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青岛炼化│S Zorb装置低负荷运行出现的问题及对策

发表时间: 2021-07-19 09:05:09

作者: 炼油化工技术与装备网

来源: 化工活动家

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导读:S Zorb装置累计处理国内50%以上的催化裂化汽油,是汽油供应中的重要环节。人们一直努力追求装置的高负荷运行,却少有关注如何维持装置长期低负荷平稳运行。中国石化青岛炼化1.5Mt/a S Zorb装置自2015年首次开工即实现了四年一修的长周期运行目标,2020年2月,因新冠肺炎疫情影响,装置逐渐从181t/h降至116t/h,维持65%的低负荷运行,但在降量过程和维持低负荷运行期间,装置出现了一些影响生产的设备瓶颈和操作难题。对装置低负荷运行时出现的设备瓶颈和操作难题进行分析并提出对策,为同类装置提供经验参考。

(一)装置低负荷运行时出现的问题

01.设备瓶颈

S Zorb装置进料由汽油(催化裂化汽油或储运汽油)和氢气(循环氢和新氢)两部分组成,原则上降量以氢油比为参考比例同时降低汽油和氢气进料量,但是过低进料量将会对设备造成以下影响。

(1)进料与反应产物换热器(E101)两列并联换热器在低负荷下易发生偏流,一旦发生偏流,将会引起反应器进料温度的剧烈波动和因局部温度过高产生结焦结垢、高温法兰泄漏等,从而影响装置的处理量和长周期运行。

(2)反应进料加热炉(F101)进料分4路进入加热炉,低负荷运行时存在物料在各进料管线分布不均的问题,易导致炉管物料偏流,一旦发生偏流,将会引起炉管局部过热结焦或者局部空管加热使炉管破损。另外低负荷运行时反应所需加热炉提供的热量降低,导致加热炉烟气氧含量难以控制,热效率下降,由平常95.5%降至91.3%;加热炉烟气排烟温度过低,存在露点腐蚀风险。

(3)低负荷运行时反应器底部分配盘泡罩压力差由正常33~37kPa降至17~22kPa,若长时间低于17kPa运行,容易导致吸附剂进入泡罩。一旦吸附剂进入泡罩会造成泡罩严重磨损,甚至磨穿、破裂或掉落,从而使反应器内局部流化态被破坏,造成吸附剂大量破损并倒串至进料管线,导致脱硫能力下降。

02.反应器温升过高/过滤器压差升高

(1)装置降量至120t/h时,反应器温升快速升高,一段床层温升由正常时5.3℃升至10.1℃,二段床层温升由6.5℃升至12.5℃,反应器存在“飞温”风险。

分析原因:低负荷下运行,吸附剂载硫量下降,活性逐渐增强,反应深度加大,到达临界点后,反应器内脱硫反应减弱,烯烃加氢反应加剧,是反应器温升升高的主要原因。加上低负荷下为了防止E101和F101的偏流问题和为避免调整负荷时循环氢流量波动触发低流量联锁(联锁值不大于6400m3/h),装置不得已采用“低负荷、高氢油比”的操作方式,使反应器氢分压增大,从而促使烯烃加氢反应的发生,烯烃加氢反应的加剧不但造成反应器温升加快,还导致产品汽油辛烷值损失加大。

(2) 在低负荷运行过程中反应器过滤器ME101的压力差相对有上涨趋势。分析原因:频繁提降量使反应器稳定工况被破坏,压力和线速的不断变化使反吹压力和反应器压力的压力差不稳定,导致ME101的永久滤饼受到冲击,从而影响过滤器的使用寿命。

03.再生器过烧导致下料不畅

低负荷运行一段时间后,再生器温度突然降低,由正常生产时510~530℃降至237~380℃,并且再生烟气氧含量也随之升高。

随后再生器底部下料滑阀出现多次下料不畅,化验分析,再生吸附剂粒径下降较快。分析原因:由于低负荷运行,待生吸附剂载硫明显降低,再生器再生过程中容易出现过烧,使硫、碳含量降低,导致吸附剂可燃物含量急剧下降,从而使再生器温度下降,再生氧含量随之升高,并且富氧环境将导致吸附剂硅酸锌含量增加。当吸附剂碳含量较低时,吸附剂的流动失去润滑剂,造成下料不畅,并使吸附剂磨损增大,导致吸附剂粒径下降较快。

04.闭锁料斗运行故障

(1)低负荷运行时反应器接收器(D105)收料困难,使吸附剂循环收料时间过长,并且吸附剂循环出现卸料不完全现象,导致闭锁料斗运行出现故障。分析原因:装置在前期为提高效益,采取反应器低藏量运行,但在降量过程和低负荷运行时反应器线速较低,导致D105收料困难;在反应器降压过程中,循环氢压缩机出口压力调整不及时,使压缩机出入口压差小于0.5MPa,导致吸附剂出现多次卸料不完全现象。

(2)因为降量过程和低负荷运行时D105收料困难,因此当卸料至闭锁料斗后,其锥部无法被吸附剂完全覆盖,容易导致锥部法兰受气提及松动氢气冲刷磨损,存在泄漏着火风险。

(3)当吸附剂碳含量较低时,吸附剂流动失去碳润滑,导致吸附剂在管线中流通不畅,特别是再生器接收器(D107)下料滑阀容易堵塞,也是导致闭锁料斗运行故障的一个重要原因。

05.稳定塔提温困难且产品带水

当进料量达到120t/h时,稳定塔塔顶温度由正常生产时120℃左右降至55℃左右,甚至出现塔顶气相冷凝器(E202)用循环水倒加热的现象,随后精制汽油检测出微量水,分析原因如下。

(1)稳定系统由于前期节省蒸汽,停运了塔底再沸器和进料加热器。

(2)由于装置负荷低,稳定塔冷、热进料温度各降低10℃左右。

(3)为了维持稳定塔正常操作,防止“冲塔”现象的发生和防止汽油轻组分的损失,塔压不能降至0.55MPa以下。

以上3个原因使稳定塔温度降低,当稳定塔塔顶温度降至60℃以下时,塔顶回流罐脱液频次明显降低,导致汽油中微量水不能通过塔顶汽提出去,造成塔底精制汽油产品带水现象的发生。

(二)低负荷运行应对措施及建议

01.解决设备瓶颈

(1)为了防止E101,F101偏流和泡罩的磨损,同时为了避免低负荷时循环氢流量波动触发低流量联锁,装置降量以降低汽油进料量为主,适当提高氢气进料量,即“低负荷、高氢油比”的操作方式来进行;当进料量低于120t/h时回炼部分精制汽油,保证反应进料量不低于130t/h。

(2)通过调整反应器压力提高反应器线速,控制线速在0.28~0.34m/s,从而提高E101管程线速和泡罩压力差,防止胶质在E101管束内结焦,防止泡罩压力差低于18kPa;亦可在原料中注入防结焦剂,降低E101结焦速率。

(3)加强监控:加强E101G和E101H管程出口温度监控,确保两温度点温差不大于20℃,确保E101A和E101D壳程出口温度点温差不大于30℃。

(4)由于F101负荷低,氧含量、热效率难以控制。解决措施:及时调整反应器压力和吸附剂活性,适当提高加热炉负荷;现场及时调整二次风门,确保加热炉效率不低于93%;加热炉排烟温度低,可以适当开大空气预热器烟气跨线阀。

02.防止反应器升温过高/过滤器压差升高

(1)控制反应器温升的根本办法是控制反应深度,其主要方法是降低吸附剂活性,吸附剂载硫对反应的影响见表1。

操作中遵循“反应器高藏量高载硫”“再生器低藏量低配风”“闭锁料斗低料位快循环”的操作思路。

(2)在反应进料提、降量操作时,严格遵循“提量先提压、降量后降压、控制好线速”的原则,根据反应进料量实时调节反应系统压力,控制反应线速0.28~0.34m/s。由于反应器内影响烯烃饱和反应的因素是吸附剂活性及高的氢分压,因此在控制辛烷值损失的操作中优先确保反应器的良好流化,再控制较高的待生吸附剂载硫,然后调节氢分压。

(3)为了保护ME101的设备和滤饼在不断调量和调压过程中不受冲击,提降量不应大于5t/h;控制反应器线速在以上规定范围内,并及时调整反吹压力,按反应器压力PI2101的2.06倍控制;控制反吹温度不得低于240℃。

03.防止再生器过烧和下料不畅

(1)再生器在低负荷运行时容易使吸附剂过烧,过烧后吸附剂因失去碳润滑而下料不畅,通过及时观察再生器燃烧温度、烟气氧含量和化验分析吸附剂硫、碳含量判断吸附剂的燃烧程度;以反应器床层的温升变化为导向,配合进料和产品的在线硫含量分析仪和配风系数(总硫的10~12.5倍)及时调整配风量;通过调整再生器氮气配量和再生器压力,维持再生器线速大于0.25m/s。

(2)控制再生温度不过低,以保证再生效果。应对措施:控制再生器低料位(30%~35%);降低取热盘管取热水量,必要时将取热盘管取热介质改为蒸汽或氮气,避免盘管干烧,造成盘管损坏泄漏;根据吸附剂硅酸锌含量调整新鲜吸附剂置换频率,保证吸附剂活性。

(3)控制吸附剂载硫、碳含量在合理范围内,可以在低负荷运行条件下保证辛烷值损失可控,也可以减小吸附剂循环对管线及过滤器的冲刷腐蚀,保护吸附剂,防止过烧。

04.防止闭锁料斗运行故障

(1)适当提高反应器藏量,延长闭锁料斗循环时间(从25min/次延长至35min/次),保证D105收料正常,在反应器藏量和线速能满足D105收料的情况下可恢复或缩短闭锁料斗循环时间,遵循低负荷下“反应器高藏量、高载硫、低料位、快循环”的操作思路。

(2)降低吸附剂循环量,闭锁料斗收料设定不大于7%/次,防止料位过低造成锥部法兰过度磨损和降低吸附剂的循环磨损;降低D105横管吹扫氢气量,由40m3/h下调至15m3/h,锥部松动氢气量由40m3/h下调至10m3/h,气提氢气量由660m3/h下调至560m3/h,以降低管线冲刷腐蚀。

(3)在反应系统降压过程中,缓慢操作,避免造成循环氢量波动触发联锁;为了保证闭锁料斗循环,及时调整循环氢压缩机K101出口压力,控制压力差在0.6MPa以上,使循环氢量控制阀FIC1102大于8%阀位,给自动调控留出可控范围。

05.低负荷运行对稳定系统的影响及措施

(1)稳定塔顶温度低和产品带水的问题,首先选择降低塔压,减小回流,降低精馏段负荷的常规操作,使氢气和水从塔顶蒸出,控制塔顶压力在0.57~0.75MPa,回流量可根据情况间断性停止,控制塔顶温度70℃以上。

(2)由于塔压过高将无法汽提,塔压过低(低于0.55MPa)将造成汽油中轻组分大量气化,增加冲塔风险和影响产品收率,还将影响产品辛烷值损失。回流降至0后,问题依然没有彻底解决,考虑精制汽油部分循环,将进料量提至140t/h。

(3)投用塔底再沸器以保证稳定塔温度,或者建议将稳定塔进料换热器E205进料蒸汽在稳定塔底重沸器上增加跨线,单独投用E205进料换热器,增加稳定塔进料温度。

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