催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)改造及效果

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽，471012)

某公司1#催化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)由壓縮富氣分液罐、吸收塔、解吸塔、穩(wěn)定塔、再吸收塔及部分機(jī)泵、冷換設(shè)備組成，從1984年生產(chǎn)出合格汽油至今，已運(yùn)行30余年。

壓縮富氣經(jīng)氣壓機(jī)出口復(fù)合空冷器冷卻后，進(jìn)入富氣分液罐，分離出的氣體進(jìn)入吸收塔底部，與吸收劑(粗汽油、穩(wěn)定汽油)進(jìn)行逆向接觸，完成氣體中C3及C3+組分吸收過程。吸收塔底抽出的富吸收油含大量C2及C2-組分，需通過解吸塔將其解吸出來。解吸過程中少量C3及C3+組分又被釋放，隨解吸氣再次被送到吸收塔進(jìn)行吸收。解吸塔底抽出脫乙烷汽油，進(jìn)入穩(wěn)定塔將C3、C4(液化氣組分)及汽油組分分離；吸收塔頂氣體經(jīng)過再吸收塔后，得到催化干氣。

近年來，夏季生產(chǎn)時常出現(xiàn)吸收塔沖塔、液化氣C5+含量和穩(wěn)定汽油蒸汽壓不合格等情況，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)成為制約裝置提高負(fù)荷的重要原因。為改變這一現(xiàn)狀，2019年1#催化裝置改造中，整體更換吸收塔、穩(wěn)定塔；更新解吸塔、再吸收塔塔內(nèi)件及更新5臺復(fù)合式空冷器；取消解吸塔熱進(jìn)料，增加中間重沸器。改造后，吸收塔處理能力明顯提高，穩(wěn)定塔分離效果顯著，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步改善，能耗有所下降。

1 改造前吸收穩(wěn)定系統(tǒng)存在問題

1.1 吸收塔處理能力有限

吸收塔的主要作用是控制干氣中C3+含量。原吸收塔投用至今，更換過數(shù)次塔盤，干氣中的C3+含量雖能達(dá)標(biāo)，但由于氣壓機(jī)出口3臺復(fù)合空冷器冷卻能力不足，夏季氣溫升高，進(jìn)入吸收塔的富氣流量隨之增大，且該塔的塔徑較小，處理能力有限，導(dǎo)致吸收塔經(jīng)常發(fā)生沖塔事故。

1.2 穩(wěn)定塔分離效果不佳

液態(tài)烴中C5+含量和穩(wěn)定汽油蒸汽壓是催化裂化裝置重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制指標(biāo)。夏季生產(chǎn)中，穩(wěn)定汽油蒸汽壓要求≤56kPa，控制較嚴(yán)格，但原穩(wěn)定塔分離能力不足，液化氣C5+含量和汽油蒸汽壓很難同時合格。原穩(wěn)定塔頂復(fù)合空冷器冷卻負(fù)荷不足，導(dǎo)致夏季塔頂壓力偏高，經(jīng)常需要通過放不凝氣控制穩(wěn)定塔壓力，不凝氣放至氣壓機(jī)入口，氣壓機(jī)負(fù)荷增大，進(jìn)而制約裝置處理能力。

2 改造優(yōu)化主要內(nèi)容

2.1 吸收塔、穩(wěn)定塔整體更新

本次改造，對吸收塔、穩(wěn)定塔進(jìn)行全面更新，塔體加粗加高，塔盤數(shù)增加，塔盤開孔率增大，并選用ADV高效浮閥塔盤。改造前后兩塔參數(shù)對比如表1所示。

ADV高效浮閥頂部開有正三角形排列水平噴射的小閥孔(如圖1所示)，可充分利用浮閥上部的傳質(zhì)空間，使氣體分散更加細(xì)密均勻，氣流方向更加有利于氣液接觸和湍動，由于部分氣流經(jīng)閥頂小孔噴出，減少了閥周邊噴出的氣速，也減少了高負(fù)荷時各閥間的氣流對沖，從而減少了霧沫夾帶，相應(yīng)提高了氣相處理量。此外，ADV高效浮閥具有特殊的閥腳結(jié)構(gòu)，塔板上開有與之裝配相適應(yīng)的閥孔，使閥片在工作時不會旋轉(zhuǎn)，并有導(dǎo)向作用，這對于消除塔板上液體滯留現(xiàn)象是有利的，提高了液體分布的均勻度[1]。

表1 吸收塔、穩(wěn)定塔改造前后參數(shù)對比

圖1 ADV高效浮閥和普通浮閥

2.2 部分復(fù)合空冷器更新

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)原有復(fù)合空冷運(yùn)行周期長，翅片管結(jié)垢、變形嚴(yán)重，冷卻電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障，冷卻效果不佳。本次改造中，氣壓機(jī)出口復(fù)合空冷器更新3臺，穩(wěn)定塔頂復(fù)合空冷器更新1臺，并增加1臺。如圖2所示，選用的新型復(fù)合型高效空冷器，實(shí)現(xiàn)風(fēng)和水的三次重復(fù)利用，潛熱換熱、顯熱換熱兼?zhèn)?，蒸發(fā)式、空冷式、水冷式等多種冷卻方式共存，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，使用范圍廣，還能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水。

圖2 新型復(fù)合型高效空冷器

2.3 解吸塔流程優(yōu)化

按進(jìn)料方式，解吸塔有4種流程：熱進(jìn)料、冷進(jìn)料、冷熱雙股進(jìn)料和冷進(jìn)料+中間換熱流程。熱進(jìn)料的優(yōu)點(diǎn)是有效減少塔底再沸器熱負(fù)荷，缺點(diǎn)是解吸氣流量較大，進(jìn)而導(dǎo)致吸收系統(tǒng)氣相及冷卻負(fù)荷增大；冷進(jìn)料具有解吸氣較少、吸收效果良好等優(yōu)點(diǎn)，但解吸塔底再沸器所需熱量大幅增加。

本次改造，取消解吸塔熱進(jìn)料流程，增設(shè)中間重沸器。原有的冷熱雙股進(jìn)料流程，熱路進(jìn)入解吸塔中上部，導(dǎo)致塔中上部溫度偏高，液氣比降低，大量C3以上組分隨不凝氣被帶回吸收塔，加重吸收系統(tǒng)氣相負(fù)荷和冷卻負(fù)荷。此外，將溫度不同但組成相同的凝縮油分別送入解吸塔的不同位置，破壞了塔內(nèi)合理的濃度分布，導(dǎo)致傳質(zhì)返混，對解吸效果造成很大影響。采用中間換熱流程，不但能解決以上問題，還能降低解吸塔底再沸器的熱負(fù)荷，并有效利用穩(wěn)定汽油的低溫位物料加熱解吸塔中間介質(zhì)[2]。

3 改造后運(yùn)行效果

為檢驗(yàn)吸收穩(wěn)定系統(tǒng)改造后效果，選取2018年7月28日-8月3日、8月17日-8月21日與2019年7月31日-8月3日進(jìn)行對比，如表2所示，三個時間段內(nèi)反應(yīng)溫度為515℃，進(jìn)料量170t/h左右，選取時間段均為高硫油生產(chǎn)階段，殘?zhí)?、密度?30℃含量及殘渣量較為接近。

3.1 吸收塔運(yùn)行情況

改造后，吸收塔工況有了很大改善。從表3可以看出，相同的原料性質(zhì)和進(jìn)料量下，由于氣壓機(jī)出口更新3臺高效復(fù)合空冷器，富氣冷后溫度由73℃降至38.7℃。進(jìn)料量提高，進(jìn)入吸收塔的富氣量變化不大，表明更多富氣被冷卻成液態(tài)。進(jìn)入吸收塔富氣流量換算成質(zhì)量流量為32411.8kg/h，處于最大流量41919kg/h和最小流量26766kg/h之間，吸收塔的負(fù)荷還有很大的提升空間。同時新塔對干氣中重組分的吸收效果顯著，干氣中C3+含量得到有效控制，大約下降1%(v/v)，這些C3+組分進(jìn)入液態(tài)烴中，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 解吸塔運(yùn)行情況

由于解吸塔熱路進(jìn)料的取消和中間重沸器的投用，開工后解吸氣量明顯下降。從表4可以看出，解吸氣量從12000m3/h降至5700 m3/h，減小了C3+以上的組分在吸收塔、解吸塔和氣壓機(jī)出口分液罐之間循環(huán)。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)內(nèi)各處氣體流量減小，氣壓機(jī)出口復(fù)合空冷器冷卻負(fù)荷得到釋放。吸收塔氣相負(fù)荷的減小，能夠有效降低能耗。解吸塔塔底抽出溫度和液態(tài)烴C2-組分含量幾乎無變化，塔底分餾一中側(cè)重沸器返塔溫度升高，而1.0MPa蒸汽側(cè)重沸器返塔溫度降低，蒸汽用量較改造前有所下降。

3.3 穩(wěn)定塔運(yùn)行情況

本次改造中穩(wěn)定塔頂冷回流管線整體擴(kuò)徑，冷回流流量大幅提升，從60t/h提高到85t/h。更新并增加一臺高效復(fù)合空冷器后，塔頂回流冷卻效果也得到進(jìn)一步增強(qiáng)，冷回流返塔溫度從46℃降至44℃。從表5可以看出，在塔頂溫度相同的情況下，液化氣C5+含量從1.5%(v/v)降至0.2%(v/v)，基本上將C5+以上組分完全分離至穩(wěn)定汽油中。穩(wěn)定汽油蒸汽壓稍有下降，能夠穩(wěn)定控制在60kPa左右。改造后的穩(wěn)定塔很好地解決了以往液化氣C5+和穩(wěn)定汽油蒸汽壓不能兼顧的問題，在重要產(chǎn)品質(zhì)量控制方面有了很大的提升。

表2 三個時期生產(chǎn)參數(shù)對比

表3 三個時期吸收塔工況對比

表4 三個時期解吸塔工況對比

表5 三個時期穩(wěn)定塔工況對比

4 結(jié)論

1#催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)經(jīng)過提升改造，吸收塔處理能力明顯提高，穩(wěn)定塔分離效果顯著，產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步改善，能耗有所下降，困擾1#催化裝置多年的處理量受限、干氣C3+含量偏高、液化氣C5+含量偏高等問題得到很好的解決，同時實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)以干氣組成的1%進(jìn)入液態(tài)烴計算，可增產(chǎn)液態(tài)烴540噸/年，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益48.6萬元/年；以液態(tài)烴組成的1%進(jìn)入穩(wěn)定汽油計算，可增產(chǎn)穩(wěn)定汽油3654噸/年，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益29.03萬元/年。

(2)氣壓機(jī)出口復(fù)合空冷器和吸收塔更新，處理能力有了很大提升，干氣C3+含量有所下降。

(3)取消解吸塔熱路進(jìn)料，增加中間重沸器，減小了C3+組分在吸收塔、解吸塔和氣壓機(jī)出口分液罐之間循環(huán)，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)各處氣體流量減小，氣壓機(jī)出口復(fù)合空冷器冷卻負(fù)荷得到釋放，同時吸收塔氣相負(fù)荷減小，有效降低能耗。

(4)穩(wěn)定塔及塔頂冷回流復(fù)合空冷部分更新，在有效控制穩(wěn)定汽油蒸汽壓的同時，液態(tài)烴C5+含量明顯下降。