烷基苯裝置脫烷烴塔效率下降原因分析及改進措施

(中國石化 金陵石化有限公司 烷基苯廠， 江蘇 南京 210046)

經(jīng)驗交流

烷基苯裝置脫烷烴塔效率下降原因分析及改進措施

蔣鋒

(中國石化 金陵石化有限公司 烷基苯廠， 江蘇 南京 210046)

對烷基苯裝置脫烷烴塔分離效果的影響因素進行了分析，指出分離效果不佳的原因是由塔內(nèi)件設(shè)計、分配器以及填料選型等方面存在問題所導(dǎo)致。采取了增加閃蒸進料器、更換三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器以及更改新型填料等措施，工業(yè)應(yīng)用的結(jié)果表明，塔頂烷基苯的損失小于0.5%(質(zhì)量分數(shù))且塔底粗烷基苯中不含烷烴，這兩項指標均達到預(yù)期工藝設(shè)計的目的。在烷基苯回收率得到大幅度提高的同時，整個烷基苯裝置的操作費用也有所降低。

烷基苯裝置； 脫烷烴塔； 分離精度； 故障診斷； 改進措施

金陵石化烷基苯廠烷基苯聯(lián)合裝置于1976-10全套引進美國環(huán)球油品公司(UOP)技術(shù)，由意大利歐洲技術(shù)公司承包，采用了脫氫-烷基化工藝生產(chǎn)烷基苯，初始設(shè)計生產(chǎn)能力為5萬t/a，經(jīng)過2010年擴能改造，生產(chǎn)能力達到15萬t/a。

脫烷烴塔的作用是將未反應(yīng)的烷烴與粗烷基苯分離。UOP原設(shè)計要求，脫烷烴塔的塔頂餾出物中不含烷基苯，塔底產(chǎn)品粗烷基苯中烷烴的質(zhì)量分數(shù)不得大于0.5%。2011年，烷基苯裝置擴能改造至20萬t/a后，該塔分離效果一直不佳，塔頂烷基苯損失質(zhì)量分數(shù)平均為2%，文中對此進行了討論與分析。

1 烷基苯裝置簡介[1]

1.1

工作原理

烷基苯聯(lián)合裝置由脫氫單元和烷基化單元組成，脫氫單元主要是將C10～C13直鏈烷烴脫氫后，含質(zhì)量分數(shù)10%左右的脫氫油送至烷基化單元，烷基化單元采用氫氟酸-烷基化法，在催化劑氫氟酸存在的條件下，苯和C10～C13直鏈烷烯烴混合物中的烯烴進行烷基化反應(yīng)，生成工業(yè)直鏈烷基苯的混合物，經(jīng)過脫苯、脫烷烴、烷基苯精餾等過程，制取高質(zhì)量的工業(yè)直鏈烷基苯。

氫氟酸-烷基化法工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氟化氫-烷基化法工藝流程示圖

1.2脫烷烴塔簡介

脫烷烴塔為負壓操作，壓力在8 kPa(絕)附近，其流程示意圖見圖2。

塔頂端設(shè)置一段接觸式全凝段，內(nèi)部裝填規(guī)整填料，用冷回流接觸取熱，冷凝后進入頂部集油箱，被塔頂泵抽出，第一部分作為熱回流至精餾段上方，第二部分作為塔頂出料返回至脫氫單元重復(fù)使用，第三部分進入冷卻器被冷卻后以冷回流進冷凝段循環(huán)取熱。塔底粗烷基苯送至下游分餾塔進行精制。

若該塔分離不好，頂部烷烴中烷基苯含量過高，除了產(chǎn)品損失外，還會使脫氫單元的脫氫催化劑結(jié)焦失活加快，影響運轉(zhuǎn)周期，同時還造成產(chǎn)品烷基苯質(zhì)量下降。塔底的烷基苯對烷烴含量有著嚴格要求，超過0.5%(質(zhì)量分數(shù))即視為產(chǎn)品不合格。

圖2 脫烷烴塔流程示圖

2011-11，烷基苯裝置擴能改造時，對脫烷烴塔進行了整體更換。更換后塔分離效果不佳，塔頂中烷基苯的質(zhì)量分數(shù)大約為2%，造成一定的烷基苯損失。2012-04，再次對該塔內(nèi)件進行檢查整改，但分離效果未見好轉(zhuǎn)。為此，提出了在脫烷烴塔下游串聯(lián)1個附加塔(烷烴再分離塔)的解決方案。

經(jīng)過此次改造后，脫烷烴塔降溫操作，保持塔頂烷烴中含少量烷基苯(小于0.5%)，塔底約含8%烷烴的粗烷基苯送至烷烴再分離塔進行再次分離。烷烴再分離塔頂帶少量烷基苯物料返回至脫烷烴塔，塔底粗烷基苯送至下游裝置繼續(xù)分離，保證了塔底物料烷烴含量不大于0.5%。

2013-10，針對脫烷烴塔分離效果不佳，增加1個烷烴再分離塔所帶來的高能耗情況，再次進行了詳細的原因分析，并提出了對應(yīng)的整改措施。

2 脫烷烴塔效率下降原因分析

2.1

脫烷烴塔處理量

該塔進料組分中烷烴與烷基苯的質(zhì)量分數(shù)之比接近6∶1(與設(shè)計值相符)。因此，精餾段與提餾段的氣液負荷相差很大。2011-11更換塔體時，考慮到氣相負荷相對較大、液相負荷相對較小的特性，將原精餾段、提餾段直徑均為5.2 m改成了精餾段直徑為6.4 m，提餾段直徑為5.2 m，即上大下小的塔體結(jié)構(gòu)。

為了消除處理量超負荷造成分離效果不佳的影響，一方面對裝置進行了降量生產(chǎn)，降回至15萬t/a處理量，仍未發(fā)現(xiàn)有好轉(zhuǎn)跡象。另一方面聯(lián)系相關(guān)設(shè)計院，利用填料的氣液相參數(shù)對最大氣相負荷因子進行核算。核算結(jié)果表明，該塔在設(shè)計處理能力的情況下，其氣液負荷遠未達到設(shè)計的極限負荷。由此說明，該塔的設(shè)計塔徑足夠大，處理量不是造成分離不佳的因素之一。

2.2安裝質(zhì)量[2]

填料塔對內(nèi)件的安裝有一定要求，主要考慮塔內(nèi)是否有不良液體分布、周邊噴淋點離塔壁的距離及填料堆放角度等是否滿足要求。

2012-04開塔檢查時，對分布器、再分布器、密封墊等安裝質(zhì)量，分布器水平度，填料堆放角度及防壁流情況進行了整改，投運后分離效果仍無實質(zhì)性改善。因此，可排除因塔內(nèi)件安裝質(zhì)量引起塔效下降的因素。

2.3進料分配器

該塔的進料溫度為230 ℃，為過熱進料。進料組分中烷烴含量較高，約占85%(質(zhì)量分數(shù))。經(jīng)過進料控制閥減壓后，烷烴迅速絕熱汽化，體積急劇膨脹， 氣化率的理論計算值大于86%，進塔氣相流速高達600 m/s。

雖然2011-11在裝置擴能改造中將塔精餾段擴徑至6.4 m，若使用普通進料分配器及原750 mm進料管徑，則管內(nèi)氣速過大，無其他分離防護措施情況下會存在霧沫夾帶、偏流及湍流等不安全狀態(tài)[3-5]，對塔的正常傳質(zhì)傳熱形成不良影響，使分離效果變差。因此，進料分配器管徑太小是造成塔頂含烷基苯超標的原因之一。

2.4液體分布器

原分布器選用了槽盤式液體分布器。此分配器對大塔徑的塔水平度要求較高，且需制作精良。氣液兩相間傳質(zhì)主要在填料表面流動的液膜上發(fā)生，要形成良好的液膜，填料表面必須被液體充分地濕潤，而濕潤狀況取決于液體噴淋密度以及填料表面的潤濕性能[6,7]。

低氣液負荷下的物系均勻分布問題對于不同物系、不同類型和規(guī)格的填料，噴淋點最低密度要求是不盡相同的，特別對于大塔徑時，不僅要解決均勻分布，而且還要解決填料表面潤濕問題，過低噴淋點密度極易造成液膜形成不好，基至部分區(qū)域填料表面可能出現(xiàn)干板現(xiàn)象[8]。普通液體分布器無法很好解決上述問題，氣液相無法在塔內(nèi)均勻有效接觸，造成填料無法充分發(fā)揮其潛在效率。因此，選擇合適的液體分布器至關(guān)重要。

2.5傳質(zhì)單元數(shù)

傳質(zhì)單元數(shù)主要取決于物質(zhì)體系、填料幾何特性和操作條件[9,10]。根據(jù)工藝模擬計算，該塔烷烴與烷基苯的分離并不困難，所需的傳質(zhì)單元數(shù)并不多，只要能滿足設(shè)計條件，完全可以達到設(shè)計指標的要求。

原塔精餾段、提餾段設(shè)計均為兩段各4 000 mm的JKB-250Y，計算結(jié)果表明，精餾段、提餾段的水力學(xué)性能可以滿足分離要求。可在計算過程中發(fā)現(xiàn)，該塔精餾段的氣液負荷相對已經(jīng)較高，在噴淋點密度已經(jīng)很高的情況下，選用比表面積較高的250Y型填料，同樣易造成填料內(nèi)部液膜形成不均甚至出現(xiàn)夾帶、返混現(xiàn)象，分離效果變差，這是造成分離不佳的又一原因。

綜上所述，液體分布器選型不合適是造成分離不佳的主要原因，進料氣速過大和填料選型與該物系不匹配也加劇了該塔分離效果不佳。

3 改進措施

3.1

增加閃蒸進料器

該塔進料汽化率的理論值大于86%，為了消除因烷烴迅速絕熱汽化而形成高速氣流的影響，需在塔內(nèi)增加1套能使氣液相分離的進料器。

選用一種雙切向環(huán)流式閃蒸進料器，該進料器可以準確控制液體在進料區(qū)域停留時間，直至汽液兩相完全分離，起到1塊理論板的效果[11,12]。

鑒于該進料分配器要求進料氣速不能過大，因此，擴大了進料口管徑，將進料口管徑由750 mm調(diào)整為1 000 mm，管徑總截面積擴大近4倍，大幅降低了氣速，并在該區(qū)域留有一定的蒸發(fā)空間，以提高進料位置氣液分離效率，見圖3。

圖3 進料管徑及分配器示圖

3.2更換為三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器[13-15]

為很好解決低氣液負荷下物流的均勻分布和表面潤濕問題，選用一個三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器。該分布器為深圳誠達公司2012年專利技術(shù)產(chǎn)品，主要由液體預(yù)分布管、主槽、窄槽及導(dǎo)流管組成，在窄槽上、下部的兩側(cè)壁上分別開有兩排大小不等的溢流孔，同一垂直線上的小孔用導(dǎo)液管罩住，其結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器

與傳統(tǒng)的窄槽式液體分布器相比，三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器分布效率可提高10%～60%，操作彈性比可達3∶1，可在導(dǎo)板底緣形成非常均勻、連續(xù)性的液膜，特別對于低液量工況，還能在導(dǎo)板底緣形成與槽平行、均勻的液滴，液滴下降距離越長則效率提高的越大，這種結(jié)構(gòu)能很好地協(xié)調(diào)、選擇槽上孔數(shù)、孔徑、孔間距的結(jié)構(gòu)布置，以達到液體分布均勻及對填料表面潤濕的要求。在很低液量的情況下，三級導(dǎo)板上還設(shè)有按照一定規(guī)則排列的凹型坑，能消除液體在金屬表面上收縮導(dǎo)致的不均勻分布，從而有效地防止液體分布不均，部分消除工業(yè)安裝分布器時水平度誤差所引起的不均勻度。

3.3更換高效填料

根據(jù)該塔不同氣液負荷，在不同位置選用不同型號的填料。在全凝段，因需將氣相完全冷凝，液體噴淋點密度較大，而且還要保證一定的氣液接觸面積。因此，選取了傾角小的填料，第1冷凝段采用CDP-FX型填料，第2冷凝段則采用了CDP-FX、CDP-DX、CDP-BX型填料。

為確保分離效果，保證有足夠的傳質(zhì)單元數(shù)，對精餾段采用稍大傾角而比表面積中等的CDP-HZ型規(guī)整填料進行改造，對提餾段選用一種分離效果較好、比表面積較大而阻力降很小的CDP-JY型填料進行改造。因該塔塔徑較大，為防止填料內(nèi)氣液兩相分布不均，使物料在收集和再次分布過程中完成氣液兩相的橫向接觸，消除因壁流、溝流等引起的不均勻分布，消除氣液兩相中的橫向濃度差，在改造中繼續(xù)沿用了填料分段安裝方法。

改造前、改造后脫烷烴塔塔內(nèi)結(jié)構(gòu)件的示意圖見圖5。

圖5 改造前后脫烷烴塔塔內(nèi)結(jié)構(gòu)示圖

4 運行效果

脫烷烴塔改造后于2013-12-16投運，2013-12-23生產(chǎn)出合格的烷基苯，主要運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 脫烷烴塔改造前后相關(guān)參數(shù)

從表1可見，①改造后裝置處理量提升，比設(shè)計值高出10 t/h。②塔頂含烷基苯量下降，小于0.1%，降低了烷基苯損失,保障了脫氫催化劑長周期運行。③塔底不含烷烴，保證了烷基苯質(zhì)量合格。④塔壓有所上升，但符合設(shè)計值。⑤回流量降低約33%，極大降低了該塔能耗。⑥塔底產(chǎn)品合格，取消了烷烴再回收塔，降低了裝置整體能耗。

5 結(jié)語

脫烷烴塔改造運行至今，塔分離效果明顯改善，未發(fā)現(xiàn)頂?shù)谆С瑯爽F(xiàn)象，提高了烷基苯回收率，滿足了工藝生產(chǎn)需求。取消了烷烴再回收塔，每年可以節(jié)約操作費用約400萬元，經(jīng)濟效益顯著。

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(許編)

AnalysisandRectificationMeasuresofLowerEfficiencyofParaffinTowerinAlkylbenzenePlant

JIANGFeng

(LAB Plant of Jinling Petrochemical Corporation, SINOPEC, Nanjing 210046, China)

Through the analysis of various factors and affect separating of paraffin tower of alkylbenzene unit, causes existing in tower internal design, liquid distributor and packing type selection were found and corresponding improvement measures including adding flash feeder,replacing of slot liquid distributor with three-stage guide plate and new type of packing etc. were taken. Industrial application showed that expected process design indexes were achieved with a tower top loss than 0.5%(mass fraction) and no alkanes in tower bottom crude alkylbenzene. As a result, alkylbenzene recovery rate has been greatly improved as well as operation cost of the whole unit has been reduced.

alkylbenzene unit; paraffin tower; separation accuracy; trouble-shooting; improvement measures

TQ050.7； TE962

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.012

1000-7466(2017)04-0063-05①

2017-03-10

蔣 鋒(1983-)，男，寧夏中衛(wèi)人，工程師，碩士，主要從事烷基化工藝技術(shù)管理工作。