采用UOP工艺的连续重整装置还原段压力对催化剂循环的影响.docx

采用UOP工艺的连续重整装置还原段压力对催化剂循环的影朱亚东【摘要】中国石油化工股份有限公司荆门分公司0.6 Mt/a连续重整装置采用 UOP第3代Cyclemax工艺,2016年重整进料换热器由板式换热器更换为缠绕管 式换热器，更换后换热器的压力降大幅下降，重整还原段的压力也同步下降，造成闭锁 料斗的补偿控制无法投用正常的斜坡模式，但氮封罐的差压控制则变得更加平稳重 新编制了补偿控制所需的斜坡曲线后，补偿控制成功投用了正常的斜坡模式，确保了 输送稳定.比较了还原段不同压力下催化剂循环的运行状况，认为还原段压力是影响 催化剂循环的关键参数.分析了还原段压力对闭锁料斗和氮封罐控制系统的影响，介 绍了采取的调整措施.【期刊名称】《炼油技术与工程》【年(卷)，期】2018(048)009【总页数】6页(P45-50)【关键词】UOP;连续重整;还原段;催化剂循环【作者】朱亚东【作者单位】中国石油化工股份有限公司荆门分公司，湖北省荆门市448039【正文语种】中文1装置运行情况 中国石油化工股份有限公司荆门分公司（荆门石化）0.6 Mt/a连续重整装置于2011 年12月首次开工，采用UOP第3代Cyclemax工艺。

重整反应进料换热器采用 国产板式换热器，原设计板式换热器的板程（原料）侧压力降为26 kPa，壳程（反应 产物）侧压力降为62 kPa开工进油后发现换热器的压力降远远大于设计值，在额 定进料负荷70 t/h的情况下，板程和壳程的压力降分别达到180 kPa和78 kPa 2016年7月，采用国产的缠绕管式换热器代替原板式进料换热器再次开工后， 进料换热器的压力降大幅降低，重整进料换热器更换前后的操作参数见表1表1重整进料换热器更换前后运行数据Table 1 Running data before and after replacing heat exchanger for reforming feedstock 项目板壳式换热器 201601-04 2016-05-07 缠绕管式换热器 2016-08-03 2016-08-05 重整进料＞/（t-h- 1）52705370重整循环氢＞/（dam3-h-1）31333436进料换热器反应进料（冷）侧差 压/kPa70782024进料换热望反应产物（热）侧差压/kPa1251801419进料换热器两 侧压力降总和/kPa1952583443热端温差/^43462427循环机压缩机蒸汽耗量 /（t・h-1）17.118.413.715.5重整反应温度/^506520510515循环氢压缩机入口压 力/kPa230230240240循环氢压缩机出口压力/kPa540580380420四反入口压力 /kPa370430270290分离料斗压力/kPa360420270280 —反与还原段差压 /kPa100100150130 还原段压力/kPa530562460470 再生器压力 /kPa240240250254再生催化剂一次提升气压力/kPa550580480490更换进料换热器后总压力降下降了约200 kPa以上，在循环氢压缩机转速按照以 前控制时，循环氢流量过大，导致一反出现催化剂贴壁情况，还原段料位出现脉冲 式波动，降低循环氢压缩机转速，还原段料位波动消失。

由于进料换热器的差压发生变化，重整反应器顶部的还原段、闭锁料斗的缓冲区压 力都发生了较大变化闭锁料斗缓冲区与再生剂一次提升气差压（以下简称输送差 压）的控制采用补偿控制，这时无法投用正常的斜坡模式，临时采用反馈模式后催 化剂循环量波动较大这将导致催化剂在提升线内产生过多的细粉，再生器床层的 温度波动也加剧，将影响装置的长周期运行，加大催化剂的消耗进料换热器更换前，氮封罐与闭锁料斗分离区的差压（以下简称为氮封罐下差压）波 动较大，会出现因差压低联锁导致再生系统热停车等异常情况更换后这一波动明 显减缓，氮封罐控制系统运行更加平稳在重整再生部分专用的CRCS控制系统内重新编制补充了补偿控制需要的斜坡曲 线，补偿控制成功投用了正常的斜坡模式，确保了催化剂的稳定输送UOP连续重整装置很多采用OTS模式，即几套装置使用同一套图纸，绝大多数设 备的尺寸相同，不同装置可能存在差别的地方就是进料换热器的差压不同，即反应 压力和还原段的压力控制不同对进料换热器更换前后的运行状况进行比较，以及 尝试不同调整措施后，得出还原段压力是影响催化剂循环关键参数的结论还原段 的压力根据操作情况在一定范围内调整，同时对再生控制系统采取相应的整定措施， 以实现催化剂循环的稳定控制。

2催化剂循环过程及控制过程连续重整反应和再生系统的流程如图1所示，再生后的催化剂进入到还原段顶部， 催化剂在自身重力作用下，依次从上至下流动进入到四反底部的催化剂收集器催 化剂收集器底部排出的待生剂经过待生隔离系统后，进入待生剂提升L阀组，被 提升到分离料斗内从分离料斗下来的含碳待生剂进入到再生器进行再生，再生器 包括烧焦、氯化、干燥、冷却4个步骤，然后进入到氮封罐在氮封罐通入氮气， 以此来隔离再生的O2环境与闭锁料斗的H2环境再生催化剂携带氮气从氮封罐 进入到闭锁料斗闭锁料斗底部排出的催化剂进入到再生L阀组，利用氢气将催 化剂提升进入到还原段，从而实现催化剂的连续循环图 1 反应-再生系统流程示意 Fig.1 Reaction-regeneration system2.1闭锁料斗控制原理2.1.1催化剂在闭锁料斗内的变压输送过程闭锁料斗的作用是将催化剂由低压的区域输送到高压的区域，催化剂在闭锁料斗内 部的流动控制不是通过阀门实现，而是采用改变闭锁区的压力实现的如图2所 示，闭锁料斗内部用隔板分成三个区域，分别是分离区、闭锁区、缓冲区分离区 气体排放至重整产物分离罐，其压力稳定在略高于产物分离罐压力（250 kPa左右） 的水平，属于低压区。

缓冲区处于比还原段压力稍高的水平，属于高压区闭锁区 的压力依靠上平衡阀和下平衡阀的开关作用，压力处于分别与分离区和缓冲区压力 变化之中当下方区域的压力高于上方区域压力后，颗粒就被锁定在下料管中，维 持静止不再下落，当下方区域的压力下降接近上方区域后，催化剂开始下落通过 平衡阀的动作，闭锁斗的压力在高压和低压之间变化，实现催化剂从低压到高压区 域的定量批次输送图 2 闭锁料斗流程示意 Fig.2 Schematic diagram of lock hopper2.1.2输送差压对催化剂循环速度的影响缓冲区接收的是闭锁区脉冲下来的催化剂，而其出口的催化剂则连续排入再生L 阀组，通过L阀组催化剂被提升到还原段缓冲区催化剂下落的速度（即催化剂循 环的速度）主要受两方面的因素影响：一是L阀组的二次提升气的流量，在一定范 围内流量越大，催化剂输送的速度越大；二是缓冲区与L阀组的一次提升气的差 压（简称输送差压）越大，随催化剂夹带的气体流量越大，吹扫进入到提升线的催化 剂流量越大由于闭锁料斗平衡阀的频繁开关，使得缓冲区的压力处于波动之中，如果不能稳定 控制缓冲区与L阀组的一次提升气的差压，势必造成催化剂输送速率的波动。

CRCS系统针对这个差压控制，设置复杂的补偿控制系统，控制两者差压为0，以 减少对催化剂循环速率的干扰2.1.3输送差压的补偿控制原理由于下平衡阀的脉冲开关，使得缓冲区的气体脉冲排放到闭锁区另外即使在下平 衡阀关闭的状态，也会有少量气体从催化剂下料立管中进入到闭锁区因此，需要 连续不断补充气体进入缓冲区，以维持缓冲区与再生L阀组一次提升气的压力相 等输送差压的补偿控制采用一个常规的差压控制阀和一个可以按照斜坡曲线运行的补 偿控制阀CRCS控制系统中，预先下装一组上下平衡阀开度（斜坡）曲线，上下平 衡阀按照唯一的这组曲线进行开关上下平衡阀动作时，阀门关闭时间短，开启时 间长补偿控制系统正常情况投用斜坡模式时，差压控制阀按照常规PID控制方 案，根据差压变化调节阀门开度而补偿阀门则依据CRCS控制系统内设置好的 斜坡曲线动作，补偿阀的斜坡曲线与上下平衡阀的开度曲线对应，在上下平衡阀开 度变化前预先进行调节异常情况下，补偿控制系统可以投用反馈模式，即补偿阀 与差压阀同时按照常规PID控制方案动作，但这时输送差压的波动较大，催化剂 的输送较不平稳补偿阀的运行有3种模式，分别是反馈模式、斜坡模式、自学习模式。

在斜坡模 式下，CRCS控制系统在初始时会提供几组基础曲线供选择，根据补偿阀在反馈模 式下处于准备阶段的开度，选取对应的斜坡曲线通常提供的斜坡曲线为从30% 开度开始，以4%为步长，直到70%的开度由于闭锁料斗的装料和卸料操作是重复的，缓冲区的压力波动也具有一定的重复性 补偿控制在投用斜坡模式下，可再进入自学习模式自学习模式是CRCS根据前 次循环的差压数据，对当前应用的斜坡曲线进行修正，产生新的更精细的补偿阀斜 坡曲线通过补偿控制系统，控制输送差压的波动进一步减小2.2氮封罐的差压控制原理如图3所示，催化剂从再生器进入到氮封罐，在氮封罐内部进行一个氮气气提除 氧的过程，氮封罐底部催化剂经过上下隔离阀后进入到闭锁料斗的分离区氮封罐 控制系统与上下隔离阀一起构成了再生隔离系统，以严格隔离再生器的氧气环境与 闭锁料斗的氢气环境氮封罐的氮气补充阀用于控制氮封罐再生器和闭锁料斗的差 压，如果其中一个差压低于0.5 kPa超过10 s，将联锁关闭再生隔离阀门补入 氮封罐的氮气分别通过催化剂输送管线向上进入再生器（与催化剂逆向流动）和向下 进入闭锁料斗（与催化剂同向流动）图3氮封罐流程（再生隔离系统）示意Fig.3 Schematic diagram of nitrogensealing tank在CRCS控制系统中氮封罐与再生器以及闭锁料斗的差压控制为两套独立的PID 控制系统，两套控制系统输出的氮气补充阀的开度进行高选，以开度最大的信号送 至控制阀处执行。

3还原段压力降低后对闭锁料斗补偿控制系统的影响3.1 CRCS控制系统中无对应的斜坡曲线供选用还原段和缓冲区的压力下降幅度较大，闭锁料斗输送差压的控制无法利用原斜坡曲 线进行斜坡模式控制，必须重新制定补偿阀新的斜坡曲线按照补偿阀斜坡曲线的制定办法，首先确定补偿阀在反馈模式下处于准备阶段的开 度然后从CRCS系统内自带的几组斜坡曲线中选取与此开度对应的斜坡曲线为 基础，下装后再进入自学习模式对此斜坡曲线进一步的修正由于缓冲区的压力在 进料换热器改造前后相差了 100 kPa以上，在补偿控制系统投用反馈模式下，补 偿阀的开度从之前的38%下降到18%CRCS系统内自带的斜坡曲线中最低是30% 开度的曲线，这意味着CRCS系统内没有斜坡曲线供选用3.2重新编制和下装斜坡曲线投用斜坡控制为解决这一难题，采取了几种办法进行尝试：（1）直接强制利用30%开度的曲线进入斜坡模式运行，但由于补偿阀开得过大导致 输送差压过大，缓冲区因低料位联锁停止催化剂输送2) 采取关小补偿控制阀前手阀开度的办法，可以使补偿阀在准备阶段的开度达到 30%选取30%开度的基础斜坡曲线投用斜坡控制，在加压阶段，即下平衡阀打 开时，缓冲区压力快速降低时，需要缓冲区大量补充气体，而补偿阀因前手阀截流 而导致缓冲区压力上升缓慢，反应还原段的气体倒串而联锁停止循环。

3) 采取人为提高还原段压力的办法还原段与一反是差压控制，进入还原段底部 的还原气体一部分与催化剂一起流动进入一反，其余部分从差压控制阀进入到重整 产物分离系统提高还原段与一反的差压后，还原气直接与催化剂进入一反的流量 增加，向上流动进行还原的气体减少，影响还原效果将还原段与一反的差压从 110 kPa提高到150 kPa后，还原段与一反的差压控制阀开度已经大幅降低，意 味着。