催化裂化裝置干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}分析及對(duì)策

朱 亞 東

(中國(guó)石化荊門(mén)分公司，湖北 荊門(mén) 448039)

催化裂化裝置干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}分析及對(duì)策

朱 亞 東

(中國(guó)石化荊門(mén)分公司，湖北 荊門(mén) 448039)

對(duì)催化裂化裝置干氣再吸收塔氣體帶液的問(wèn)題進(jìn)行了分析，認(rèn)為在以密度較高的催化裂化柴油為吸收劑時(shí)，再吸收塔內(nèi)形成了相對(duì)較嚴(yán)重的發(fā)泡體系。數(shù)套工業(yè)運(yùn)行裝置采用頂循環(huán)油代替柴油作為吸收劑后，不僅消除了干氣攜帶柴油的問(wèn)題，而且吸收效果得到明顯改善，建議推廣以頂循環(huán)油代替輕柴油作為干氣再吸收塔吸收介質(zhì)的技術(shù)改造。

催化裂化 干氣 再吸收塔 液體夾帶 吸收劑 頂循環(huán)油 輕柴油

催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)中，吸收塔采用粗汽油和穩(wěn)定汽油作為吸收劑，從吸收塔塔頂出來(lái)的氣體中還含有少量C5以上組分(吸收劑組分)和C3、C4組分。設(shè)置再吸收塔的主要目的是通過(guò)再次吸收回收上述組分，再吸收塔的吸收劑國(guó)內(nèi)通常采用催化裂化柴油。近幾年來(lái)多套催化裂化裝置的干氣再吸收塔都出現(xiàn)了干氣帶液?jiǎn)栴}，柴油吸收劑流量在達(dá)到設(shè)計(jì)值之前(多數(shù)只能達(dá)到設(shè)計(jì)流量的1/3到1/2)，就出現(xiàn)了塔頂干氣夾帶大量柴油的現(xiàn)象。對(duì)于這些塔盤(pán)在此工況下的氣相負(fù)荷及液相負(fù)荷核算，表明都沒(méi)有超出塔盤(pán)的設(shè)計(jì)彈性范圍。通過(guò)降低柴油吸收劑的流量，可以減少干氣帶液情況，但吸收效果變差，裝置的經(jīng)濟(jì)效益受到損失。

1 催化裂化干氣再吸收塔帶液現(xiàn)象分析

1.1 再吸收塔帶液現(xiàn)象

表1為幾套催化裂化裝置干氣再吸收塔帶液的典型故障現(xiàn)象。

從干氣再吸收塔出現(xiàn)夾帶液體現(xiàn)象的過(guò)程看，是在逐步提高液相進(jìn)料流量后，發(fā)生了干氣大量夾帶液體的情況，屬于較典型的降液管液泛。E催化裂化裝置出現(xiàn)干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}時(shí)，柴油吸收劑流量只能達(dá)到設(shè)計(jì)值的1/3，利用射線掃描技術(shù)進(jìn)行了診斷。再吸收塔共有30層塔盤(pán)，兩個(gè)柴油進(jìn)料口分別在塔頂?shù)?0層塔盤(pán)和25層塔盤(pán)，掃描時(shí)工況為干氣大量夾帶柴油。掃描結(jié)果顯示塔盤(pán)無(wú)故障，只是在液相進(jìn)料口上下幾層塔盤(pán)的液層高度高于其它塔盤(pán)，并存在嚴(yán)重霧沫夾帶情況，甚至在經(jīng)過(guò)塔頂除霧器(破沫網(wǎng))后仍有夾帶情況。而塔下部的塔盤(pán)，沒(méi)有泡沫跡象，即不存在因氣相線速過(guò)高導(dǎo)致的霧沫夾帶。也就是說(shuō)，塔盤(pán)降液管只允許較低流量的液體通過(guò)，流量超過(guò)的部分從進(jìn)料口下部幾層塔盤(pán)開(kāi)始累積，形成降液管液泛。

表1 幾套催化裂化裝置干氣再吸收塔帶液故障現(xiàn)象

1.2 降液管液泛的原因分析

降液管液泛的原因可能是施工錯(cuò)誤導(dǎo)致降液管的底隙過(guò)小，或降液管內(nèi)有雜質(zhì)堵塞等造成降液管流通能力不足。但是從發(fā)生液泛?jiǎn)栴}的再吸收塔停工檢查中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些情況。C裝置(3.0 Mt/a常規(guī))將吸收劑由催化裂化柴油更換為頂循環(huán)油后，帶液情況就消失了。A催化裂化裝置在柴油溫度過(guò)低情況下發(fā)生帶液，溫度提高后帶液情況也消失了。說(shuō)明吸收劑的黏度和表面張力等性質(zhì)影響到塔盤(pán)降液管液體的流通能力。E裝置(3.5 Mt/a MIP)在不停工情況下，通過(guò)接跨線采用頂循環(huán)油代替柴油作為干氣再吸收塔的吸收劑后，吸收劑流量提高到設(shè)計(jì)值，解決了干氣帶液?jiǎn)栴}。

從以上實(shí)例看，同樣結(jié)構(gòu)的降液管在采用兩種不同吸收劑的情況下，流通能力相差較大。在塔盤(pán)設(shè)計(jì)中，水力學(xué)核算時(shí)會(huì)根據(jù)體系發(fā)泡的傾向，設(shè)計(jì)相應(yīng)的閥孔線速和降液管底隙等參數(shù)。對(duì)于發(fā)泡體系，塔盤(pán)上形成的泡沫層會(huì)隨液相進(jìn)入降液管，如果降液管的面積或板間距不夠大，泡沫不能及時(shí)破碎，導(dǎo)致液體夾帶泡沫通過(guò)降液管的阻力加大，降低降液管的液體流通能力，反過(guò)來(lái)會(huì)進(jìn)一步增加塔盤(pán)上液層高度，形成降液管液泛。

隨著重油催化裂化技術(shù)的發(fā)展，催化裂化裝置原料的重質(zhì)化程度及反應(yīng)深度不斷加大，催化裂化柴油中芳烴含量及密度有了明顯增加。特別是采用高轉(zhuǎn)化深度的催化裂化工藝(如MIP等)后，柴油的性質(zhì)更差，密度更高。而再吸收塔的水力學(xué)核算設(shè)計(jì)中，柴油吸收劑性質(zhì)大多是根據(jù)以往的數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)，如果實(shí)際運(yùn)行中柴油的性質(zhì)較設(shè)計(jì)有較大的變化，就可能導(dǎo)致干氣再吸收塔帶液。

由于催化裂化裝置的原料不同，反應(yīng)深度不同，柴油的發(fā)泡傾向也有所不同。例如B裝置在以直餾蠟油為原料時(shí)，干氣再吸收塔運(yùn)行正常，而原料中摻入加氫焦化蠟油后，柴油密度增大，就開(kāi)始出現(xiàn)帶液情況。為進(jìn)一步分析不同介質(zhì)的發(fā)泡傾向，利用潤(rùn)滑油抗泡性能試驗(yàn)的裝置對(duì)中國(guó)石化荊門(mén)分公司催化裂化柴油、催化裂化頂循環(huán)油、直餾柴油、焦化柴油、加氫精制柴油等進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同油品介質(zhì)的性質(zhì)

注： 柴油抗泡結(jié)果為24 ℃下泡沫數(shù)據(jù)，例如40/0(mL)是指在24 ℃下吹氣5 min泡沫體積為40 mL，靜止10 min后泡沫體積為0 mL。

從表2數(shù)據(jù)看：催化裂化柴油的密度最高，發(fā)泡情況也最嚴(yán)重，是催化裂化頂循環(huán)油和中間基原油直餾柴油的2倍；柴油經(jīng)過(guò)加氫精制后，硫、氮和芳烴等被脫除，密度降低，發(fā)泡傾向也大大降低。

綜上所述，發(fā)生干氣再吸收塔帶液的主要原因是對(duì)催化裂化柴油容易發(fā)泡的特性考慮不周，塔盤(pán)設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮到吸收劑性質(zhì)的差異造成的。

2 解決目前干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}的對(duì)策

在表1中幾個(gè)案例的現(xiàn)象，進(jìn)一步佐證在以柴油作為干氣再吸收塔吸收劑時(shí)，塔內(nèi)形成了一種嚴(yán)重發(fā)泡的體系。實(shí)際運(yùn)行中解決帶液?jiǎn)栴}，采用了以下措施：①降低閥孔線速減少泡沫形成。降低閥孔的線速，則會(huì)減少泡沫的數(shù)量。例如：D催化裂化裝置在出現(xiàn)夾帶情況后，在改造中提高塔盤(pán)的開(kāi)孔率，閥孔線速降低50%。②改變體系吸收劑的性質(zhì)，也會(huì)減少泡沫的生成。C催化裂化裝置將吸收劑由柴油改為頂循環(huán)油，由于頂循環(huán)油形成的泡沫減少，夾帶問(wèn)題也得到解決。類(lèi)似驗(yàn)證的案例有B催化裂化裝置，在催化裂化原料變差后，柴油密度增加，發(fā)泡傾向增加，開(kāi)始出現(xiàn)夾帶問(wèn)題。③提高吸收劑的溫度，降低發(fā)泡的傾向。A催化裂化裝置在吸收劑溫度降低的情況下，出現(xiàn)夾帶情況。當(dāng)提高吸收劑溫度后，發(fā)泡的傾向降低，也消除了夾帶問(wèn)題，但對(duì)吸收效果不利。

解決催化裂化裝置干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}，主要有兩種方法。一種是從塔器設(shè)計(jì)中進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于催化裂化柴油-干氣這種嚴(yán)重發(fā)泡體系，需要選擇更低空塔線速、更低的閥孔線速，較大的降液管面積；或者采用新型塔盤(pán)，如塔盤(pán)上為清液層的立體傳質(zhì)塔盤(pán)[1]。提高降液管面積，在降液管內(nèi)增加除泡沫措施等[2]。另一種是更換吸收劑，改變體系的發(fā)泡性能，例如改用密度更低的重石腦油或者頂循環(huán)油。

3 催化裂化干氣再吸收塔的不同吸收劑流程對(duì)比

國(guó)內(nèi)外的催化裂化裝置設(shè)計(jì)中，再吸收塔根據(jù)吸收劑的不同主要分為兩種流程：第一種是采用輕柴油作為吸收劑，吸收輕組分后的富吸收油返回到柴油抽出口上方塔盤(pán)，構(gòu)成了吸收油回流。國(guó)內(nèi)催化裂化裝置大多數(shù)采用這種流程，這種流程也為UOP公司所采用，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“流程一”[3]。還有一種選擇是采用重石腦油，即在催化裂化主分餾塔塔頂與柴油抽出塔盤(pán)之間，設(shè)置一個(gè)重石腦油循環(huán)回流，抽出的重石腦油經(jīng)取熱降溫后作為干氣再吸收塔吸收劑，吸收后的富吸收油返回主分餾塔[4]。美國(guó)SWEC公司和KBR公司的催化裂化技術(shù)中均采用這一流程。這種流程在國(guó)內(nèi)引進(jìn)的幾套重油催化裂化裝置中使用，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“流程二”。流程二示意如圖1所示。

圖1 重石腦油作為干氣再吸收塔吸收劑的流程示意

國(guó)內(nèi)催化裂化裝置在生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際中，從改善再吸收塔的吸收效果角度出發(fā)，將催化裂化頂循環(huán)油作為干氣再吸收塔的吸收劑，在國(guó)內(nèi)數(shù)套催化裂化裝置長(zhǎng)期應(yīng)用，吸收效果優(yōu)于柴油，還具有汽油/柴油分割精度提高，減少柴油汽提塔汽提蒸汽等優(yōu)點(diǎn)[5-7]。并由此在“流程一”的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了“流程三”。3種分餾系統(tǒng)流程對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 分餾系統(tǒng)流程對(duì)比

注：塔盤(pán)編號(hào)為從下至上數(shù)。

從表3可以看出，“流程一”采用輕柴油(汽提或者不汽提)作為吸收劑，“流程二”采用重石腦油為吸收劑。這兩種分餾流程有較大的差別，特別是作為干氣再吸收塔吸收劑的性質(zhì)方面具有較大的差別。

利用PRO-Ⅱ軟件對(duì)“流程三”和“流程二”各組分性質(zhì)進(jìn)行模擬的結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，“流程二”中作為吸收劑的重石腦油較“流程三”中頂循環(huán)回流組分的餾程要重一些。對(duì)重石腦油及頂循環(huán)油作為干氣再吸收塔吸收劑的效果進(jìn)行流程模擬，結(jié)果表明兩者吸收效果基本相當(dāng)。

表4 兩種流程下組分恩氏蒸餾模擬數(shù)據(jù) ℃

4 不同吸收介質(zhì)對(duì)吸收效果的影響

根據(jù)吸收的原理，吸收劑的選擇要按照“相似相溶”原則，對(duì)于以吸收汽油組分為主的再吸收塔，重石腦油較輕柴油更為合適。國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)90年代中期以前，催化裂化柴油的密度(20 ℃)多數(shù)在0.83～0.90 g/cm3之間，而目前催化裂化柴油密度(20 ℃)多數(shù)為0.93～0.96 g/cm3，已經(jīng)超過(guò)了催化裂化裝置原料的密度。相對(duì)應(yīng)的催化裂化柴油氫含量也明顯低于原料，其族組成也表明催化裂化柴油主要由多環(huán)芳烴組成，在作為干氣的吸收劑方面與理想吸收劑的要求越來(lái)越遠(yuǎn)。另一方面，其黏度、表面張力等性質(zhì)也發(fā)生變化，形成的泡沫穩(wěn)定性更強(qiáng)，增大了干氣帶液的可能性。

催化裝置頂循環(huán)油作為干氣再吸收塔吸收劑最初目的是改善吸收效果，實(shí)際應(yīng)用中同時(shí)發(fā)現(xiàn)其具有減少干氣帶液的作用。特別是E裝置(3.5 Mt/a MIP)干氣再吸收塔在線將吸收介質(zhì)由柴油改造為頂循環(huán)油后，解決了干氣帶液?jiǎn)栴}，同時(shí)保證了吸收效果。

對(duì)于國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的催化裂化裝置分餾系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)，都具備將干氣再吸收塔的吸收劑由輕柴油改為頂循環(huán)油的條件。針對(duì)干氣再吸收塔帶液?jiǎn)栴}，相比于對(duì)塔盤(pán)進(jìn)行技術(shù)改造的方案，采用頂循環(huán)油作為吸收劑的方案可實(shí)現(xiàn)一舉多得的功效。

5 結(jié) 論

(1) 由于催化裂化原料變重及反應(yīng)深度的加大，柴油的密度較以前增加較多。在以柴油作為干氣再吸收塔吸收劑時(shí)，塔內(nèi)形成一種嚴(yán)重發(fā)泡的體系，容易發(fā)生降液管液泛情況，導(dǎo)致氣體大量夾帶柴油的情況發(fā)生。

(2) 國(guó)際上催化裂化的主要專(zhuān)利技術(shù)商如KBR、SWEC等都采用重石腦油為再吸收塔的吸收劑。國(guó)內(nèi)部分催化裂化裝置進(jìn)行了催化裂化頂循環(huán)油作為吸收劑改造，改造后消除了干氣帶液情況，并表現(xiàn)出頂循環(huán)油的吸收效果好于輕柴油，同時(shí)具有節(jié)能和汽油/柴油分割精度好等優(yōu)點(diǎn)。

(3) 根據(jù)國(guó)內(nèi)大多數(shù)催化裂化裝置分餾系統(tǒng)的流程，建議采用頂循環(huán)油代替柴油作為干氣再吸收塔的吸收劑，在不增加塔徑或塔盤(pán)改造的情況下，消除干氣帶液，提高吸收效果。

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ANALYSIS AND MEASUREMENT FOR ENTRAINMENT OF DRY GAS REABSORBER IN FCCU

Zhu Yadong

(JingmenCompany，SINOPEC，Jingmen，Hubei448039)

The problem of LCO absorbent entrainment of dry gas reabsorber in FCCU is analyzed. It is thought that relative serious foam system formed in the reabsorber is the reason for the entrainment when the high density FCC LCO is used as an absorbent. After the replacement of FCC LCO absorbent with top cycle oil， the liquid entrainment of dry gas is eliminated and the absorption efficiency is improved greatly. It is suggested to use top cycle oil as absorbent for FCC dry gas reabsorber to eliminate entrainment and improve absorption efficiency.

FCC； dry gas； reabsorber； entrainment； absorbent； top cycle oil； light cycle oil

2014-02-10； 修改稿收到日期： 2014-04-11。

朱亞?wèn)|，在中國(guó)石化荊門(mén)分公司從事催化裂化裝置工藝技術(shù)管理工作，現(xiàn)任副總工程師、生產(chǎn)處處長(zhǎng)，曾獲中國(guó)石油化工集團(tuán)公司科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)，公開(kāi)發(fā)表論文10余篇。

朱亞?wèn)|，E-mail：facecat@sohu.com。