連續重整裝置催化劑再生系統運行問題分析及對策

任研研，郭建波，湯 帥

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連續重整裝置催化劑再生系統運行問題分析及對策

任研研，郭建波，湯 帥

（中國石油化工股份有限公司 洛陽分公司， 河南 洛陽 471000）

催化劑再生系統是連續重整裝置的重要組成部分。針對中石化洛陽分公司70萬t/a連續重整裝置在運行中存在低溫部位氯腐蝕、再生器和反應器中心筒跑劑問題、反應器下部料腿堵塞和空料腿現象、重整反應器上部料斗提升氫后路約翰遜網堵塞問題和再生頻繁熱停問題，分析了這些問題產生的原因并提出具體應對措施。

連續重整；催化劑；再生

連續重整裝置是以精制石腦油為原料，在催化劑作用下，生產高辛烷值汽油組分或高芳含的芳烴原料，同時還副產大量廉價氫氣，是鏈接煉油和化纖系統的關鍵裝置[l-3]。中國石油化工股份有限公司洛陽分公司連續重整裝置設計采用法國IFP第一代批量再生技術，年設計加工能力70萬t，2005 年采用中石化洛陽石油化工工程公司技術進行了國產化技術改造，催化劑再生能力由200 kg/h提高至500 kg/h[4]。本文針對該裝置催化劑再生系統運行中存在的問題進行分析并提出具體應對措施。

1 問題分析及對策

2013年6月，洛陽連續重整裝置預處理部分經實現常壓直供和增加石腦油進料換熱器，重整反應處理量由93 t/h提高到了100 t/h，實現了重整裝置大處理量運行。但隨著重整反應苛刻度的增加，對與之配套的催化劑再生裝置的穩定運行要求更高。再生裝置運行過程中，出現了一系列問題，就遇到的問題進行分析并提出相應對策，為再生部分穩定運行提供參考。

1.1 低溫部位氯腐蝕

再生系統在使用過程中多次出現腐蝕低溫部位水冷器導致再生系統頻繁停工檢修現象。經分析，重整催化劑再生燒焦時產生CO2、H2O、含氯氣體被循環燒焦氣帶出，在低溫部位逐漸積累含氯離子，對設備管線產生一定的腐蝕。

為減緩再生系統氯腐蝕，對再生流程進行改造，圖1為改造后的再生氣脫氯工藝流程。2007年5月，在再生循環氣出口增上高溫脫氯罐D327B（其中脫氯罐D327C為2011年9月進一步改造所加），裝填由中國石油化工科學研究院研發的滿足高苛刻再生煙氣工況條件（高溫、高水含量、高二氧化碳含量、高氧含量、高氯化氫含量）的重整高溫脫氯劑GL-1，并在氯化區出口增上高溫脫氯罐D327A，裝填脫氯劑T410Q，用固相脫氯代替原來的液相堿洗脫氯流程。

圖1 再生氣脫氯工藝流程

脫氯罐投用后，消除了原堿洗工藝本身存在的混合不勻和脫氯不充分造成的設備腐蝕和堿渣排放量大以及飽和水的存在增加干燥單元的負荷，使再生循環氣體水含量升高、影響催化劑的活性和使用壽命等弊端；減輕了再生系統低溫區設備的腐蝕與堵塞，降低了設備維修費用和環保處置費用；杜絕了再生系統頻繁停工對催化劑再生系統的影響[5]。同時，再生循環氣的水含量明顯減少，使燒焦過程中的氯流失減少，減緩了催化劑比表面積下降，有利于延長催化劑使用壽命。

更換固相脫氯劑后雖然氯腐蝕問題有所減輕，但脫氯劑使用周期較短。為避免再生系統頻繁停工更換脫氯劑，2011年9月裝置大檢修期間增加了新的脫氯罐D327C，采取2個脫氯罐串聯的方式，再生氣脫氯應用時間由4個月延長到近一年，減少了脫氯劑的更換次數。

改造后腐蝕問題明顯減輕，但低溫部位氯腐蝕現象仍不可避免，除對腐蝕較嚴重的水冷器管束予以更換外，車間對脫氯罐出口氣體中氯含量加強監測，氯含量超標時及時停工更換脫氯劑。目前，基本杜絕了因再生系統的腐蝕與堵塞造成的再生系統頻繁停工。

1.2 再生器和反應器中心筒跑劑問題

從2009年5月開始，該裝置重整催化劑消耗量大幅度增加，通過催化劑分離料斗料位標定、停催化劑提升固定床判斷、反應器及再生高溫脫氯罐壓降跟蹤、跟蹤重整生成油采樣進行沉淀物檢查等措施，確認了再生器中心筒和重整第四反應器中心筒均存在較嚴重的跑劑問題。通過排查發現再生燒焦循環氣的氧含量分析儀表檢測不準，導致注空氣量失控，高氧導致床層飛溫，積炭燒凈后，溫度又急劇降低，溫度大幅波動導致中心筒外網焊縫部位出現多處開裂。

經分析，除對開裂部位進行補焊外，對局部燒壞的部位進行貼補處理，同時對氧含量分析儀進行整改，保證氧分析儀指示穩定、可靠。另外，在燒焦區上部增加一個溫度監測點，更全面的對再生器床層燒焦溫度進行監控。

同時，為減少中心筒破裂致使催化劑跑劑現象的發生，采取了以下對策。

（1）加強對催化劑再生系統氧含量以及輕烴等質量分析儀表的監控和維護，避免分析儀表失控導致燒焦超溫，減少燒焦床層溫度出現大幅度波動對再生器中心筒的影響；

（2）加強再生操作，出現異常現象時及時停提升，避免高碳催化劑進入氯化區引起飛溫對再生器及催化劑造成影響。

（3）對再生系統停開工過程的升降溫速度以及再生器燒焦床層峰溫進行適當控制，避免燒焦床層溫度的大幅度波動。同時加強對催化劑再生系統的控制，保持平穩操作，減少不必要的熱停車次數（熱停問題會在后續章節涉及）。

在采取措施恢復生產后，催化劑的消耗量恢復到正常范圍之內。圖2是2012年檢修前后裝置每月累計補充催化劑用量變化圖。檢修前，裝置5月份累計補充催化劑1.7 t，6月份累計補充催化劑3.2 t，裝置已難以維持正常生產。七月份停工檢修開工正常后，8月份逐漸提溫提量，處理量提到93 t/h、四個反應器入口溫度提至524、522、525、525 ℃，維持了較高的處理量，連續兩月未補充催化劑，10月份累計補充催化劑0.5 t，11月份未補充催化劑，12月份累計補充催化劑0.6 t，恢復到正常水平，重整裝置不同部位跑損重整催化劑的問題得到了圓滿解決。

圖2 2012年檢修前后催化劑用量變化

1.3 反應器提升后路約翰遜網堵塞

催化劑提升的基本原理是依靠高速氣流的作用，使催化劑顆粒處于流化狀態，完成催化劑自下而上的輸送任務。圖3是催化劑循環的原則流程圖，四個重整反應器（簡稱一反、二反、三反、四反）并列布置，從一反底部出來的催化劑由一反提升器B用氫氣提升至二反上部料斗D312，進入二反參與催化重整反應，從二反底部出來的催化劑依次在提升氣的作用下進入三反，四反。從四反提升器E輸送來的待生催化劑進入再生器上部分離料斗D301，經淘析氣分離出粉塵后靠重力進入閉鎖料斗D302，通過專設的邏輯程序控制器控制催化劑的循環量。催化劑在再生器中依次進行燒焦、氧氯化、焙燒等過程，下移至下部料斗，經氮氣置換后進入再生器提升器A至一反上部還原室D311，并被高純度氫氣還原成高活性催化劑進行重整反應，至此，催化劑完成一個再生循環過程。

圖3 催化劑循環原則流程圖

過多的粉塵積累，會導致重整反應器提升后路約翰遜網發生堵塞，致使提升不暢。如存在提升后路約翰遜網堵塞現象，隨著提升時間的增加，約翰遜網上沉積的催化劑粉塵及半顆粒增多，為保證提升正常，提升器與其上部料斗差壓隨之增加，堵塞到一定程度催化劑將難以提升。圖4是各提升器與其對應的上部料斗差壓在96h內的變化趨勢DCS截圖，催化劑提升困難時差壓上升至圖中最高點，由圖知較頻繁發生的是四反和二反提升后路約翰遜網堵塞(三反無此現象，提升器C與上部料斗D313差壓PDIC3020基本不變)。

堵塞致提升困難時，應及時對提升后路約翰遜網反吹，但反吹只能使催化劑粉塵從約翰遜網上脫落，不能從根本上解決堵塞問題。為了從根源上解決此問題，一方面要盡量減少催化劑粉塵的產生，一方面又要充分脫除催化劑粉塵。

為了減少催化劑粉塵的產生，日常操作中注意在確保催化劑提升正常情況下，控制提升一次氣量最低，減少催化劑提升過程中的摩擦和催化劑粉塵生成量。因此，應控制好一、二次提升氣閥門開度，一旦閥門開度變化過大時，應及時調整，避免提升氣流量大幅增加造成催化劑磨損。另外，在催化劑循環速率變化時要嚴格控制調節速度，減少由于調節過快導致的催化劑磨損。

圖4 提升器與上部料斗差壓隨時間變化趨勢

為充分脫除催化劑粉塵，催化劑淘析系統合理調節除塵風量，以便最大可能脫除催化劑粉塵及碎片，同時限制整球夾帶。粉塵收集器的粉塵顆粒度應在允許的范圍，因此要根據粉塵顆粒度分布及時調節淘析氣量。

1.4 重整反應器下部料腿堵塞和空料腿現象

2010年上半年期間，二反下料腿堵塞嚴重，致使提升困難，停工檢修發現催化劑粉塵量較大，結焦嚴重。近期，四反下料腿曾多次出現空料腿現象，為催化劑再生系統帶來安全隱患。

專家分析，爐管結焦產生的鐵帽子炭是此次結焦的根本原因，為此，車間采取對重整進料注硫鈍化爐管的對策，以防鐵帽子炭產生并帶入重整反應系統。

四反出現空料腿現象則是因為催化劑在不同料腿中流動阻力不均勻，當四反下部料斗與四反提升器差壓控制閥PDIC3030開度過大時將導致催化劑從下料斗到提升器的輸送速度過大，催化劑流動出現短路現象，致使7號料腿出現空料腿現象。該現象發生后，及時匯報車間摘除PDIC3029聯鎖，并停四反提升器二次風和關閉四反下隔離閥UV3018，之后關閉PDIC3029使催化劑充滿原空料腿。同時將PDIC3030閥位由80%下調到50%，降低了四反下料斗與其提升器差壓，從根本上解決了四反空料腿問題。

為了減少下料腿堵塞和空料腿現象的發生，應嚴防催化劑結焦現象出現，采取了以下對策：（1）除按車間要求注硫外，在保證重整生成油芳含的情況下，盡量避免重整反應壓力過低，避免積碳現象發生。（2）加強對重整操作，保證氫油比，避免催化劑積碳現象發生。

1.5 再生熱停

再生熱停是催化劑再生系統較常遇到的問題，僅2012年下半年主要出現以下因素致使再生聯鎖熱停:

（1）瓦斯波動引起再生系統聯鎖熱停。如2012年12月4日，瓦斯組分突然變輕，導致重整產氫量快速減少，致使重整反應系統壓力迅速降低，燒焦區與氯化區差壓PDIC3007減小到低于1 kPa，再生熱停。

（2）閥門故障導致再生催化劑循環中斷。2012年12月9日空氣干燥系統（M303）調節閥故障，致使再生器焙燒氣流量FV3010達到低限，再生系統聯鎖熱停。2012年12月21日，閉鎖料斗上平衡閥XV3001卡死，氮氣被污染，停提升。

（3）操作因素引起再生熱停。如2012年10月期間，因再生循環氣壓縮機K301切機時流量波動過大，導致燒焦區與氧氯化區差壓PDIC3007過低而使再生熱停。

再生頻繁熱停車會加速催化劑磨損速率，并且經常性的熱停車會引起不必要的冷停車對設備不利。為減少熱停車次數，采取了以下對策:

（1）盡可能保持重整反應系統壓力穩定。在瓦斯、壓力組分大幅波動時，應積極調節加熱爐瓦斯，盡量避免重整反應溫度大幅波動。若操作人員無法做到及時調節，應控制好重整循環氫壓縮機K201轉速，維持好重整反應系統壓力，以免再生各差壓大幅波動引起熱停。另外，當瓦斯組分輕時，燒焦區與氯化區差壓PDIC3007減小，應把氯化區放空PP3002開大，盡量避免熱停車。

（2）由于本裝置為利舊設備改造，而且改造后已持續運行8年，難免出現故障。為避免因閥門故障造成再生熱停，應檢修或更換有故障的控制閥，減少不必要的熱停車次數。尤其是閉鎖料斗連接再生系統的高壓區和低壓區，在催化劑輸送過程中在高壓和低壓之間循環變化，上下平衡閥動作頻率較高，極易出現故障，操作人員應密切注意其上下平衡閥動作是否到位，及早判斷出是否出現故障，以免其出現問題引起再生冷、熱停車。

（3）熟悉再生聯鎖停車條件，優化操作，盡量避免人為因素引起的再生頻繁熱停車。如K301切機時切忌流量大幅波動，應采用副線（旁路）進行無擾動切換，即在再生循環氣流量平穩的基礎上緩慢關備用機的旁路閥，同時開被切換機的旁路閥。

近期，因瓦斯壓力相對穩定，同時維修了閉鎖料斗上下平衡閥XV3001和XV3002，并加強了對閉鎖料斗的監控，優化了再生操作，杜絕了熱停問題的頻繁發生。

2 影響再生系統穩定運行的潛在問題分析及建議

綜上所述，影響連續重整催化劑再生系統穩定運行的原因可歸為人為和設備兩種因素。為盡可能減少催化劑再生系統出現問題，應對其可能出現的問題全面了解，加強控制。目前，再生系統中存在的潛在問題是：

（1）連接再生系統高壓區與低壓區的重要設備閉鎖料斗裝卸料報警無聲音。目前，閉鎖料斗裝卸料報警無聲音，閉鎖料斗出現故障時如不及時發現，極有可能會造成再生系統冷、熱停車。因此，應加強對閉鎖料斗的監控，做到及時發現閉鎖料斗報警現象。

（2）隨著重整裝置處理量的增加，重整反應苛刻度增加，催化劑更易積碳，對再生系統操作要求更高，稍有疏忽，就有飛溫的可能。因此，應加強催化劑碳含量監控，關注峰溫，避免對催化劑和再生設備造成危害。

3 結論

洛陽連續重整催化劑再生系統在運行中雖然會出現一些問題，但經過整改及不斷優化，穩定了裝置生產，在目前大處理量高苛刻度生產的情況下，運行良好。2013年6月，重整裝置處理量進一步提高到100 t/h，催化劑活性良好，待生催化劑積碳含量在3.5%以下，催化劑再生系統處理量仍有提升空間，連續重整裝置實現了長周期高負荷安全平穩運行。

［1］ 徐承恩. 催化重整工藝與工程[M].北京：中國石化出版社，2006．

［2］ 邵文，何勇，言鈞.大型連續重整裝置的優化設計[J].化工技術與開發，2012，41（9）：59-62．

［3］ 時寶琦.連續重整裝置運行中的問題及應對措施[J]. 煉油技術與工程，2012，42（4）：15-17．

［4］ 李彬，邢衛東.國產連續重整成套技術在裝置改造中的應用[J].石油煉制與化工，2010，41（11）：48-52．

［5］ 張相勇.GL-1再生煙氣脫氯劑在連續重整裝置上的工業應用[J]. 石油煉制與化工，2012，43（1）：7-10．

Analysis and Corresponding Solutions of Operational Problems in the Regeneration System of Continuous Catalytic Reforming Unit

（Sinopec Luoyang Petrochemical Company, Henan Luoyang 471000, China）

The regeneration system of catalyst is an important part of the catalytic reforming unit. In this paper, the problems in the catalyst regeneration system of a 700 kt/a continuous catalytic reforming unit in Luoyang petrochemical company were introduced (such as chlorine corrosion of the low temperature part, loss of catalysts and so on),reasons to result in the problems were analyzed, and the solutions were finally put forward.

Continuous reforming unit; Catalyst; Regeneration system

TE 624

A

1671-0460（2014）06-1072-04

2013-11-25

任研研（1987-），女，河南淮陽人，助理工程師，碩士，2012年畢業于中國石油大學（華東）化學工程與技術專業，連續重整裝置助理工程師。E-mail：renyanyan@yeah.net。