重整预加氢反应进料换热器换热效果下降原因分析及对策.pdf

生产与实践侯东山.重整预加氢反应进料换热器换热效果下降原因分析及对策.河南化工():.重整预加氢反应进料换热器换热效果下降原因分析及对策侯东山(洛阳宏兴新能有限责任公司 河南 洛阳)摘 要:介绍了预加氢反应进料换热器的运行情况分析了换热器换热效果持续下降的原因 预加氢原料含氧量高含有一些前期结焦物出现有机氧和氯含量超标含有一定量二烯烃等问题针对以上问题提出了投用脱氧塔系统增上可变间隙过滤器严格控制原料杂质不超标加注阻聚剂增上预加氢脱烯烃反应器等对策 有效地控制了预加氢反应进料换热器压降的增加换热器高温段 热端温差由最严重的每月增加 降至.明显减缓了换热器换热效果的下降避免了预加氢降负荷运行为装置长周期高负荷安全生产奠定了基础关键词:预加氢进料换热器 换热效果 热端温差中图分类号:.文献标识码:文章编号:()洛阳宏兴新能化工有限公司 万/连续重整装置自 年开工以来已累计运行 个月其中预加氢单元为重整单元提供合格的精制石脑油预加氢反应部分设计负荷为 万/预加氢反应进料换热器由 和 两台串联使用换热器采用的是换热效果高压降低的绕管式换热器反应进料走绕管换热器壳程反应产物走管程 预加氢进料系统流程图见图 图 预加氢进料系统流程图 自 年 月开始预加氢反应进料换热器高温段 换热效果下降明显表现明显的是 热端温差增大壳程压降增大 随着换热器换热效果的不断下降反应进料加热炉已经超负荷严重制约装置的高负荷运行影响装置安全生产且造成装置运行能耗增加 换热器换热效果下降原因分析造成预加氢反应进料换热器换热效果下降的原因是多方面的外购石脑油来源比较复杂采购厂家较多含有部分二次加工原料且加工工艺较多原料中的杂质存在较高的不稳定性 其中原料中的一 收稿日期:作者简介:侯东山()男工程师从事炼油化工工艺方面工作电话:河南化工 年 第 卷些前期结焦物和二烯烃等容易在高温下发生聚合结垢反应氧、硫、氮、氯等杂元素易使设备发生结垢和腐蚀随着运行时间的增长会使预加氢进料换热器换热效果不断下降反应器床层压降升高影响装置加工能耗和运行负荷针对主要原因进行分析.原料中氧的影响装置原料石脑油主要由公路罐车运输而来公路罐车在油品装卸及运输过程中势必会使原料与空气中的氧接触且石脑油储罐氮封投用不彻底也会使原料与空气中的氧接触这样原料中的溶解氧含量就会增加 外购石脑油游离氧含量 年 月、日分析数据分别为.、.、.原料油中溶解氧质量分数(.)大于正常原料油所要求的氧质量分数(.)原料中有机氧化合物有超指标的情况 原料油与氧接触其中硫醇氧化产生的磺酸可与吡咯发生缩合反应而产生沉渣硫化氢气体与氧气能缓慢氧化产生硫随着温度的升高反应加快烯烃与氧可以发生反应形成氧化产物氧化产物又可以与硫、氧、氮的活性杂原子化合物发生聚合反应而形成沉渣沉渣是结焦的前驱物它们容易在下游设备中的较高温部位进一步缩合结焦 所以导致预加氢反应进料换热器 的高温部位发生缩合结焦反应造成换热器压力降升高热端温差升高换热效果下降.原料中硫、氮、氯杂元素的影响原料中含有不少杂质硫元素石脑油中的硫化物主要有硫醇类、硫醚类、二硫化物、环硫化物、硫化氢以及噻吩类等直馏石脑油中含有较多的硫醇类硫化物 不同形态的硫具有一定的腐蚀性高温硫腐蚀速度的大小取决于原料中活性硫的多少容易在高温下对设备造成腐蚀生成等温度 时非活性硫化物未分解在无水情况下对设备无腐蚀 但当含水时则形成炼油厂各装置低温轻油部位的腐蚀特别是在相变部位(或漏点部位)造成严重的腐蚀 温度在 时原油中活性硫化物未分解温度在 时硫化物开始分解生成硫化氢对设备也开始产生腐蚀并且随着温度的升高腐蚀加剧 在高温条件下活性硫与金属直接反应它出现在与物流接触的各个部位表现为均匀腐蚀其中硫化氢的腐蚀性很强氮和氯主要是反应产物中会形成 结垢及腐蚀 的结晶温度约 在一般加氢装置反应产物空冷器的进口温度和出口温度的范围内在反应产物空冷器中极易形成 和 结晶析出在空冷器流速低的部位由于 和 结垢浓缩造成电化学垢下腐蚀 的结晶温度约 由于反应进料换热器 管程温度在 那么在 管程内就会发生结垢但预加氢设置有高温脱氯反应器可脱除反应产物中的氯原料中氯含量不超指标时可保证脱氯罐出口氯含量 时聚合反应速度快会产生大量垢物前体焦油状物并易形成自由基然后链增长形成聚合物 随着聚合物的增加在反应进料换热器壳程内不断积累进而造成换热器换热效果下降.原料中其他杂质的影响原料中带有一些机械杂质、油泥、胶粉、胶质等杂质 过滤器 过滤精度为 原料较干净时平均 天需要切换清理滤芯 年 月后当原料性质较差杂质较多时切换频繁严重时 天切换清理一次 过滤器 运行时间较长时壳体底部杂质多滤芯清理下来的杂质量也较多颜色发黑取样经燃烧后剩余废渣约 即约 为有机物被烧掉 过滤器运行时间较短时壳体底部基本没有杂质滤芯清理下来的杂质量也非常少细粉末状颜色灰白色且杂质黏性大吸附性强滤芯不好清洗取样经燃烧后剩余废渣约 即约 为有机物被烧掉当原料中含有较多有机物类的杂质时由于杂质黏性大吸附性强且杂质颗粒较小杂质颗粒大小在 左右由于过滤器切换频繁压差持续在高位时间长可能导致一些本可以被过滤器拦下的小颗粒杂质被压过去进入到反应进料换热器内由于大部分是有机垢物易与一些结焦结垢前期物进一步结合造成换热器换热效果进一步下降 采取的对策.投用脱氧塔第 期 侯东山:重整预加氢反应进料换热器换热效果下降原因分析及对策 年 月 日起为保护预加氢反应进料换热器 将脱氧塔 投用 脱氧塔 塔压控制在 的情况下逐步提高 底温现场采外购石脑油和 塔底油分析游离氧 塔底油中游离氧逐步下降脱氧效果明显 但 月 日将底温降至 后塔底游离氧上升至 底温降低后脱氧效果较之前减弱(数据见表)为了保证脱氧塔后游离氧 要求脱氧塔 底温 以保证脱氧效果表 脱氧塔前后游离氧分析数据脱氧塔分析数据 月 日 月 日 月 日 月 日脱氧塔底温/外购石脑油游离氧/.脱氧塔底游离氧/脱氧塔底温度控制在 未建立塔顶回流由于塔顶含有氧气、硫化氢、水等不断缓慢反应形成了较强的腐蚀结垢环境 为了保证脱氧塔系统能平稳运行避免因腐蚀而停工 年 月对脱氧塔系统进行检修检修完成后脱氧塔底温提到 建立塔顶回流并加注缓蚀剂确保脱氧塔能长期稳定运行保证预加氢反应进料游离氧可以脱除干净并将大部分活性硫元素脱除.加强杂质元素的监控及应对加强原料监控避免出现原料中杂质含量超过设计指标 在装置运行期间应加强对预加氢高温脱氯罐后氯含量的监测避免因为高空速或脱氯剂穿透而造成脱氯罐出口物料氯含量高 反应产物空冷器前保持连续注除氧水定期切换除氧水注入点至换热器 入口当出现 管程压差上涨较多时应及时提高 入口注水量增加注水量能有效地抑制 和 结垢通过加大注水量及时除去垢物避免垢物长时间而发生垢下腐蚀进而降低换热器 管程压差 如果加大注水效果不明显也可以考虑加入部分结垢抑制剂助剂中含有分散清净成分它是一种高性能表面活性剂具有较强的渗透和分散功能能渗入垢物和换热器表面之间、削弱垢物与换热器表面之间的结合力从而使垢物逐渐脱落随物料带出换热器外通过投用脱氧塔和加强杂质元素管控措施的实施预加氢反应进料换热器 热端温差上涨速度由最快时的每月增加 降至每月增加 .加注阻聚剂为缓解换热器 内部结垢从 年月 日起开始加注某公司研发的阻聚剂 注剂前换热器 热端温差为 壳程压差 左右注剂过程中持续监测 换热效果 经过后续调整阻聚剂的加注量总体来说并没有达到预期的降低换热器 热端温差的效果但是明显减缓了换热器 热端温差的上涨速度.增加可变间隙过滤器为了更好地保护预加氢反应进料换热器尽量将原料中的无机垢物和有机垢物除去减少原过滤器 的切换频次在预加氢进料边界增上了可变间隙过滤器 同时也保护了脱氧塔系统 该过滤器过滤精度同原过滤器 一样均为 可以在线进行反冲洗及时将过滤掉的杂质清除 可变间隙过滤器 投用以后外购石脑油中的杂物可以直接反冲洗送至罐区污油罐外购石脑油中的部分杂质被过滤掉 运转情况变好切换频次由平均 天变为 天 但由于未增上可变间隙过滤器之前脱氧塔系统结垢腐蚀严重加上脱氧塔顶水冷器管束泄漏脱氧塔系统内积累了大量的杂质一些杂质被带到 对 的运行影响很大 当脱氧塔系统检修完并建立回流加注缓蚀剂后过滤器 运转情况变好 同负荷下通过加注阻聚剂和增加可变间隙过滤器对策的实施预加氢反应进料换热器 壳程压差 个月未上涨热端温差上涨了 平均每月增加.上涨速度进一步减缓 通过以上 项对策的实施完成预加氢反应进料换热器壳程压差稳定热端温差增加速度明显减缓.增上脱烯烃反应器脱氧塔后的石脑油含有一定量的二烯烃会在温度较高的进料换热器 处聚合影响换热效果增加换热器压降 增上脱烯烃反应器脱除二烯烃降低聚合结焦的可能性脱烯烃反应器加在预加氢进料换热器 壳程出口到 壳程入口之间反应器设有旁路流程换热器 增上跨线可以实现控制反应器入口温度 左右 此方案流程改动最少不需要增加氢气流程反应温度可控能耗低 通过增上脱烯烃反应器能够从源头上脱除二烯烃降低聚合结焦的可能性保证装置安全长周期平稳运行增上脱烯烃反应器 流程见图.更换预加氢进料换热器高温段 管壳程河南化工 年 第 卷图 增上脱烯烃反应器 流程 更换 管壳程原来进料走壳程改为走管程这样易结垢的原料走管程后可以提高流速减少停留时间即减少结垢结焦也有利于长周期运行需要加助剂时提高助剂的使用效果也方便后续的换热器清洗 增上脱烯烃反应器和更换换热器 管壳程计划在 年装置检修期间完成完成后可更好地保护预加氢反应进料换热器运行 结论通过采取的应对措施重整预加氢反应进料换热器壳程压差在同负荷下保持稳定高温段的换热器 热端温差增加速度已经由最快时的每月增加 降至平均每月增加.明显减缓了换热效果的下降 通过后续增上脱烯烃反应器可以解决原料中二烯烃在预加氢反应进料换热器 处聚合结焦的问题更进一步减缓换热器换热效果下降、压降增大的问题并可以起到保护预加氢反应器的作用进而保证预加氢装置长周期高负荷安全平稳运行(上接第 页)表 不同结构反应器内生物柴油收率通道结构圆柱径向非对称扰动周向生物柴油收率/.由表 可知在具有周向扰动结构的反应器内生物柴油的收率最高而圆柱结构内的收率最低收率的变化规律与混合效率相一致是由于结构的扰动使更多的甲醇钾和大豆油接触增加了反应的界面促进反应进行 并且本研究中生物柴油的产率是 时反应的停留时间从传统的几百秒缩短到 实现了数量级提升说明对通道结构进行优化是提升反应效率的有效手段为反应器和结构化催化剂的设计提供了思路 但是和已有研究相比本实验生物柴油的收率仍然较低这是由于本研究中并未对生物柴油的制备条件如:醇油比、的比例、反应温度等进行优化与筛选 结论本文采用 打印技术制备具有不同通道结构的微反应器采用酯交换方法制备生物柴油发现结构对传质的强化可以增大液液两相反应物的接触面积实现反应速率的大幅度提升 用数值模拟和实验相结合的方法研究了通道结构对其内部传质和反应的影响规律发现周向扰动结构可促进流体在通道内实现大范围的混沌对流强化通道内的传质过程为微反应器和结构化催化的设计提供了新思路参考文献:.():.():.():.张诗玥.迂回型微通道反应器内宏观混合特性的实验研究和数值模拟.北京:北京化工大学.第 期 侯东山:重整预加氢反应进料换热器换热效果下降原因分析及对策