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乙烯装置碳二加氢反应器改造及开车条件优化

更新时间:2009-03-28

四川石化800kt/a乙烯装置采用S&W公司专利技术,分离单元采用前脱丙烷前加氢工艺流程。本装置碳二加氢单元由三台绝热式反应器串联组成,设计连续运行5年,没有考虑在线再生或备用反应器,碳二加氢反应器出口产品规格乙炔含量要求小于0.5ppmv,其流程见图1。

1 碳二加氢反应器流程

由于国内同类装置同种催化剂反应器在开车过程中出现了不同程度的反复飞温现象,故本乙烯装置在开工前反复研究并借鉴国内其他同类装置开车经验和教训,对反应器本体进行了必要的改造,同时优化裂解气压缩机五段出口防喘振控制方案和催化剂钝化方案。经过精心的调整和控制,碳二加氢反应器实现既定开车目标,现就反应器改造及开车条件优化进行分析和总结,为今后同类装置开车提供参考。

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1 碳二加氢反应器改造与开车条件优化

1.1 反应器内部结构的改造

碳二加氢反应器内部共有热电偶12对,按照高度不同分成4组,每组3对热电偶呈120°均匀排列。热电偶的支撑为长方形角钢,角钢的平面与流体流动方向垂直见图2,在反应器进料时会在支撑平面的下方引起涡流,影响反应和传热效果,同时也会增大反应器的流体阻力,降低反应器总体气相空速,故对该支撑进行部分改造,削掉了支撑与物料垂直的平面,使其既能起到原有的支撑作用,同时又降低了对物料流动的干扰。图3为改造后的热电偶支撑俯视图,和图2相比,与物料流动方向垂直的支撑角钢平面被削掉。

经过改造,降低了物料在反应器内的不规则流动,在一定程度上减小了因此而引起的物料反应、传热不均匀等现象,与国内同类装置同种催化剂反应器原始开车情况相比较,本装置碳二加氢反应器原始开车反应器的飞温次数得到有效的抑制。

针对国内同类装置开车失败教训,本装置做出了碳二加氢反应器开车失败后的预案,在裂解气压缩机三段入口干气回收线上配制了一条合成气(CO与H2,比例约1∶1)注入线,用于碳二加氢反应器催化剂的钝化以及反应器开车时进料中CO浓度的调整。通过调整合成气注入量控制碳二加氢反应器一段入口CO浓度,从而控制反应器内乙炔加氢的反应程度,使床层温度均匀分布,消除局部热点,降低反应器原始开车过程中的飞温风险。

1.2 裂解气压缩机五段防喘控制方式的优化

为保证反应器的总空速在要求范围之内,经过严格的论证和实验,参考同类装置在开车过程中的教训和经验,决定改变裂解气压缩机五段防喘C/D阀的控制方式,即C/D阀既可以进行分程控制(见图4分程控制投用图。信号0%~50%,D阀开度0%~100%;信号50%~100%,D阀开度100%~0%,C阀开度0%~100%),同时也可以分别进行单独控制(见图4分程控制禁用后逻辑关系图,可通过手动给定数值分别控制D阀和C阀开度)。在裂解气压缩机的开车过程中,五段防喘C/D阀分程控制以保证压缩机的安全运行,而在碳二加氢单元开车时,裂解气压缩机运行与防喘阀的开度相对稳定,此时将压缩机五段防喘C/D阀解除分程关系,分别单独控制,一方面要满足裂解气压缩机五段防喘总循环量的需求;另一方面满足碳二加氢反应器在开车时对于反应总气相空速的要求。通过对防喘C阀的单独调节,可以有效控制开车期间反应器入口乙炔的浓度。单独控制的C阀和D阀输出同时与压缩机防喘PID调节输出数据进行高选,以保证压缩机的安全运行,具体控制见图4。

  

2 改造前热电偶支撑俯视图

  

3 改造后热电偶支撑俯视图

1.3 催化剂钝化与进料CO浓度的控制

进料为12579 kmol/h ,100%负荷的SOR详细原料组成见表1。

乙烯装置采用天然气开车的模式,冷区预冷完成后逐渐增加投油量,当装置负荷增加至90t/h且高压脱丙烷塔调整合格后,投用碳二加氢反应器。在投用合成气注入管线后,A床反应器入口升温曲线见图5。

  

4 裂解气压缩机五段防喘控制

本乙烯装置于2014年2月投料试车,碳二加氢反应器共飞温3次。在投用裂解气压缩机三段合成气(CO和H2,比例约1∶1)注入管线钝化催化剂并控制反应器入口CO浓度后,碳二加氢反应器顺利开车成功

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2 反应器开车总结与分析

2.1 原料组成

为了防止开车时反应器飞温,碳二加氢催化剂在投料前用CO进行钝化。通常在反应器床层入口和出口导淋注入CO,该方案的局限性在于CO无法在反应器床层均匀分布,催化剂的钝化程度不一致,影响开车时床层的温度分布。且在反应器开车时,床层中预先注入的CO随着物料流失,反应器升温时物料中CO浓度无法保持在规定值,增大系统开车飞温的风险。催化剂钝化还可以通过在裂解炉进料中注入甲醇从而使裂解气中的CO稳定在期望值,该方案的局限性在于无法进行精确调整以及调整的滞后性,在操作上有较大的难度。

2.2 开车及标定

本装置碳二加氢催化剂厂家要求反应器进料在操作压力下,CO含量在1000~1500ppm(体积含量)之间。乙烯装置开工前一周,在碳二加氢反应器出入口导淋通过钢瓶注入CO,以便床层内催化剂与CO进行充分接触钝化。备用2倍计划的CO钢瓶数量,便于反应器飞温后催化剂重新钝化时使用。

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当碳二加氢A床反应器开始反应后,同时对B床和C床进行升温操作,反应合格后,各床层乙炔分配率大致为:50%~60%、38%~45%、2%~5%。

 

1 100%负荷的SOR详细原料组成 (mol%)

  

SOR/化合物Inlet入口Hydrogen氢气16.756Carbon-mon-oxide一氧化碳0.074Methane甲烷26.498Acetylene乙炔0.676Ethylene乙烯36.035Ethane乙烷5.531Methyl-acety-lene丙炔0.158Propadiene丙二烯0.2Propylene丙烯13.117Propane丙烷0.6761,3-Butadiene1,3-丁二烯0.008Butenes丁烯类5.531Butanes丁烷类0.158

  

5 反应器开车A床入口升温曲线

由图5可知,A床反应器在38℃时即发生了反应,此时反应器升温速率降低,当A床反应器入口温度达到50℃后,温升速率控制在约1℃/h。当反应器开始反应后,调整合成气注入量,逐渐降低反应器入口物料中CO浓度。在反应器升温过程中,CO浓度以200~300ppm /h速率逐步降低到正常值。随着碳二加氢反应的进行,在裂解气压缩机五段防喘循环物料稀释的作用下,反应器床层入口乙炔浓度逐渐下降。乙烯装置进料负荷稳定在175t/h,碳二加氢反应器反应合格时,A床入口乙炔浓度约为2500ppm,此时A床反应器入口温度约63℃。

观察组患者在采取雌激素联合甲硝唑治疗后,所取得的治疗效果明显要高于对照组单纯采用甲硝唑,其中观察组患者治疗的总有效率为93.3%,对照组患者治疗总有效率为66.7%,组间比较,差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

装置标定期间催化剂性能考核参数见表2。

 

2 100%负荷装置标定催化剂性能考核

  

日期R-1360A入口温度(℃)入口乙炔含量乙炔选择性(%)MAPD转化率(%)2014/9/1167648680.2048.402014/9/1167663379.1045.602014/9/1268653181.1047.002014/9/1268632178.9046.70

由表2可知,催化剂活性处于反应初期阶段,反应器出口乙炔含量达标,乙炔加氢选择性和MAPD转化率均达到了催化剂厂家保证值。

2.3 反应器开车过程中存在的问题和建议

在碳二加氢反应器开工期间,C床反应器床层飞温两次,且热点位置均为反应器上部中心同一温度监测点。经反复研究论证后推测,反应器C床飞温是受反应器顶部进料分布器影响所致。反应器上部温度监测点设置位置较高,在设计催化剂装填高度时,为保证该测温点正常工作,反应器催化剂实际装填高度比设计值略高,导致催化剂与反应器顶部进料分布器之间的间距变小。反应器进料经顶部分布器后形成涡流,导致反应器顶部中心催化剂处空速下降,从而造成反应器飞温。打开C床反应器后,对其上部催化剂重新进行平整,并取出一部分催化剂,重新开车时飞温问题解决,反应器运行正常。

基于以上原因,建议同类装置碳二加氢反应器在催化剂装填时务必保证催化剂与进料分布器的高度差,同时建议在进料分布器底部安装二次分布器,以降低进料扰动对催化剂的影响。改造前后进料分布器对比见图6。

  

6 反应器进料分布器改造前后对比

3 结语

乙烯装置碳二加氢反应器于2014年2月份投用,并于2014年9月份完成标定工作,至2015年1月份停车局部检修。通过对碳二加氢反应器催化剂的深入研究、精心调控和精细管理,创造首次开车连续运行300多天的记录,并在检修之后一次性开车成功,且碳二加氢反应器自投用至床层出口乙炔含量合格仅历时5小时。

 
李磊,刘益材,刘军
《化工设计》 2018年第02期
《化工设计》2018年第02期文献
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