费托合成循环换热分离器工艺技改对比及分析

费托合成循环换热分离器工艺技改对比及分析

李军伟

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司煤制油分公司费托合成一车间，宁夏灵武  750411）

摘要：循环换热分离器是费托合成的核心设备，它的平稳运行关系着费托合成系统的稳定运行，宁煤项目循环换热分离器为了节省设备投资和空间，把换热器和分离器合二为一，合并设计为循环换热分离器，换热器内件由 ZIEPACK（阿法拉伐）公司设计制造。煤制油公司费托合成循环换热分离器自投产以来，循环换热分离器在实际运行过程中与设计偏差较大，内件堵塞严重，热侧压差大，重质油气分离效果差，换热效果差，产物分离不彻底等，已严重影响装置的满负荷长周期安稳运行，针对目前工况，提出将循环换热分离器技改成换热器与分离器分开的工艺设计，技改后运行效果良好，实现了满负荷运行。现对技改前后工艺运行参数进行对比分析。

关键词：工艺技改；对比

1技改前装置存在的问题

1.1热侧压差高

按照设计，循环换热分离器热侧压差＜100KPa，实际运行中压差在300-335KPa，远大于设计值＜100KPa，压差大主要原因是催化剂进入换热器板束，板束通道堵塞严重，造成气流不畅，堵塞现象越严重，热侧压差越高，反应器的负荷越低。

1.2重质油分离效果差

按照设计要求，换热器高温油气出口温度为125℃，实际运行中达到145-165℃，说明大量重组分进入后系统，重质油分离效果差，负荷越高，换热器的分离效果越差，高温油气出口携带重质油越多。造成以下几个问题：（1）大量重质油进入空冷器，堵塞换热管束，空冷器负荷增加，空冷器运行台数增加，夏季空冷器负荷不足，在实际运行过程中，分离越不彻底，空冷器运行台数越多；(2)大量重质油进入后系统，造成轻质油中夹带重质油，由于重质油黏度大且轻质油管线无伴热，大量重质油在冬季易凝固堵塞管线，同时造成轻质油泵外送负荷增加；（3）重质油中夹带大量催化剂进入后系统，设备管路堵塞严重。（4）换热器内件堵塞严重，设备交出难度大，检修费用昂贵；（5）重质油带水严重，重质油进入汽提后，水吸收大量热量，造成汽提塔底温度偏低，同时汽提塔设计压力低，水进入后有突沸的风险，存在严重安全隐患。

2技改前后工艺对比

2.1技改前工艺

技改前宁煤项目循环换热分离器为了节省设备投资和空间，把换热器和分离器合二为一，合并设计为循环换热分离器，换热器内件由 ZIEPACK（阿法拉伐）公司设计制造。循环换热分离器工艺原理：费托反应器产出的高温油气从循环换热分离器顶部进口进入设备内部板式换热器壳程，循环压缩机来的循环气+H2+净化气混合后从设备侧面进口进入内部板式换热器管程，在板式换热器完成逆向换热，高温油气被冷却后再进入到设备下部分离器完成气液分离，分离出的气相进入空冷器冷却，液相重质油进入汽提塔进行汽提提纯。

2.2技改后工艺

技改前，由于循环换热分离器内件损坏严重、重质油分离效果不佳、板束堵塞严重以及维修费用高等原因，考虑将换热与分离设备分开设计，技改成列管式换热器+多因子旋风分离器进行换热与分离。技改后工艺原理：费托反应器产出的高温油气从循环气换热器顶部进口进入设备管程，循环压缩机来的循环气+H2+净化气混合后从设备侧面进口进入壳程，在换热器完成逆向换热，高温油气被冷却后再进入到重质油分离器气液分离，分离出的气相进入空冷器冷却，液相重质油进入汽提塔进行汽提提纯。

3技改后数据对比及分析

3.1物流数据对比

改造前后满负荷工况下的主要物流数据对比：氢气流量、合成尾气流量、脱碳净化气物流流量改造前后相近，但改造后的净化气流量与循环气量提高，转速降低约614rpm，透平蒸汽降低约5t/h，且仍具有较大的提负荷弹性（额定转速8227rpm），主要原因是改造后系统阻力降大幅下降，有利于提高循环气量和降低压缩机透平能耗。

3.2工艺指标对比

改造后入塔气温度等指标明显优于改造前，主要表现在：

（1）入塔气温度大幅提高26.4℃，热侧出口温度降低了31.8℃，说明改造后列管式换热器换热能力大幅提高，入塔气温度和热侧出口温度能够达到设计值；

（2）热侧压差降低约248.9kPa，总压差降低156kPa，说明改造后的循环气换热器和重质油分离器压差大幅下降，达到了设计值要求；

（3）下汽包和上汽包的产汽比为1.45，与设计值1.50接近，且总产汽量增加10.7t/h，说明反应器上、下段温度更均匀，催化剂床层分布也更均匀，下段不易发生超温，有利于反应器控制，产汽量明显增加。

（4）分布器压差大幅增加了74.2kPa,主要原因是分布器长期运行存在堵塞，且此次检修后在安装过程中分布器与下底板间距变小造成进气阻力变大。

3.3产品指标对比

改造后轻质油、重质油样品液态清透，重质油馏程接近设计值，但轻质油馏程明显收窄，终馏点温度大幅降低约46.4℃，说明技改增加的多因子旋风重质油分离器分离效果明显改善，有利于降低后系统油气空冷器（尤其冬季）、轻质油分离设备和管线及仪表阀门的堵塞风险，提高了装置长周期运行的安稳性。

3.4性能指标对比

    改造前反应单程转化率高于改造后，主要是由于循环比低造成。改造后的总包转化率与改造前相近，理论上改造后循环比增大其总包转化率也应相对高，但由于满负荷运行期间，自上游来的合成气中有效气含量仅为97.71%，较改造前低1%，且天气温度高，透平真空度偏高，限制了压缩机提转速及循环比，造成改造后实际总包转化率略低。

4结束语

通过技改，装置运行好转，换热器分离效率高，解决了重质油带水、换热器堵塞以及轻质油带重质油的现象，轻质油泵负荷降低，冬季管线无凝固堵塞现象，减少非计划停车次数，大大降低检修费用，单台反应器达到设计值满负荷运行，运行稳定，各项参数基本接近设计值。

参考文献

1.谭天恩，化工原理：上册，第3版，北京：化学工业出版社，2006

2.谭天恩，化工原理：下册，第3版，北京：化学工业出版社，2006

3.丁洁等编，化工工艺设计，上海，科学技术出版社，1989

4.赵国芳主编，化工工艺设计概论，原子能出版社，1990

5.百万吨煤制油项目循环换热分离器 运行问题及解决措施

史 聪，王 江，杨 英

6.费托合成循环换热分离器运行中存在问题及技术改造 刘吉平