采用立體傳質(zhì)塔板CTST 技術(shù)改造催化裂化分餾塔

賈少磊

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）山東石大科技集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng)257061）

山東石大科技集團(tuán)有限公司催化裂化裝置于2002年進(jìn)行了國(guó)內(nèi)首次兩段提升管改造，蠟油的加工能力由15萬(wàn)t／a提高到18萬(wàn)t／a。隨著催化裂化加工量的增加，原料及產(chǎn)品分布的變化，催化分餾塔操作能力達(dá)到極限，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，汽柴油組分重疊嚴(yán)重，并時(shí)常出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象。針對(duì)上述存在的問(wèn)題，公司采用河北工業(yè)大學(xué)研究開(kāi)發(fā)的新型、大通量、高效塔盤(pán)——立體傳質(zhì)塔板CTST技術(shù)［1］對(duì)催化裂化分餾塔進(jìn)行了改造。與傳統(tǒng)塔板相比，立體傳質(zhì)塔板傳質(zhì)空間大，傳質(zhì)效果好。同時(shí)，由于分離板的作用使傳質(zhì)后的氣液兩相能分離徹底，大幅度減少了霧沫夾帶量，降液管的泡沫層高度隨之降低。尤其是立體傳質(zhì)塔板有較大的開(kāi)孔率和較大的操作區(qū)間，適于塔的擴(kuò)能改造，只需將塔板換成立體傳質(zhì)塔板，塔殼無(wú)需更換，即可大幅度提高產(chǎn)能。因此，該塔板的推出即刻被諸多煉油化工企業(yè)采用，并取得了較好的效果［2－5］。山東石大科技集團(tuán)有限公司催化裂化裝置經(jīng)過(guò)改造，分餾塔操作平穩(wěn)，裝置處理能力大幅提高，產(chǎn)品質(zhì)量合格，操作彈性提高1倍，取得了較好的應(yīng)用效果。本文通過(guò)對(duì)立體傳質(zhì)塔板基本原理及在其催化裝置分餾塔上的實(shí)際應(yīng)用的簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)其他煉化企業(yè)有所幫助。

1 立體傳質(zhì)塔板CTST技術(shù)

1.1 立體傳質(zhì)塔板工作原理［1］

CTST塔板是一種新型高效噴射型塔板，它的結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)，核心部件是一個(gè)梯形噴射罩。噴射罩的橫截面為矩形，端板為梯形，噴射板上部開(kāi)有噴射孔，噴射板下端與塔板間為液體進(jìn)入罩內(nèi)的通道，噴射板的上部裝有分離板，在噴射板與分離板間設(shè)氣液通道，如圖1所示。

圖1 CTST塔板結(jié)構(gòu)

CTST塔板在塔內(nèi)的排布如圖2所示。氣體自塔板上的矩形孔進(jìn)入噴射罩內(nèi)，在板孔處縮流形成低壓區(qū)。液體在罩體內(nèi)外壓差作用下，自罩底間隙進(jìn)入罩內(nèi)，在塔板至罩頂完成傳質(zhì)過(guò)程。在塔板上氣液經(jīng)歷拉膜→破碎→碰頂折返→噴射→對(duì)噴→分離6個(gè)過(guò)程，CTST的塔板間的空間利用率可達(dá)到20%～60%。由于結(jié)構(gòu)特殊，霧沫夾帶量和水平方向吹入的漏液量減少，提高了塔板的處理能力和操作彈性，塔板上氣液傳質(zhì)效率得到有效提高。

1.2 塔板性能特點(diǎn)

1.2.1 塔板通量大

CTST的氣體通道—塔板開(kāi)孔為矩形，單孔面積大，矩形孔大于40mm×120mm，開(kāi)孔率超過(guò)20%。在分離板的作用下，噴射出的氣液得到有效分離，減小了霧沫夾帶，較大程度提高操作上限。

圖2 CTST塔內(nèi)布置圖

1.2.2 塔板效率高

氣液在罩內(nèi)及罩外充分接觸，氣體把液體分散成小液滴，提高了氣液兩相接觸面積，在激烈的噴射工況下，使液滴的表面不斷更新，以維持高的傳質(zhì)、傳熱推動(dòng)力。

1.2.3 操作彈性大

CTST塔板在開(kāi)孔率11%時(shí)，CTST的操作下限為板孔動(dòng)能因子4.7～6.3，操作上限為34，其操作彈性達(dá)到5.4～7.2。相對(duì)而言，F(xiàn)1浮閥塔板下限為4.0～4.8，操作上限為17，其操作彈性僅為3.4～4.3。

1.2.4 抗堵塞能力好

由于CTST的流通空間大，空間利用效率高，不容易被大顆粒、易結(jié)焦、易自聚的物料堵塞。

1.2.5 塔板壓降低

由于CTST塔板特殊的噴射型操作工況，CTST塔板的單板壓降比較低，相同負(fù)荷下比F1浮閥塔板低20%以上。

1.2.6 節(jié)省投資，改造方便，施工周期短

采用CTST進(jìn)行新塔設(shè)計(jì)，在同樣生產(chǎn)能力及分離要求的條件下，可節(jié)省設(shè)備投資30%以上。

2 CTST塔板在催化裂化分餾塔上的應(yīng)用

2.1 分餾塔概況

催化裂化裝置分餾塔規(guī)格尺寸為Φ2 000×42 050，29層單流BVT蝶型浮閥塔盤(pán)，分餾塔示意圖見(jiàn)圖3，其工藝流程為：反再系統(tǒng)沉降器來(lái)的反應(yīng)油氣進(jìn)入分餾塔底部，通過(guò)人字型擋板與循環(huán)油漿逆流接觸，洗滌反應(yīng)油氣中的催化劑并脫除過(guò)熱，使油氣呈飽和狀態(tài)進(jìn)入分餾塔上部進(jìn)行分餾。塔頂為富氣和粗汽油，側(cè)線有輕柴油和回?zé)捰停诪橛蜐{。分餾塔內(nèi)多余的熱量分別由塔頂循回流、中段回流及油漿循環(huán)換熱系統(tǒng)取走。

圖3 催化裂化主分餾塔示意圖

我們對(duì)分餾塔基礎(chǔ)工況進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，主要存在以下問(wèn)題。

2.1.1 塔盤(pán)效率低

工藝核算結(jié)果表明分餾塔的實(shí)際操作效率只有65%左右，操作點(diǎn)嚴(yán)重偏離了塔板最佳操作工況。受塔板開(kāi)孔率的影響，塔內(nèi)部液相在塔板上分布不均勻，很容易出現(xiàn)溝流的現(xiàn)象。氣相進(jìn)入塔板時(shí)分布也不均勻，氣液相不能充分接觸使塔板的傳質(zhì)效率降低，而且在霧沫夾帶大的情況下，氣體不能很好地在降液管內(nèi)從液相中及時(shí)分離出來(lái)，使塔板的傳質(zhì)效率進(jìn)一步降低。

2.1.2 分餾塔操作彈性小

催化裂化裝置處理量提高到18萬(wàn)t／a后對(duì)分餾塔進(jìn)行水利學(xué)模擬計(jì)算。結(jié)果顯示分餾塔的操作彈性為30%～40%，顯然不能滿足分餾平穩(wěn)操作的需要。

2.2 改造方案

（1）充分利用現(xiàn)有設(shè)備。現(xiàn)有塔體及塔內(nèi)支撐件全部利用現(xiàn)有裝置設(shè)備。

（2）采用大通量、高效立體傳質(zhì)塔CTST。原塔塔體、降液板、支撐圈和位置等不變的情況下將29層浮閥塔板全部更換為立式傳質(zhì)塔板CTST型塔板。

（3）改造后，分餾塔設(shè)計(jì)加工能力為裝置進(jìn)料25t／h，并達(dá)到70%～120%的操作彈性，即裝置進(jìn)料為17.5～30t／h。汽油和柴油蒸餾餾程合格，汽油干點(diǎn)控制在190～205℃；柴油95%點(diǎn)控制在325～335℃。

2.3 應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)改造后的分餾塔一次開(kāi)車(chē)成功，分餾塔操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格。改造前后催化裂化裝置物料平衡數(shù)據(jù)對(duì)比如表1，分餾塔操作條件對(duì)比如表2所示。

表1 物料平衡數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 分餾塔操作條件對(duì)比

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果和生產(chǎn)過(guò)程可以得知：

（1）CTST塔板加工能力大，改造后比改造前處理量提高了3t／h；

（2）采用CTST塔板，塔板上的汽液相分布合理，產(chǎn)品收率提高，液化氣和汽油收率均提高0.3%左右，總液收提高0.66%，同時(shí)干氣和油漿收率都有所降低；

（3）汽柴油重疊消失，自改造以來(lái)，再未出現(xiàn)過(guò)柴油抽不出及汽油中含有柴油組分的現(xiàn)象；

（4）CTST塔板壓降低，從分餾塔操作條件對(duì)比可以看出，采用CTST塔板，分餾塔壓降低6kPa；

（5）CTST塔板抗干擾能力強(qiáng)。分餾塔改造完成后運(yùn)行平穩(wěn)，分餾塔沒(méi)有出現(xiàn)沖塔現(xiàn)象；

（6）操作彈性大。采用CTST塔盤(pán)設(shè)計(jì)進(jìn)料量范圍17.5～30t／h，操作彈性達(dá)到了70%～120%。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）CTST塔板技術(shù)成功地應(yīng)用于兩段提升管催化裂化分餾塔的擴(kuò)能改造，提高了該裝置的處理能力、改善了產(chǎn)品質(zhì)量，且操作彈性提高了1倍。

（2）通過(guò)對(duì)催化裂化分餾塔的改造，液化氣和汽油收率均提高0.3%左右，總液收提高0.66%，同時(shí)干氣和油漿收率都有所降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

（3）針對(duì)催化裂化主分餾塔的具體特點(diǎn)，采用CTST塔板技術(shù)，體現(xiàn)了節(jié)約改造投資、縮短施工周期及節(jié)能降耗等設(shè)計(jì)原則，拓寬了催化裂化分餾塔擴(kuò)能改造的思路。

［1］李柏春，李春利，呂建華，等.立體傳質(zhì)塔板［P］：中國(guó)，ZL012219215，2001.

［2］呂建華，劉繼東，張文林，等.立體傳質(zhì)塔板CTST技術(shù)及其在煉油裝置中的應(yīng)用［J］.化工進(jìn)展，2006，25（增刊）：13－16.

［3］呂建華，張文林，劉繼東，等.立體傳質(zhì)塔板（CTST）水力學(xué)性能與吸收塔的應(yīng)用［J］.化工進(jìn)展，2005，24（增刊）：135－138.

［4］張文林，李柏春，呂建華，等.立體傳質(zhì)塔板在氣體分餾裝置的應(yīng)用 ［J］.煉油技術(shù)與 工程，2003，33（11）：48－49.

［5］張明超.立體傳質(zhì)塔盤(pán)在減壓塔底汽提段的應(yīng)用［J］.硅谷，2009（13）：117.