浅谈连续重整装置大型化设计_张方方

置在充分满足专利商工艺要求的 前提下 , 兼顾考 架对设计带来的影响 。
虑操作 、检修 、施工 、经济等几方面因素 , 通过大量 2.2 对设备的影响
摸索 、筛选和对比工作 , 对采用反应器重叠布置的
连续重整装置生产能力的提高将相应带来反
大型连续重整装置采用反应器和再生器分别设置 应器 、再生器 、加热炉 、压缩机 、换热器 、塔等设 备
7242 24
13325 15
6791 33
13615 12
14190 84
17435 28
50442
144 19830
17
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17
63785
310 18285
24
83900
505 24050
49
从表 2可以看出 :反应器采用并列式布置的 字撑 。这给管线布置和 操作检修造成了困难 , 结
装置 , 反应器框架相对较低 ;反应器采用重叠式布 构用料也较多 , 经济性降低 。 因此 , 反应器和再生
置的装置 , 反应器框架相对较高 , 且随着装置生产 器框架错位布置的方案还有待于进一步优化 。
能力的不断提高 , 该框架会更高 。
(3)对重叠布置的反应器 , 若人为降低反应器
(1)高框架的设计将对装置的工艺操作 、现场 的高径比 , 反应器内催化剂床层厚度将有所增加 ,
但这种布置 方案在 实际设计 中也碰 到了不 少困 多个反应器分别放置的 , 几个反应器单独设计 、制
难 。例如 , 由于反应 器框架和再生器框架分开布 造 、运输 。 因此 , 其设备规格相对较小 、较轻 。
置 , 每个框架 跨度较小 , 高度很高 , 造成结构稳定
目前 , 连续重整 装置的反应器和再生器多 是
关键词 :连续重整 ;大型化 ;设计
目前 , 我国在建 及拟建的千万吨级的炼油厂 中 , 各装置规模均趋于大型化 。 作为主要加工装 置之一的催化重整装置在目前的千万吨级炼油厂 中的规模多在 1.80 Mt/a以上 。
随着炼油厂趋于大型化发展 , 连续重整装置 的大型化研究日益迫切 。本文以新建 12 Mt/a原 油加工能力的炼油厂中建设的 2 Mt/a连续重整装 置的设计为例 , 针对 连续重整装置大型化所带来 的问题 , 进行分析探讨 。
设计技术
石油化工设计
Petrochemical Design
20 09,
26(2) 1 ～
5
浅谈连续重整装置大型化设计
张方方 , 张德峰
(中国石化工程建设公司 , 北京 100101)
摘要 :文章以某厂大型连 续重整装置的设计为例 , 针对连续重整装置大型化所 带来的问题 , 从工艺 操 作 、配管安装 、设备安装及制造 、节能等方 面分析该装置的设计特点 。 就 如何完善 和节能优化 该大型化 连 续重整装置的设计提出了建议 ;这些举措具有非常现实的意义 。
框架并错位布置的方案 。
大型化的问题 。
(2)对于反应器为重叠布置的大型化的连续 2.2.1 反应器及再生器
重整装置 , 在满足专 利商对转油线布置要求的前
目前国内部分连续重整装置反应器及再生器
提下 , 反应器和再生 器框架如果还是采用传统的 规格见表 2。 从表 2看出 :重叠式反应器的设备规
“一 ”字型布置方案 , 则转油线很难布置 。 错位布 格相对较长且较重 , 并列式反应器的设备规格 相
加氢 +汽提
37 55 8 106 0.35
40 2.7 2.5
＊:重整反应苛刻度以 C5 +馏分的辛烷值表示 。
从表 1看出 , 此重整反应进料中烷烃占总 进 料量的 37%, 环烷 烃占总进料量 的 55%, 芳烃 占 总进料量的 8%, 非常适合生产芳烃 。 实例装置根 据原料特性及下 游装置生 产对二 甲苯产 品的 要 求 , 其重 整 反应 苛 刻度 确 定 为 C5 +馏分 辛 烷 值 RON106, 实现最大化生产芳烃的目的 。 该装置反 应产 物中 C5 +产 品 液 体收 率 (质 量 分数 )高 于 88%, 其中芳烃 含量 (质量分数 )超 过 80%, 可 供 下游装置生产 对二甲苯约 840 kt/a, 同时还副 产 苯 、邻二甲苯及混合二甲苯等芳烃产品 。
置方案是将反应器和进料换热器布置到一个独立 对较小且较轻 , 再生器的长度比较相近 。这是 因
框架内 , 催化剂再生部分放到一个独立的框架内 , 为重叠布置的反应器通常是多个反应器重叠放置
这两个框架分开错位布置 。 这种方案的最大优点 的 , 几个反应器整体设计 、制造 、运输 。 因此 , 其设
就是转油线 能够 满足专 利商要 求 , 占地比 较少 。 备规格相对较长 、较重 ;并列布置的反应器通常是
目前 , 连续重整装置采用重整进料 /产物换热 器对重整反应产物的热量进行有 效回收 , 其性能 的好坏直接影响着加热炉和压缩机的负荷 。在国 内已开工的连续重整装置中 , 重整进料换热器大 多采用纯逆流管壳式立式换热器 。由于受制造能 力方面的限制 , 该换 热器目前单台最大换热面积 约 4000 m2, 与 其相配套的连 续重整装置 规模约 600 kt/a。随着连续重整装置规模的增大 , 只能通 过多台管壳式立式换热器并联或采用焊板式换热 器来解决换热问题 。
重整进料 /产物换热器采用传热系数高 、压降 小的焊板式换热器代替多台 管壳式立式换热器 , 可节省占地 、避免立 式换热器并联可能引起的偏 流等问题 , 且由于其传热效率高 , 因此减小了冷热 端温差 , 从而可减少 进料加热炉的热负荷及重整 产物空冷器的面积以达到节省燃料及降低用电量 的目的 ;同时 , 采用焊板式换热器也可减少设备数 量 , 使得设备制造 、运输和钢结构施工等方面的工 作量有所下降 , 也减少了工艺操作的难度 。 目前 , 国内新建的 1 Mt/a连续重整装置的重整进料 /产 物换热器采用的都是焊板式换热器 。 随着连续重 整装置的大型化 , 焊板式换热器将会广泛应用 。
2 大型化连续重整装置的设计分析 目前 , 美国环球油品公司 (简称 UOP)和法国
石油研 究院 (简称 Axens)拥有 工业化 的连 续重 整工艺技术 。 两种技术在反应器布置 、催化剂再 生方式 、催化 剂循环控 制系统 等方面 各有特 点 , 在我国建设的连续重整装置两种技术 都采用过 。 UOP和 Axens连 续 重 整 工 艺 技 术 的 主 要 不 同 在于 :
对实例装置而言 , 重整加热炉按两个箱式 炉 设计 , 即箱式炉 1为重整进料加热炉 、重整第二加 热炉 、重整第三加热炉组成的 “三合一 ”加热炉 , 箱 式炉 2为重整第一加热炉 。 2.2.4 压 缩机
连续重整装置中 , 重整循环氢压缩机和重 整 氢增压机是连续重整装置的核 心设备 。 目前 , 在 国内已开工的连续 重整装置中 , 重整循环氢压 缩 机采用的都是透平 驱动的离心式压缩机 , 重整 氢 增压机大部分采 用的是电 机驱动 的往复 式压 缩 机 。 但随着连续重整装 置的大型化 , 产氢气量 大 大增加 , 电机驱动的往复式压缩机因其易损件多 , 连续运行 周期短 , 故 障率较 高 , 占 地面积 大等 缺 点 , 在重整氢增压机上的使用越来越受到限制 , 取 而代之的透平驱动的离心式压缩机已越来越广泛 地应用 :不用备机 , 减少 设备台数 , 相应地减小 了 占地面积 , 日常维护简单 , 设备故障率低 , 也相 应 地减轻了工人的劳动强度 。新开工的 1 Mt/a以上 的连续重整装置的重整氢增压机都采用了离心式 压缩机 。
· 2 ·
石油化工设计
第 26卷
2.1 反应器布置方式的影响
技术的连续重整装置 , 装置 D、E、F、G为采用 UOP
目前国内部分连续重整装置反应器 -再生器框 技术的连续重整装置 。
架的比较见表 2。 表中装置 A、B、C为采用 Axens
表 2 目前国内部分连续 重整装置比较
项目
重整规模 /(kt· a-1 ) C5 +产品辛烷值 RON 反应器框架高度 叠式 /m 并列式 (四反 ) 再生器框架高度 /m 反应器布置形式 反应器长度 叠式 /mm 并列式 (最大 )/mm 反应器重量 /t 再生器长度 /mm 再生器重量 /t
性不好 。为了解决这个问题 , 只能将进料换热器 整体进行运输的 , 但随着连续重整装置大型化后 ,
的框架以及重整加热炉前管廊的 柱子升高 , 并且 超大型的反应器和再生器的整体运输对沿途的铁
在每层框架的四 个方向上都设置 “剪 刀 ”或 “人 ” 路 、公路 、桥梁及隧道将 提出很高要求 , 超大型 设
表 1 主要设计条件
wk.baidu.com项目
重整规模 /(kt· a-1 ) 年操作时间 /h 石脑油加氢部分流程
重整进料组成 (w), % 烷烃 环烷烃 芳烃 重整反应苛刻度 ＊ 重整平均反应压力 (表压 )/MPa
再接触条件 温度 /℃ 压力 (表压 )/MPa 外送氢气压力 (表压 )/MPa
设计条件 2000 8400
(1)反应器 的布置 :UOP采用的 是重叠式 布 置 , Axens采用的是并列式布置 。 反应器的重叠布 置与并列布置相比 , 催化剂移动距离短 , 提升次数 少 , 流程相对简单 , 占地面积小 , 反应器框架高 , 设 备安装要求高 [ 1] 。
(2)再生气循环系统 :UOP采用的是湿式催化 剂烧焦 、热循环流程 , Axens采用的是干式催化剂 烧焦 、冷循环流程 [ 1] 。 采用不同工艺技术的连 续 重整装置大型化问题将有所差别 。
第 26卷
张方方等 .浅谈连续重整装置大 型化设计
· 3 ·
备的运输费用将会大大提高 。 若对超大型设备采 用现场组装 , 则对现 场的环境及配套设施具有很 严格的要求 。 为保证设备的制造质 量和精度 , 现 场需要具备设备焊接 、X射线探伤 、设备 热处理 、 水压实验等条件 , 因 此带来的设备制造费用的增 加将是非常可观的 。 实例装置的反应器重达 505 t, 切线长达 83.9 m, 分三段运输 、现场组装 。 2.2.2 重整进料换热器
施工及检修 、装置运行 、设备常规维护等都有一定 这样对催化剂的流动将有一定影响 。随着连续重
的影响 ;同时 , 由于管线的热膨胀问题将对该框架 整装置的大型化 , 采用重叠式布置的反应器出 现
的管线布置 、钢结构的设计提 出较高要求 。 该装 了 “2 +2”的布置形式 , 在一定程度上缓解了高框
重整反应加热炉是连续重整装置中最昂贵的
单体设备 , 约占装置总投资的 15% ～ 25%。 该加 热炉的设计对于连 续重整装置降低燃料消耗 、最 大限度的回收余热 、减小压降以降低循环氢压 缩 机的动力消耗至关重要 。 随着大型炼油厂的相继 开工投产 , 大型加热炉的制造和设计方法日趋 成 熟 , 因此连续重整装置大型化后 , 在国内其重整反 应加热炉的制造和设计已经不存在问题 。
1 装置概况 实例装置以直馏石脑油 、加 氢裂化石脑油及
加氢焦化汽油为原料 , 采用连续重整工艺技术 , 经 过重整反应 , 生产富含芳烃的脱戊烷油 , 为下游的 芳烃联合装置提供原料 ;装置副产的氢气送往工 厂的氢气管网供其他用户使用 , 其他产品还有液 化气 、戊烷 、燃料气等 。装置主要设计条件见表 1。
装置 A 400 104
装置 B 600 102
装置 C 1800 105
装置 D 600 105
装置 E 800 102
装置 F 1200 102
装置 G 2000 106
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40
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42
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并列式布置 并列式布置 并列式布置
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56 重叠布置
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56 重叠布置
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67 重叠布置
111
91 重叠布置
过去,由于国内不能制造焊板式换热器 , 因 此 , 均需从国外引进 , 价格昂贵 , 工期较长 , 使其应 用受到很大限制 。目前国内自主开发的焊板式换 热器已于 2002年 9月开始陆续在一些重整装置 中使用 , 但从目前的实际运转情况看 , 尚有一些问 题需要解决 。对实例装置而言 , 重整进料 /产物换 热器若采用管壳式立式换热器 , 预计需要 4台并 联操作 , 而采用焊板式换热器 , 仅需 1台 。 2.2.3 重整反应加热炉