连续重整装置催化剂粉尘异常原因及对策

连续重整装置催化剂粉尘异常原因及对策 宋鹏俊 【摘要】总结了中国石化海南炼油化工有限公司1.2 Mt/a连续重整装置第二周期 运行中出现的还原段催化剂跑损、氧氯化段温度异常、还原区床层温度频繁波动 （最低175°C,最高460°C）、反再系统卸粉尘量减少（仅有0.5kg/d）、重整氢循环机 及增压机轴振动值连续偏高等问题.分析了原因,提出了应对措施:对再生器约翰逊内 网过渡区破损点进行补焊;对第四反应器中心管底部约翰逊网裂缝增加加强圈;对重 整催化剂过筛和分级并补加新剂;循环机入口过滤器改造等,解决了因催化剂粉尘累 积所引起的生产问题. 期刊名称】 《炼油技术与工程》 年(卷),期】 2014(044)004 【总页数】5页（P36-40） 【关键词】 连续重整装置;催化剂粉尘;约翰逊网 【作 者】 宋鹏俊 【作者单位】 中国石化海南炼油化工有限公司,海南洋浦578101 【正文语种】 中 文 中国石化海南炼油化工有限公司（海南炼化）1.2 Mt/a连续重整装置采用美国UOP 公司超低压连续重整专利技术，主要生产清洁高辛烷值汽油组分和少量的苯产品， 并副产氢气及LPG。预加氢采用全馏分加氢工艺，再生采用UOP公司第3代催化 剂再生工艺“CycleMax”。装置于2006年8月首次开工，采用UOP R-274催 化剂，PS-VI催化剂作为补充剂。2009年10月进行了首次大检修，2010年2 月全部装置开工，截止2013年7月31日已累计运行1 282 d，期间于2013年 2月25日因反再系统催化剂粉尘量明显增加，频繁地更换粉尘收集器中的粉尘过 滤布袋，同时还原尾氢中携带大量破损和整颗粒催化剂，跑损严重。重整氢循环机 及增压机轴振动值连续偏高影响了装置的正常运转。为此，装置停工抢修，通过整 改使装置运转归于正常。 1 装置第二周期运行情况 表1 列出了海南炼化连续重整装置第二周期运行的主要运行参数。由表1可见： (1)装置一直高负荷运行，汽油产品辛烷值过剩，加权床层入口平均温度始终未达 到设计值，对各操作参数和收率综合分析可知重整催化剂仍然有较高的活性、选择 性和稳定性；(2) 2011年3月，在连续高负荷运行下，催化剂活性有明显下降的 趋势；(3)2012年9月以后，为保证催化剂良好稳定的水氯平衡, 在装置正常生产 过程中，根据催化剂氯含量、重整反应温度、重整反应器温降、重整循环氢组成、 产品芳烃含量、重整生成油辛烷值和纯氢收率等综合分析重整催化剂性能，及时调 节注氯量，并加强标定；(4)2013年2月，因反再系统催化剂卸粉尘异常，还原尾 氢携带大量催化剂跑损，被迫停工抢修后恢复生产，催化剂持氯能力明显下降，各 项指标偏低。 2 催化剂粉尘量异常原因分析及对策 2.1 过滤器差压上升周期变短 2012年9月以来，粉尘收集器布袋压力降上升的周期逐渐变短，正常的自动反吹 扫无法将粉尘吹掉。为了保持正常的粉尘收集器过滤布袋压力降，采用间断性手动 吹扫，但反吹和布袋更换频率从最初的3个月逐渐变为1个月，期间有半个月吹 扫不出粉尘。即使有粉尘，也只有0.5 kg/d左右，低于正常量2 ~ 3 kg/d，将淘 析气流量提高4 000 m3/h 后未见明显变化。12月18日粉尘收集器滤袋更换后 仍未见好转，将淘析气流量增加到4 200 m3/h后，粉尘量明显增加，但每天卸 出的粉尘量还是偏低。直到 2013 年 2 月初，滤袋更换缩短到 1 周、最后为 1 天， 越来越频繁。图1为2012 年9月—2013年2月过滤器布袋手动反吹扫频率及粉 尘量变化情况。 表 1 装置第二周期运行参数 Table 1 Operating parameters of CCR unit in second cycle 项目设计值 2010-03-112011-03-152012-03-152013-03-17 重 整进料流量/（t・h-1）142.9160.0165.0161.0155.0加权床层入口平均温度 /°C528524523525520加权床层平均温度/°C496496494496496反应器温降（一 反/二反/三反/四 反）/°C121/71/64/35110/67/46/31112/64/49/35108/66/49/3684/59/41/28 总温降/C291254260258220氢油体积比394388332395443氢油摩尔比 2.502.322.182.292.58 重时空速/h-12.402.162.232.582.48 循环机出口压力 /MPa0.540.520.510.520.51 —反入口压力/MPa0.480.440.440.450.45 高分罐压 力/MPa0.240.240.240.240.24 C+5 产品辛烷值（研究法）102.097.499.099.099.0 C+5 产品液体收率,％89.290.390.491.190.5 w（C+5 产品芳 烃）,%76.671.373.473.965.8 芳烃收率,%68.362.963.865.357.6 纯氢收 率,％3.923.163.353.382.87催化剂再生催化剂循环速率/（kg・h- 1）908908908908908 催化剂积炭速率/（kg・h-1）40.836.434.133.126.3 再生烧焦 区入口温 度/C477477477477477 再生器峰温/°C<593550547534534 w（待生催 化剂碳）,％4.494.013.763.652.90 w（再生催化剂碳）,％0.080.070.080.060.26 w（再 生催化剂氯）,％1.10 ~ 1.300.920.940.930.67 图1过滤器布袋手动反吹频率及粉尘量变化Fig.1 Filter bag manual cleaning frequency and changes of dust amount 上述现象的主要原因是催化剂粉尘长期淘析不彻底，从而导致大量粉尘随催化剂在 系统中沉积。导致提升气流中含有大量的粉尘，不仅输送能力增加 （操作数据显示， 催化剂循环速率设定点为100%时，实际循环速率达到120%），而且加剧了催化 剂的磨损，从而引起系统中粉尘的累积，并使粉尘变得更细，引起粉尘收集器布袋 差压升高,周期逐渐缩短，并在还原区内逐渐累积。这样的低粉尘状态持续达半年 之久。淘析不掉的粉尘又随待生催化剂进入再生器，造成恶性循环,最终被迫停工 对催化剂进行过筛处理。 2.2 碱洗液变色 2012年6月11—12日，再生系统碱洗塔碱液循环泵连续发生抽空现象，一天内 切泵数次。清理过滤器时发现滤网上有大量破碎的石墨拉西环，同时发现洗液颜色 浑浊发黑。分析表明，碱液中除含有大量破碎的石墨颗粒外，还有破碎的催化剂颗 粒，甚至还会有较难辨别的催化剂粉尘。主要原因是当整个系统粉尘累积到一定程 度后，再生循环气中也会带有再生后和再生前的催化剂粉尘，伴随着再生烧焦气进 入碱洗塔中，造成碱液变色，且长时间积累会导致石墨拉西环填料床层的压力降增 加，造成其破碎，进而引起碱液循环泵抽空，碱洗塔无法正常运行。 2.3 还原尾氢带粉尘并伴随催化剂跑损 2013年2月23日，还原段与第一反应器压力降逐渐升高，还原尾氢排放阀逐渐 自动开大以保持给定压力降，然而直至还原尾氢排放阀全开，压力降依旧没有下降， 压力降由正常操作时的90 kPa上升至200 kPa，导致还原氢气切断阀关闭，增压 气去闭锁料斗，压力波动引起热停车。检查发现还原尾氢出口斜管格栅型滤网约有 2/3面积被堵塞，还原尾氢无法及时排放造成停车，同时发现还原尾氢过滤器中存 有大量催化剂粉尘和破碎催化剂，见图2。 停工检查发现，再生系统中存在大量细粉，由于气流携带颗粒的能力，在气体密度 一定时，与气流速度有关；气流速度一定时，与气体密度有关［1］。催化剂颗粒在 这样高密度的流体中其终端速度也大幅下降，因此很容易被气流带出，还原尾氢带 粉尘时，气体密度增高，密度达到一定数值后就会携带催化剂颗粒。 图2格栅网及还原尾氢过滤器破碎催化剂Fig.2 Broken catalyst in grille net and filter of reduction hydrogen 2.4还原区第2点温度出现脉冲式跳动 2013年2月24日，还原尾氢出口管线滤网再次发生堵塞，下游闸阀无法关死， 被迫开副线以维持还原氢流量，保证再生器暂时正常运转。但从24日中午起，从 还原尾氢过滤器中清理出大量粉尘和破碎催化剂。期间，将还原区料位提至 90%， 对还原氢总量和一段还原氢流量进行了调整，在保证还原区入口电加热器不联锁的 情况下尽量降低还原尾氢排放，尾氢携带催化剂的现象略有减轻。如图3所示， 还原区床层第2个测温点温度频繁波动，最低175 °C,最高460 °C,而且温度波 动频繁时，滤网堵塞最为严重。 图3还原段料位与温度波动趋势Fig.3 Reduction material level and trend of temperature fluctuation 分析原因表明，正常生产时还原区下部氢气入口温度为480-490 C,下部4个 测温点（从上至下排号1 , 2 , 3 , 4）一般依此以4点温度最高, 1点最低, 2点温 度波动的幅度变化不大；但波动次数随料位下降而增多；而且随下部2点温度跳 动,上部料位计出现反向变化。由此说明,下部物料出现短时流化,引起催化剂颗 粒的密相磨损,会产生粉尘,使得还原区氢气的密度和黏度大幅增加,催化剂颗粒 在这样高密度、高黏度的流体中其最小流化速度大幅下降,使得还原区催化剂发生 流化,导致第2点温度波动,加剧了粉尘,特别是细粉的产生；催化剂的局部流 化使得床层催化剂堆密度下降,即同样料位的料封效果变差,要实现同样的压力降, 就必须提高料位,这与提高料位粉尘减小的现象相一致。 2.5 氢气增压机轴振动值偏高 2012年8月以来，重整装置循环氢压缩机和重整氢增压机振动值一直偏高。 2013年2月24日晚重整氢增压机低压缸振动值突然大幅上升，其中一个点已经 超过联锁值，机组安全难以得到保证。停工检修发现，循环氢压缩机入口过滤网发 生破损，从滤网处可发现有明显的铵盐结晶和催化剂细粉的混合物；增压机入口过 滤网发生破损，并发现大量已结块的催化剂细粉约10 kg，如图4所示。被撕成树 叶状的过滤网碎片，粘在增压机叶轮上如图5所示。 图4过滤器底部带有铵盐的粉尘Fig.4 Dust with ammonium salt at bottom of filter 图5过滤器内网破损被吸入叶轮Fig.5 Damaged filter network inhaled by impeller 经过分析，增压机轴承振动值高是由于增压机入口在设计时未设置分液罐，还原尾 氢管线直接接入增压机入口管线，而还原尾氢过滤器仅能过滤30 pm以上颗粒， 不能过滤更细的粉末，使得细粉在增压机入口过滤网沉积，通透性变差，导致两侧 压力降增大，撕碎滤网，破损的滤网被不间断吸入叶轮，引发振动值随时间逐渐走 高。 2.6 反应器和再生器内构件破损 2013年2月23日因还原氢气中断导致再生联锁停车，在开车过程中，再生器氧 氯化段温度瞬间升高至700 °C,再次联锁停车。氧氯化段温度突然升高，说明有 高碳含量催化剂进入氧氯化区，为防止氯化区超温烧坏催化剂，甚至烧坏内构件， 将再生烧焦改黑烧操作条件，后转入白烧条件。停工后对再生器内构件进行了检查， 发现再生器中心管约翰逊网出现5处破损，如图6(a)所示。 经分析造成再生器约翰逊网上部破损的可能原因是：此部位属于再生器峰值温度点， 强度高所致；此部位正好是实心板结构和约翰逊网结构的过渡区，高温烧蚀作用以 及开停车时温度的剧烈变化所产生较大的状态应力促使破损。国内外连续重整再生 器的运行经验表明，由于近年来约翰逊网本身材质等级有所降低，使再生器中心管 使用寿命下降，据国内统计，使用期超过6 a，将会出现约翰逊网破损烧蚀，最终 使用寿命约9 a。 图6约翰逊内网破损及其内部修复情况Fig.6 Broken Johnson intranet and repaired of regenerator 由于使用普通焊接方法直接修补再生器约翰逊网极易造成更大的破损，经与石科院 专家讨论决定，在再生器破损部位内部支撑圈处紧贴约翰逊网补焊钢板(如图 6(b))， 暂时避免催化剂通过破损部位掉入氧氯化区剧烈燃烧而造成更大危害。焊接部位上 部留出缝隙，防止再生器开停车时因膨胀系数不同造成更严重的撕裂。检查中发现 第四反应器中心管底部有约180 mmxll mm裂缝，且受挤压变形见图7(a)，此 次通过增加加强圈进行修复，修复情况见图7(b)。 经分析,造成反应器中心管底部开裂的可能原因是：长期加工负荷较高，高温状态 强度高引起；上次检修时膨胀节的安装偏差，螺栓的松紧度控制不协调；反应器在 降温过程中产生收缩形变，同时形成较大的拉应力。 图7中心管底部裂缝及修复后箍加强圈Fig.7 Crack at bottom of reactor center pipe and banded reinforcing ring 2.7 反再系统中存有大量粉尘 20 13年2月25日装置停工检修，发现整个反再系统中存有大量粉尘，尤其是闭 锁料斗分离区、分离料斗内壁附着约 2 mm 厚度粉尘，附着在各个容器的内壁上， 粉尘情况如图8所示。 图8闭锁料斗分离区及闭锁区内细粉尘Fig.8 Fine dust in lock hopper separation and locking area 粉尘产生的主要原因是催化剂粉尘长期淘析不彻底，导致提升气流中含有大量的粉 尘，不仅输送能力增加(操作数据显示，催化剂循环速率设定点为 100%时，实际 循环速率达到 120%)，而且加剧了催化剂的磨损，引起系统中粉尘产生［2］。最终 引起：(1)气相输送的密度和黏度增加，催化剂颗粒在这种高密度、高黏度流体中 其最小流化速度大幅下降，使得还原区催化剂发生流化，加剧了粉尘，特别是细粉 的产生；(2)淘析氮气气流的密度大幅增加，远远超过氮气的密度，由于淘析气孔 板设计工作介质是纯氮气，虽然淘析气量显示值看起来正常，但实际的淘析气量已 大幅下降，反过来又使得淘析效果变得更差，并使粉尘变得更细，引起粉尘收集器 布袋差压升高，周期逐渐缩短，并在还原区内逐渐累积。 3结语 (1) 系统中的细粉尘伴随了整个催化剂循环，长期积累，形成恶性循环。还原段由 于流化产生粉尘，大量粉尘会集中到四反底部形成死区。闭锁料斗内的粉尘，在闭 锁区也存在积累粉尘的死区，为催化剂循环长期携带提供了条件。 (2) 再生器中心管上部的 5个破洞，四反底部中心管开裂，这些都会造成催化剂及 粉尘跑损和携带，为长期积累提供了有利条件。 (3) 由于连续重整装置催化剂是循环流动的，2012 年9月—2013年3月出现的一 系列问题，主要是由催化剂粉尘没有淘析干净，逐渐在系统内积聚而造成，因此要 重视装置长周期运行中卸粉尘量的管理。 参考文献 相关文献】 [1] 胡庆元，景山，王金福，等•粗颗粒在负差压漏斗-立管系统悬料区特性J] •高校化学工程学报， 2000，14(3):251-257. [2] 徐承恩•催化重整工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2006 : 503-532.