浅谈连续重整装置大型化设计

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 M t/ 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 M t / a原 油加工能力的炼油厂中建设的 2 M t/ 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 。
重整氢增 压机采用离心式压缩机后 , 装置的 蒸汽能耗占全装置的比例也超过了电耗 。在实例 装置中 ,重整循环氢压缩 机及 重整氢增压机均按 蒸汽驱动的离心式压缩机设计 。根据全厂蒸汽平 衡情况 ,重整循环氢压缩机突破性的采用 9. 5 M Pa 蒸汽背压至 3. 5 M Pa蒸汽的背压透平驱 动 ,重整 氢增压机采用常规的 3. 5 M Pa蒸汽驱动的凝气透 平 ,在实现蒸汽逐级利用的同时 ,较大程度地降低 了装置的能耗 。 2. 2. 5 塔
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 400 0 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 。
(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 : UO P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 。
字撑。这给管线布置和操作检修造成了 困难 ,结 构用料也较多 ,经济性降低 。因此 ,反应器和再生 器框架错位布置的方案还有待于进一步优化 。
(3)对重叠布置的反应器 ,若人为降低反应器 的高径比 ,反应器内催化剂床层厚度将有所增加 , 这样对催化剂的流动将有一定影响。随着连续重 整装置的大型化 ,采用重 叠式 布置的反应器出现 了“2 + 2”的布置形式 ,在一定程度上缓解了高框 架对设计带来的影响 。 2. 2 对设备的影响
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 。
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 装置 ,反应器框架相对较低 ;反应器采用重叠式布 置的装置 ,反应器框架相对较高 ,且随着装置生产 能力的不断提高 ,该框架会更高 。
(1)高框架的设计将对装置的工艺操作 、现场 施工及检修 、装置运行 、设备常规维护等都有一定 的影响 ;同时 ,由于管线的热膨胀问题将对该框架 的管线布置 、钢结构的设计提出较高要求 。该装 置在充分满足专利商工艺要求的前提下 , 兼顾考 虑操作 、检修 、施工 、经济等几方面因素 ,通过大量 摸索 、筛选和对比工作 ,对采用反应器重叠布置的 大型连续重整装置采用反应器和再生器分别设置 框架并错位布置的方案 。
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 M t / 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 。
目前 ,连续重整装置的反应器和再 生器多是 整体进行运输的 ,但随着连续重整装置大型化后 , 超大型的反应器和再生器的整体运输对沿途的铁 路 、公路 、桥梁及隧道将提出很高要求 , 超大型设
第 26卷
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张方方等 . 浅谈连续重整装置大型化设计
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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
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 UO P)和法国
石油研究院 (简 称 A xens)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 。 UO P 和 Axens连 续 重 整 工 艺 技 术 的 主 要 不 同 在于 :
设计技术
石油化工设计 Petrochem ical Design
200
9
,
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 。
连续重整装置生产能力的提高将相应带来反 应器、再 生器 、加热炉 、压缩机 、换热器 、塔等设备 大型化的问题 。 2. 2. 1 反应器及再生器
目前国内部分连续重整装置反应器及再生器 规格见表 2。从表 2看出 : 重叠式反应器的设备规 格相对较长且较重 ,并列 式反 应器的设备规格相 对较小且较 轻 ,再生器的长度比较相 近。这是因 为重叠布置的反应器通常是多个反应器重叠放置 的 ,几个反应器整体设计 、制造 、运输 。因此 ,其设 备规格相对较长 、较重 ;并列布置的反应器通常是 多个反应器分别放置的 ,几个反应器单独设计 、制 造 、运输 。因此 ,其设备规格相对较小 、较轻。
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。
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
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
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 M t / 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 。
表 1 主要设计条件
项目
重整规模 / (k t·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 3 重整平均反应压力 (表压 ) /MPa 再接触条件 温度 / ℃ 压力 (表压 ) /MP a 外送氢气压力 (表压 ) /MPa
设计条件 2000 8400
加氢 +汽提
37 55 8 106 0. 35
40 2. 7 2. 5
3 : 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 3 7% ,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。
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
28 42 并列式布置
27 42 并列式布置
40 55 并列式布置
67
56 重叠布置
71
56 重叠布置
83
67 重叠布置
111
91 重叠布置
7242 24
13325 15
6791 33 13615 12
14190 84
17435 28
50442
144 19830
17
55332
155 19830
17
63785
(2)对于反应器为重叠布置的大型化的连续 重整装置 ,在满足专利商对转油线布置 要求的前 提下 ,反应器和再生器框架如果还是采 用传统的 “一 ”字型布置方案 ,则转油线很 难布置 。错位布 置方案是将反应器和进料换热器布置到一个独立 框架内 ,催化剂再生部分放到一个独立的框架内 , 这两个框架分开错位布置 。这种方案的最大优点 就是转油线能 够满足 专利商 要求 , 占地 比较 少。 但这种布置方 案在实际设 计中 也碰到 了不少 困 难 。例如 ,由于反应器框架和再生器框 架分开布 置 ,每个框架跨度较小 , 高度很高 ,造成 结构稳定 性不好 。为了 解决 这个问题 ,只能将进 料换热器 的框架以及重整加热炉前管廊的柱子升高 , 并且 在每层框架的四个方向 上都设置“剪刀 ”或“人 ”
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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 2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 A xens 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