重整裝置擴能后再接觸系統運行問題與對策

魏成德(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

催化重整是在一定溫度、壓力、臨氫和催化劑存在條件下，使石腦油轉變成富含芳烴的重整生成油，并副產氫氣的過程[1]。重整反應在進行分子芳構化的同時不可避免會生成可液化小分子烴類產物。該類物質會摻雜于重整氫氣中，不加回收不僅降低重整生成油C5+液體收率，還會造成下游PSA 吸附劑活性衰減，縮短使用周期。

重整再接觸工藝是將重整生成油與含氫氣體在高壓和以氨為工質營造的低溫條件下接觸回收輕烴，達到提純氫氣目的。2013年對裝置擴能改造后其處理能力增加至144萬t /a (重整進料171.4 t/h)但再接觸回收輕烴部分未進行相應改進，裝置在運行過程中出現因氨冷卻效果不佳造成再接觸溫度高，輕烴回收效率、重整生成油收率大幅下降，氨氣壓縮機嚴重偏離正常工況故障頻繁等情況。在2017 年大檢修期間對再接觸的氨氣冷卻系統加以改造，以上問題得以有效解決，實現了裝置的安、穩、長、滿、優運行。

1 氨系統改造前流程

儲氨罐D-241 中氨液經節流控制閥進入氨蒸發冷卻器E-205 內汽化將混合油氣冷卻送至D-203 罐進行再接觸回收輕烴，提純氫氣。汽化后的氨氣經氨液分離器D-242 汽液分離，氨氣經氨壓縮機(兩開一備)壓縮至E-241 與循環水換熱冷卻為氨液進入儲氨罐D-241。氨系統改造前流程圖如圖1 所示。

1.1 改造前存在問題

1.1.1 氨氣壓縮機運行異常

裝置在運行過程中，氨氣壓縮機及輔助潤滑油泵頻繁出現振動高，壓縮機出入口壓力高，拆檢后發現壓縮機陰、陽轉子磨損嚴重, 轉子型線全部磨損、密封線磨禿等現象[2]。

圖1 氨系統改造前流程圖

1.1.2 再接觸系統偏離正常工況

再接觸系統在運行過程中參數偏離設計值，再接觸罐溫度高達23 ℃，嚴重超出工藝卡片指標。重整氫氣輕烴含量C3+組分高達8%V/V、重整C5+液收小于88%wt、液化氣收率低、低溫脫氯劑損耗增加、下游PSA 吸附劑活性衰減加速。

1.2 原因分析

1.2.1 系統熱量無法及時移出

氨制冷系統的整個換熱網絡中，系統的熱量最終在E-241 中由循環水帶走。由于裝置擴能改造，石腦油處理量由120 萬 t/a 擴 大 至144 t/a，產 氫 量 從6 400 Nm3/h 增 加 至7 600 Nm3/h，在規定冷卻溫度不變的情況下，E-205 中所需移走的熱量由3 364 kW 增加至3 597 kW，該熱量以氨液蒸發汽化成氨氣的方式帶走。下游冷氨器E-241 未進行相應改造，換熱面積保持不變，且該換熱器冷卻介質為循環水，裝置運行末期出現換熱管束結垢加劇等原因造成傳熱速率下降，進入系統熱量無法及時移出。氨冷卻系統相對封閉，熱量未及時移除積聚在系統內會造成惡性循環，出現冷凝氨液效果不佳，氨液溫度高，氨氣壓縮機出入口壓力升高，壓縮機入口氨氣帶液，機器振動高，機組故障頻發等一系列問題。

1.2.2 再接觸溫度高

再接觸即重整氫和重整生成油在較高的壓力和較低的溫度下接觸建立新的氣液平衡的過程。對同一重整產物，當溫度一定時，壓力越高，則回收的輕烴越多，氫純度越高;當壓力一定時，溫度越低，則回收的輕烴越多，氫純度越高[3]。再接觸罐設計使用溫度為4 ℃，因氨系統冷卻水帶走熱量有限，E-205中氣液混合物傳遞給氨系統的熱量不足從而導致進入再接觸罐的物料溫度高達23 ℃。重整氫氣的小分子輕烴在油中的溶解能力下降，氣相中輕烴含量上升使重整氫純度下降，重整C5+液收及液化氣收率減少；溫度偏高的含輕烴氫氣會降低下游低溫脫氯劑及PSA 吸附劑的活性造成低溫脫氯劑更換頻繁、下游PSA 吸附劑活性衰減加速。

1.3 解決方案

在生產過程中，為緩解因氨系統熱量移除不及時、制冷效果差帶來的一系列問題，上游空冷設備采取增加臨時噴淋水將熱量提前帶走以減少E-205 熱負荷，在后路E-241 外壁噴淋新鮮水帶走氨系統多余熱量的措施，但根本問題未得到有效解決，通過2017 年大檢修對氨系統進行優化改造，上述問題得到根本解決。

2 氨系統改造后流程

氨系統改造后流程如圖2 所示。

圖2 氨系統改造后流程圖

改造后氨系統流程與原流程對比有以下變化：

(1)將一臺舊氨壓機更新為一大功率壓縮機，正常生產一開兩備操作；

(2)新增由兩臺水泵和6 臺風機組成的表面蒸發式空冷A-241 與原來的E-241 并聯，互為備用；

(3)更新舊氨罐，擴大系統儲氨量。正常生產流程為：儲氨罐D-241 中氨液經節流控制閥進入氨蒸發冷卻器E-205 內利用氨液蒸發的汽化潛熱將混合油氣冷卻送至D-203 罐進行再接觸回收輕烴，提純氫氣。汽化后的氨氣經氨液分離器D-242汽液分離，氨氣經氨壓縮機壓縮至濕式空冷A-241 冷卻為氨液進入儲氨罐D-241。

2.1 改造效果

裝置于2018 年開車正常后，氨冷卻系統運行良好，再接觸罐溫度降至8 ℃以下，通過收集改造前后處理量相同，進料性質相似的運行數據數據進行對比(表1)。

表1 改造前后參數對比表

通過以上數據對比可以發現，氨冷系統改造后，在處理量與重整進料芳潛持平的情況下，重整再接觸壓力穩定在2.1 MPa,再接觸溫度由21.5 ℃降至8.6 ℃，減少12.9 ℃，重整氫回收輕烴效果顯著，重整氫純度由88.41%上漲至94.15%，增加5.74%V/V，C3+體積含量下降1.95%，C5+體積含量減少0.25%，液化氣流量增加2.62t/h，重整脫戊烷塔底油平均流量由144.7t/h增加至151.2t/h，C5+液收增長3.79%，經濟效益顯著。因重整氫中輕烴含量下降，重整氫低溫脫氯劑吸附壽命得到延長，單罐使用時間較改造前延長了1 個月, 降低了危險固廢的處置量，脫氯劑板結粘附現象得以消除，降低卸劑人員工作難度，減少作業風險。更新的蒸發式冷凝器比水冷式冷凝器冷凝溫度低, 尤其是在南方炎熱的夏季更顯出它的優越性，通過數據對比，改造前后氨系統進排氣壓力均有所下降，冷凝氨液溫度下降達5.3 ℃，表明蒸發式冷凝器冷卻效果優良。

2.2 改造后運行發現的問題及改進建議

(1)氨空冷水泵運行期間出現密封泄漏，檢修時僅一臺蒸發冷工作, 氨冷系統冷凝溫度明顯上漲, 排氣壓力升高，氨壓機組出現振動高等情況。建議研究增上備用水泵, 降低單臺蒸發冷運行的風險。

(2)新增氨壓機布置位置距離入口分液罐較遠，新增氨壓機功率為舊氨壓機兩倍，機組切換時氨壓機入口抽力過大，且分液罐體積較小，容易出現分液罐排液不暢造成分液罐高液位聯鎖停機和壓縮機帶液情況。建議研究更新一臺大體積分液罐，并對排液管線進行改造擴徑，及時將分液罐氨液排出，避免分液罐液位高聯鎖停機和壓縮機帶液情況，保障裝置平穩運行。