壓維持在30 kPa左右，2月起出現明顯上升至～38 kPa并逐步惡化。

圖1 繞管式進料換熱器流程示意圖Fig.1 Flow diagram of the tubular feed heat exchanger

1 進料換熱器差壓上升過程

重整進料換熱器管程差壓自2022年5月底的約25 kPa開始上漲，2022年11月份開始停工檢修，停工時管程壓差為31 kPa，經換熱器制造方鎮海建安專家評估檢修期間無需對重整進料換熱器進行檢修，2023年1月開工后管程差壓開始緩慢持續上漲。自2023年2月4日起原料分析數據中終餾點溫度由165 ℃提高至了171 ℃，回顧2022年6月管程差壓上升時原料終餾點溫度也有小幅度上升，當終餾點溫度回落后差壓趨于平穩，但并未下降。初步判斷管程差壓升高與原料干點等(如溴指數)變化相關，首先降低原料終餾點溫度，排查原料組成變化。

通過采取控制原料干點、提高重整進料溫度、提高預加氫反應苛刻度等措施后短時遏制了上升趨勢，差壓穩定在50 kPa；2023年6月換熱器管程差壓繼續上升至62 kPa，進料換熱器管程差壓上升情況如圖2所示。若無法抑制進料換熱器管程壓差持續上升，一方面會使循環氫難以進入進料換熱器，導致循環氫壓縮機出口壓力不斷升高，增加壓縮機喘振風險，嚴重時會導致重整停工；另一方面換熱器冷端、熱端溫差均會上升，重整進料加熱爐熱負荷會大幅上升，重整反應產物空冷器冷卻負荷也將大幅上升。

圖2 進料換熱器管程差壓上升趨勢圖Fig.2 Rising trend of differential pressure of inlet heat exchanger tube

2 原因分析

收集相關參數的歷史數據進行分析研究，從機械雜質堵塞、含有烯烴物料在含氧或自由基下聚合、重芳烴高溫縮合、銨鹽結晶等方面進行原因分析。

(1)機械雜質堵塞

重整進料過濾器的濾網為80目，裝置清理進料過濾器未發現明顯機械雜質，如圖3所示。清理前后換熱器管程差壓無明顯變化趨勢。

圖3 重整進料過濾器清理前后對比Fig.3 Comparison of reforming feed filter before and after cleaning

檢查重整產物分離罐底泵入口過濾器的差壓趨勢，運行穩定，入口壓差最大值為7.2 kPa，4月29日對重整產物分離罐底泵入口過濾器進行清理后差壓無明顯變化趨勢。因此，可以基本排除機械雜質堵塞導致進料換熱器差壓上升的可能。

(2)含有烯烴物料在含氧或自由基下聚合

分析重整進料歷史數據，烯烴含量最大值為0.01%，均值為0%；對重整進料溴指數進行分析的結果為65 mgBr/100 g。

裝置將預加氫反應溫度由282.5 ℃上提至284.5 ℃，反應壓力由1.9 MPa提至2.0 MPa，重整進料溴指數由65 mgBr/100 g降至25 mgBr/100 g，但重整進料換熱器管程差壓仍有上漲趨勢。因此，可以基本排除含有烯烴物料在含氧或自由基下聚合導致進料換熱器差壓上升的可能。

(3)重芳烴高溫縮合

分析重整進料歷史數據，2022年6月左右出現過重整進料干點偏高的點，2023年1月后原料干點較上周期也有所上升。重整進料換熱器管程差壓由2022年5月底開始上漲(約25 kPa)，2022年11月份開始停工檢修，停工時管程壓差為31 kPa，變化趨勢如圖4所示(裝置停工檢修期間進料換熱器管程差壓為0)。

圖4 進料換熱器管程差壓歷史變化趨勢圖Fig.4 Historical variation trend of differential pressure of inlet heat exchanger tube

從原料餾程數據上來看，自2022年8月份之后石腦油90%蒸發溫度、終餾點均有所升高；2023年1月以來，原料中C11+長期大于1%，最高時達2.11%。直餾石腦油和二次加工石腦油中均存在一定量的稠環芳烴，且相同干點的二次加工石腦油中重組分含量遠高于直餾石腦油，重組分黏附在器壁，由于此處溫度較高，結焦物不斷發生脫氫反應，導致具有較高碳氫比的稠環芳烴生成聚合。從進料換熱器管程差壓變化趨勢來看，與原料性質變化時間上基本吻合，存在重芳烴高溫縮合導致進料換熱器差壓上升的可能。

(4)銨鹽結晶

重整催化劑自2019年開始服役，目前已運行至第二周期，重整催化劑表面積已由180 m2/g降至目前的152 m2/g，催化劑持氯能力大幅下降。為了保證催化劑的酸性功能正常，催化劑注氯量有所上升，故流失的氯也會上漲，流失的氯主要以氯化氫形式存于系統循環氫內，循環氫中氯含量為2～5 μg/g。

2021年9月拆下循環氫壓縮機入口過濾器后發現濾網結鹽較嚴重，2022年大檢修期間發現增壓機一、二級入口過濾器及分液罐銨鹽較多。重整循環氫壓縮機出口一路去進料換熱器作循環氫，分析運行數據發現重整進料換熱器循環氫入口處壓力升高約20 kPa；另外一路去增壓機一級入口，通過增壓機一級入口壓力和平衡管壓力對比發現增壓機一級入口過濾器差壓偏高，過濾器差壓約50 kPa。在系統氮含量和濃度一定情況下，系統壓力越高越容易結鹽，一旦入口壓力增加到一定值以后，即使氮含量和濃度沒有變化，結鹽速率也可能會成倍增加[3]。

重整裝置預加氫單元汽提塔頂所注緩蝕劑自2022年5月開始試用某公司的RUN-127中和緩蝕劑，該緩蝕劑主要成分咪唑啉，是含氮雜環化合物。對該緩蝕劑進行化驗分析，其氮含量約20 000 μg/g；對重整進料中無機氮進行化驗分析，結果顯示重整進料中不含無機氮。綜合分析判斷重整進料中的有機氮與循環氫中的HCI在重整進料換熱器管程存在結鹽的現象，銨鹽結晶堵塞是造成進料換熱器差壓升高的主要原因。

3 應對措施

(1)加強重整反應進料管控

提高進料溫度，減少重組分、銨鹽在換熱器低溫段中冷凝沉積。隨著溫度提高，銨鹽溶解度逐漸增大，將重整裝置進料溫度升高至110 ℃以上可以有效緩解銨鹽結晶[4]。目前，重整裝置進料溫度約90 ℃，進料溫度偏低，可增加石腦油分餾塔進料/塔低換熱器跨線以提高裝置進料溫度至約115 ℃。

烯烴含量決定催化結焦、自由基結焦和縮合結焦生成的焦炭物數量，重整進料溴指數在100～870 mgBr/100 g，極易生成大量焦炭物，因此應嚴格控制重整進料的烯烴含量(溴指數小于10 mgBr/100 g)，可有效減少重整進料換熱器產生大量焦炭物。

嚴控原料中氮含量，防止銨鹽結晶促進重組分沉積。根據重整進料N含量變化趨勢對預加氫單元進行及時的操作調整，防止因N含量上升導致重整反應系統銨鹽積聚增快。對重整進料中無機氮含量進行檢測，當無機氮含量上升時，及時調整預加氫單元反應系統注水量，避免銨鹽結晶堵塞。同時，根據含硫污水化驗成績，逐漸降低當前預加氫單元水溶性緩蝕劑注入量，同時，將水溶性緩蝕劑更換為油溶性緩蝕劑，進一步降低緩蝕劑注入量。

重整進料油中的氮化物經過重整反應器催化劑床層時，會產生NH4CLl和NH4HS，隨著重整產物進入重整產物分液罐，一部分NH4CLl和NH4HS隨著液態油進入后路流程進行分離；一部分NH4CLl和NH4HS隨著氫氣進入循環氫壓縮機壓縮后進入重整進料換熱器管程，隨著溫度的降低在換熱管內部便會析出生成銨鹽，周而復始使得銨鹽沉積越來越多，致使換熱管流通面積減小。因此應嚴格控制重整進料的氮化物含量，降低循環氫中的NH4CLl和NH4HS含量。

(2)在線清除銨鹽

氯化銨鹽為無色結晶或白色結晶性粉末，利用其易溶于水的特性，可在進料換熱器管程入口進行控制性注水，有助于除去所結鹽類，這也是處理結鹽的最簡單和最有效的方法。

在實際生產過程中，重整進料中水含量控制在約50 μg/g。如在在進料換熱器管程入口注水，重整催化劑將處于“高濕”的環境，在該條件下，要求重整反應溫度≤480 ℃，對催化劑基本沒有損害[5]。

通過分析判斷重整進料換熱器管程有結鹽的現象，利用氯化銨鹽易溶于水的物理特性，在進料換熱器管程進行控制性注水，注水量約為1.2 t/h，折算對重整進料注水量約10 μg/g。2023年6月，對重整進料換熱器管程進行首次控制性注水，進料換熱器管程差壓呈現顯著降低的趨勢，由0.65 MPa降低至0.30 MPa，取得了良好的效果。但維持時間不長又出現管程差壓上升的情況，注水后雖管程差壓雖也有所降低，但效果較首次注水略差，降幅約在0.25 MPa。注水前后進料換熱器管程差壓變化趨勢如圖5所示。繼續注水差壓再無變化，證明了氯化銨鹽結晶、重芳烴縮合結焦堵塞換熱器管程的推斷是正確的。

圖5 注水前后進料換熱器管程差壓變化趨勢Fig.5 Variation trend of differential pressure of inlet heat exchanger tube before and after water injection

4 結 論

(1)經過分析驗證，重整進料換熱器管程差壓升高的原因主要有兩個方面，一是原料在管程結焦，二是存在銨鹽結晶的現象。銨鹽結晶對換熱器差壓升高影響較大，提高重整裝置進料溫度，有利于銨鹽的溶解，緩解換熱器差壓的上升；

(2)直餾石腦油和二次加工石腦油中存在的一定量稠環芳烴，易黏附在溫度較高的換熱器管程管壁，導致具有較高碳氫比的稠環芳烴生成聚合，干點過高會加劇結焦的產生。因此，需加強重整原料質量管控，避免含有較多稠環芳烴的不合格原料進入裝置，影響裝置進料換熱器的正常運行；

(3)通過在線向進料換熱器管程控制性注水，可以有效清除結晶的銨鹽，降低進料換熱器管程差壓。待下一周期停工檢修時對管程進行化學清洗+機械清洗，徹底清除結焦物，確保裝置的長周期平穩運行。