催化裂化裝置再吸收塔吸收劑及工藝流程改造

周?chē)?guó)明 何 藝

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油部，200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油部3 500 kt/a重油催化裂化裝置再吸收塔原設(shè)計(jì)用催化柴油(以下簡(jiǎn)稱(chēng)柴油)作為吸收劑。柴油從分餾塔(C-2201)16層抽出，經(jīng)過(guò)換熱冷卻至40 ℃時(shí)進(jìn)入再吸收塔(C-2303)的25層(或30層)，設(shè)計(jì)吸收劑的流量為120 t/h。自2012年11月29日首次開(kāi)工以來(lái)，吸收劑流量只能提高到35 t/h左右，此時(shí)再吸收塔壓降已上升至35 kPa，干氣中的C3以上組分長(zhǎng)期超標(biāo)。如果為了增強(qiáng)吸收效果而加大吸收劑的流量，吸收塔壓降就會(huì)迅速上升，干氣分液罐很快滿罐，再吸收塔出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的液泛現(xiàn)象，干氣帶液的情況更為嚴(yán)重。

1 再吸收塔液泛原因分析

1.1 塔內(nèi)件問(wèn)題

用柴油作為吸收劑時(shí)，當(dāng)流量大于35 t/h時(shí)，很快就會(huì)出現(xiàn)再吸收塔壓降升高、塔底液控閥關(guān)小、干氣分液罐液位迅速上升等現(xiàn)象。引起再吸收塔壓降上升的原因可能是塔板下液不暢，使得塔盤(pán)液層增厚，據(jù)此推斷可能是塔內(nèi)件的損壞或者脫落造成閥孔或降液管堵塞[1]。為此對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行了γ射線檢測(cè)，檢測(cè)圖譜見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出：25層塔盤(pán)的進(jìn)料口至30層上氣體區(qū)域的輻射值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正常值，說(shuō)明這些區(qū)域的液層較厚，造成了較為嚴(yán)重的霧沫夾帶現(xiàn)象，而且液體被一層層塔盤(pán)攜帶上去，一直延續(xù)至除沫器上方，進(jìn)而延伸至塔頂部切線并進(jìn)入塔頂部出氣口。正是由于液層的增厚使全塔壓降上升，夾帶的液體造成干氣分液罐很快滿罐，而25層以下輻射值很快上升至正常，說(shuō)明25層以下塔盤(pán)上液層逐漸變薄，霧沫夾帶逐層減少。從實(shí)際情況來(lái)看，塔壓上升時(shí)，再吸收塔底部液控閥逐步關(guān)小，說(shuō)明從塔盤(pán)上溢流下來(lái)的液體越來(lái)越少。

圖1 再吸收塔γ射線檢測(cè)圖譜

1.2 霧沫夾帶原因分析

通過(guò)γ射線檢測(cè)可以看出：再吸收塔霧沫夾帶現(xiàn)象主要是由于進(jìn)料口以上的塔盤(pán)上液體流動(dòng)不暢引起的，究其原因可能是由塔內(nèi)件的損壞或吸收劑本身的流動(dòng)性能差所致。

1.2.1 塔內(nèi)件損壞

由于該塔設(shè)計(jì)為單溢流形式，如果存在安裝質(zhì)量問(wèn)題，就有可能導(dǎo)致降液板之類(lèi)的大塊塔內(nèi)件脫落，使塔盤(pán)的降液管流通面積減小或造成堵塞，因而溢流量減小，該層以上的塔盤(pán)液層增厚，塔壓上升，最終導(dǎo)致霧沫夾帶。

γ射線檢測(cè)并未發(fā)現(xiàn)塔盤(pán)明顯損壞的跡象。為了驗(yàn)證塔盤(pán)降液情況，用穩(wěn)定汽油作吸收劑進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)再吸收塔的吸收效果進(jìn)行考察。

1.2.2 吸收劑問(wèn)題

柴油黏度較大，流動(dòng)性能差，如果再吸收塔以柴油作為吸收劑，會(huì)導(dǎo)致塔盤(pán)降液不暢，塔板液層厚度增加，塔壓降上升，最終造成霧沫夾帶[2]。將吸收劑改為密度較小、流動(dòng)性較好的穩(wěn)定汽油，理論上可以使塔壓降接近或恢復(fù)正常值。為此裝置臨時(shí)增加了穩(wěn)定汽油至貧吸收油調(diào)節(jié)閥之間的管線并進(jìn)行了試驗(yàn)。柴油和穩(wěn)定汽油性質(zhì)見(jiàn)表1(柴油和穩(wěn)定汽油的密度分別為0.965 g/cm3和0.737 g/cm3)。

表1 柴油與穩(wěn)定汽油性質(zhì)比較

穩(wěn)定汽油以40 t/h的流量進(jìn)入再吸收塔后，在較短的時(shí)間內(nèi)再吸收塔的壓降由35 kPa下降至13 kPa，之后將穩(wěn)定汽油量增加至100 t/h，塔壓穩(wěn)定在16 kPa。為考察不同吸收劑對(duì)吸收塔頂貧氣吸收效果的影響，對(duì)干氣進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見(jiàn)表2(干氣組成以體積分?jǐn)?shù)計(jì))。

表2 采用不同吸收劑情況下的干氣組成 %

續(xù)表2

由表2可以看出:以穩(wěn)定汽油為吸收劑，干氣中的C3、C4體積分?jǐn)?shù)由采用柴油吸收劑時(shí)的6.86%上升至7.12%，C5以上組分的體積分?jǐn)?shù)更由2.77%上升至8.91%，說(shuō)明穩(wěn)定汽油的吸收效果比柴油差，而且極易將更重的C5以上組分夾帶至干氣中。此次試驗(yàn)驗(yàn)證了再吸收塔壓降大確實(shí)是原設(shè)計(jì)作為吸收劑的柴油黏度過(guò)大、流動(dòng)性差所造成的，為今后選擇組分較輕的吸收劑提供了理論支持。

2 吸收劑更換

穩(wěn)定汽油主要組分為C5～C11，但由于C4烯烴的飽和蒸汽壓與C5烷烴很接近，用蒸汽壓來(lái)控制穩(wěn)定汽油質(zhì)量時(shí)，穩(wěn)定汽油攜帶的C4較多，使吸收劑趨于飽和，降低了吸收效果[3]。

綜上所述，根據(jù)相似相容原理，餾程與穩(wěn)定汽油接近、具有較好的流動(dòng)性、飽和蒸汽壓低、C5以下組分少的餾分適宜用作再吸收塔的吸收劑，因而決定用頂循環(huán)油作吸收劑。頂循環(huán)油性質(zhì)見(jiàn)表3(頂循環(huán)油和穩(wěn)定汽油的蒸汽壓分別為12.2 kPa和68 kPa)。

表3 頂循環(huán)油與穩(wěn)定汽油性質(zhì)比較

3 工藝改造

從頂循環(huán)油泵入口過(guò)濾網(wǎng)法蘭處接管線至貧吸收油泵入口過(guò)濾網(wǎng)法蘭處，以便用貧吸收油泵抽取頂循環(huán)油；從貧-富吸收油換熱器殼程出口管線上新增管線，連接至冷回流閥組的調(diào)節(jié)閥與下游閥之間，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 用頂循環(huán)油作為吸收劑的工藝流程

4 投用效果

4.1 再吸收塔運(yùn)行正常

2013年4月24日，頂循環(huán)油作再吸收塔吸收劑的改造項(xiàng)目開(kāi)始投用。頂循環(huán)油量為40 t/h，在較短的時(shí)間內(nèi)，塔壓從35 kPa降至13 kPa；4月25日，吸收劑量加大至100 t/h，全塔壓降穩(wěn)定在16 kPa，此后干氣分液罐基本沒(méi)有積液，可見(jiàn)再吸收塔運(yùn)行完全正常。

4.2 干氣帶液情況得到改善

頂循環(huán)油以40 t/h流量改進(jìn)再吸收塔以后，再吸收塔頂干氣流量較進(jìn)入再吸收塔的貧氣流量減少3 000 m3/h(改造前基本一致)，顯示了較好的吸收效果。由表2看出：吸收劑流量加大至100 t/h后，干氣中的C3、C4組分體積分?jǐn)?shù)由3月份平均6.86%下降至1.0%，C5以上組分的體積分?jǐn)?shù)由2.77%下降至0.23%，滿足了干氣對(duì)C3以上組分含量指標(biāo)要求。

4.3 冷回流泵可以停用

由于貧富吸收油換熱器未投用，富吸收油返塔溫度約為38 ℃，因此工藝改造后冷回流泵停用。此外，粗汽油泵至冷回流閥組流程打通，緊急情況下可立即投用冷回流。

4.4 分餾塔總壓降略有上升

頂循環(huán)油作為再吸收劑前分餾塔總壓降約為11 kPa，改造后壓降上升至18 kPa。鑒于本裝置分餾塔壓降原本偏低，且上升幅度不大，因此對(duì)氣壓機(jī)做功能力及蒸汽用量無(wú)太大影響。

4.5 經(jīng)濟(jì)效益

從干氣組成的變化可以看出：原先干氣中C3、C4組分的體積分?jǐn)?shù)約占6.86%，C5以上組分占2.77%；改用頂循環(huán)油作為補(bǔ)充吸收劑后，干氣中的C3、C4占1.0%，C5以上組分占0.23%，以干氣、液化氣和汽油產(chǎn)品的價(jià)格分別為1 600，6 100,5 390元/t計(jì)，則年增加經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)9 000多萬(wàn)元。

5 結(jié)論

用催化頂循環(huán)油作為再吸收塔吸收劑，從根本上解決了由于柴油黏度大和流動(dòng)性小造成的再吸收塔霧沫夾帶問(wèn)題。此外，干氣組成恢復(fù)正常后，增加了高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)率，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少了霧沫夾帶造成生產(chǎn)波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，使下游裝置的操作更加平穩(wěn)，可以為存在類(lèi)似問(wèn)題的裝置提供借鑒。

[1] 李東風(fēng),張吉瑞.催化蒸餾法干氣制乙苯工藝的研究[J].石油化工,2001(9):669-671.

[2] 高玉蟬,王連義,馮志霞.大慶催化裂化干氣的利用[J].黑龍江石油化工,1997(3):8-10.

[3] 張可偉.重油催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)流程改進(jìn)及操作優(yōu)化[J].石油煉制與化工,2007(12):16-19.