异丁烷脱氢反应器原料气分配器和提升管检修

何元庆

摘 要：介绍天亿石化异丁烷脱氢装置试生产期间，异丁烷脱氢反应器出现催化剂循环量不足和异丁烷单程转化率达不到设计指标，处理能力达不到设计产能的情况。在装置检修过程中对原料气分配器、提升管十字分配器和限位支撑存在的问题进行原因分析，并就采取的一系列改进措施有效性进行论述。

关键词：异丁烷脱氢;反应器;原料气分配器;提升管;改进措施

0 引言

天亿石化10万t/a异丁烷脱氢装置于2019年3月建成投產，到2020年2月，装置因内、外因素等不同原因停工4次。每次停工都打开反应器进行检查，并有不同程度的检修，主要是对反应器内器壁、内件衬里脱落的拆除和修复，以及内件振动、冲刷造成的焊缝开裂修复、加固等。本文仅对2020年2月停工检修中反应器原料气分配器、提升管十字分配器、限位支撑的焊缝开裂、脱落原因进行分析，并就采取的一系列改进措施有效性进行论述。

1 异丁烷脱氢工艺简介

目前国内外成功工业应用的异丁烷脱氢工艺有固定床、移动床、流化床三类。上海河图工程股份有限公司开发的流化床烷烃脱氢工艺，采用中科院兰州化学物理研究所流化床烷烃脱氢催化剂，类似FCC双器流化床反应--再生技术。该工艺具有如下优点：①催化剂对异丁烯选择性高，耐磨损、机械强度高，寿命长，价格低;②流化床反应器与固定床反应器相比，可以实现在较高温度下长周期稳定操作，异丁烯选择性高，处理能力大，反应温度控制容易等。

异丁烷脱氢工艺中，反应器和再生器是该工艺的核心设备，鉴于上述优点，天亿石化使用该烷烃脱氢工艺，其反应--再生部分流程简述如下：

来自原料预处理部分的异丁烷组分与来自MTBE单元返回的循环异丁烷混合后送至原料分液罐气化，原料气与反应油气换热后进入反应进料加热炉，加热至反应温度后进入流化床反应器，与高温催化剂逆流接触进行脱氢反应。

积炭的待生催化剂自反应器床层和旋风分离器料腿进入汽提段，在此汽提催化剂所携带的油气，汽提后的催化剂沿待生输送管经待生滑阀进入再生器。在再生器内与向上流动的主风接触，完成催化剂的烧焦再生。再生催化剂经再生输送管经再生滑阀返回反应器，在氮气的提升下，完成催化剂加速、分散过程，然后与原料气接触。

2 检修前反应器存在的问题

2.1 工艺参数异常

①建成进入试生产阶段以来，频繁的出现催化剂循环量不足的情况;②异丁烷单程转化率达不到设计指标，处理能力达不到设计产能。

2.2 反应器内部检查发现的主要问题

①原料气分配器衬里脱落严重，原料气分配器支管多处磨穿，多个喷嘴磨损严重，支管端部堵板角焊缝开裂;②提升管十字分配器衬里脱落，提升管的四根限位角钢有2根脱落、1根弯曲变形。

3 存在问题原因进行分析

结合运行期间存在的工艺异常情况和反应器内部检查发现的问题，经与原设计院多次讨论分析，原因主要有以下几点：①原料气分配器喷嘴通量小，原料气喷出速度大，支管末端采用角焊缝焊接堵板，焊接强度不足，反应器运行时堵板角焊缝开裂，造成原料气冲刷到提升管，原料气分配器和提升管都产生振动、原料气分配器衬里脱落;②提升管的结构为头重脚轻，反应器运行时催化剂冲刷、提升管的振动大，造成十字分配器衬里脱落，提升管振动造成四根限位角钢受力过大，部分角焊缝开裂、限位角钢掉落和弯曲变形;③反应器内件衬里、提升管限位支撑等大件物体掉落，卡在下方的原料气分配器和所提段棚栏上，造成反应器内催化剂出现流化、堵塞通道，引起催化剂循环量不足，从而导致异丁烷单程转化率达不到设计指标，处理能力达不到设计产能。

4 改进措施及有效性分析

通过分析造成反应器工艺参数异常和内件损坏的原因，主要从减少振动、加强焊接质量及内件支撑受力强度方面，研究制定了多项针对性改进措施，并进行了改进施工。

4.1 反应器原料气分配器改进

由于原原料气分配器存在问题较多，本次检修改进设计，进行整体更换，图1为原料气分配管改进前的结构，图2为原料气分配管改进后的结构。

①扩大喷嘴的通径大小，减少喷嘴数量，同时改进喷嘴的分布方式和原料气喷射方向，减少原料气喷射对喷嘴的磨损和喷射作用力造成的原料气分配管振动;②在原料气分配器支管下方增加与主管连接的弧形支撑管，支撑并减小支管振动;③原原料气分配器存在支管末端堵板角焊缝开裂的情况，改进为末端采用成品管帽对焊焊接，保证其焊接质量和强度。

4.2 提升管十字分配器和限位支撑改进

由于提升管振动大，本次检修增加了对十字分配器的限位措施及提升管原限位支撑型式进行改进和加强。图3为提升管十字分配器和限位支撑改进前的结构，图4为提升管十字分配器和限位支撑改进后的结构。

①十字分配器增加假管，在器壁上增加4组限位板，限制提升管顶部十字分配器的振动位移量;同时分配管支撑由原来的斜三角支撑方式修改为90度弧形支撑，起支撑、减振作用;②原提升管限位支撑是在器壁生根，用4根角钢（末端焊接护板）悬挑限位，本次修改为4组槽钢悬挑（末端焊接限位管）限位，加强其受力强度和改进受力方式。

5 结语

异丁烷脱氢装置反应器各种技术和使用项目很多，也有同类反应器存在相似的问题。天亿石化经过多次的停工检查、检修，通过不断的讨论、经验积累和摸索，对造成反应器工艺参数异常和内件结构损坏的原因已有较充分的撑握。本文借检修之机会，分享本次制定和实施的针对性改进措施，以期达到改善催化剂循环量、提高异丁烷单程转化率和产能，保证反应器长周期稳定操作的效果。

参考文献：

[1]吴云龙.异丁烷脱氢装置中掌形件耐火隔热衬里失效分析及改进措施[J].石油化工设备技术，2017，38（6）：61-66.

[2]张松光.丙烷脱氢反应器耐材检修[J].石化技术，2018 （11）：19-20.

[3]赵文涛，付连祥.Oleflex异丁烷脱氢装置运行问题分析与对策[J].炼油技术与工程，2019，49（3）：38-42.

[4]陈国平.连续重整装置长周期生产中存在的问题及措施[J].石油炼制与化工，2010，41（5）：19.