烷基苯精餾塔改造效果分析

董喜恩 金陵石化有限公司烷基苯廠 南京 210046

1 改造背景

某烷基苯聯(lián)合裝置引進美國環(huán)球油品公司(UOP)技術(shù)，由意大利歐洲技術(shù)公司承包，1980年底建成投產(chǎn)[1]。

烷基化裝置在催化劑氟化氫存在的條件下，使苯和C10～C13直鏈烷烯烴混合物中的烯烴進行烷基化反應(yīng)[2]，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[2，3]。該流程示意見圖1。

圖1 烷基化流程示意

烷基苯精餾塔是在負壓下將粗烷基苯中的烷基苯與多環(huán)聚芳烴分離，塔頂制取主產(chǎn)品精餾烷基苯，烷基苯碳鍵飽和度較高，溴指數(shù)較低；塔底得到副產(chǎn)品重烷基苯(多環(huán)聚芳烴)，多環(huán)聚芳烴飽和度低，溴指數(shù)很高。因此，塔頂烷基苯的溴指數(shù)可直接反應(yīng)出烷基苯精餾塔的運行好壞[4]。

2011年，烷基苯裝置擴能改造對該塔進行了整體更換，投運后，該塔分離效果一直不佳，主要表現(xiàn)在塔頂烷基苯溴指數(shù)偏高，塔底含烷基苯較多。為此，在2013年對烷基苯精餾塔塔內(nèi)件進行了重新改造。

2 改造方案

為減少檢修時間，技術(shù)方案是在原筒體塔徑、高度等不變的基礎(chǔ)上進行，采用CDP-250Z填料和三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器等來改變塔的內(nèi)部構(gòu)造，增加進料閃蒸器和防壁流圈等措施，以提升塔的分離效果。

2.1 填料更新

使用的改進CDP-250Z型填料(見圖2)，是一種新型、高處理量(通量)的規(guī)整填料，它改變了填料層接觸部分的幾何結(jié)構(gòu)，使流體在接觸部位的流動阻力降低，減少了局部液泛的發(fā)生，從而提高了填料的處理通量[5,6]。其與CDP-250X填料特性數(shù)據(jù)比較見表1。

表1 250Z與250X特性數(shù)據(jù)比較

2.2 分布器改造

分布器原先使用槽盤式液體分布器，該分布器主要應(yīng)用于小塔徑、大處理量工況下，對于3.8m的大塔徑而言，效果并不理想。本次提出使用三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器，見圖3。

(a)

(b)

(a)

(b)

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，分布效率可提高10%～60%，可在導(dǎo)板底緣形成非常均勻、連續(xù)性的液膜，特別是在低液量工況下，還能在導(dǎo)板底緣形成與槽平行、均勻的液滴。液位越低則效率提高得越大，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設(shè)計彈性的要求。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，并部分消除工業(yè)安裝分布器時水平度誤差所引起的不均勻度[7,8]。

2.3 增設(shè)進料閃蒸器

該塔的進料為溫度210℃的過熱進料，若使用普通進料分配器，在無其他分離防護措施保護下，會存在偏流、霧沫夾帶、湍流等不利狀態(tài)，對該塔的正常傳質(zhì)傳熱形成不良影響，使分離效果變差。為了消除因物料迅速絕熱汽化而形成高速氣流的不良影響，在塔內(nèi)增加一副能使氣液相分離的進料器。

為此，選用一種環(huán)流式閃蒸進料器，該閃蒸進料器可以精準(zhǔn)控制物料在進料區(qū)域的停留時間，直至汽液兩相完全分離，起到一塊理論板的效果。

3 效果分析

3.1 操作參數(shù)

(1)壓力變化情況，見表2。

表2 頂?shù)讐毫ψ兓闆r (kPa)

從數(shù)據(jù)看出，改造前塔頂操作壓力控制在2.1kPa，改造后控制在1kPa，降低了操作壓力；頂?shù)讐毫当雀脑烨吧仙?，但處于合理可接受狀態(tài)，說明塔內(nèi)氣液相負荷交換加強，消除了溝流等不利因素，有利于氣液傳質(zhì)傳熱。

(2)溫度分布情況，見表3。

表3 各層溫度分布情況 (℃)

數(shù)據(jù)對比看出，改造后塔頂、塔底溫度均上升，這是因為改造前為保證塔頂烷基苯質(zhì)量合格，該塔降溫操作，操作溫度較低；改造后，為了減少塔底烷基苯的損失，在保障塔頂產(chǎn)品合格情況下，進行了提溫操作，頂?shù)诇夭钜灿?9℃拉開至87.8℃，提高了近19℃，即頂?shù)纵p重物料組分得到很好分離，進一步表明，分離效果大幅上升。

(3)熱油用量情況，見表4。

表4 熱油用量情況

從熱油數(shù)據(jù)看出，改造后，熱油用量及入口溫度都得到大幅度提高，這主要是為了減少塔底烷基苯的損失，需升高該塔操作溫度，提高熱油溫位及流量，以滿足生產(chǎn)需要；但熱負荷卻有所下降，由之前的13108MJ/h下降至12076.6MJ/h，下降約8%，這是因為降低了該塔操作壓力，提升了分離組分相對揮發(fā)度，進而減少了熱負荷需求，降低了能耗費用。

3.2 產(chǎn)品變化

3.2.1 主產(chǎn)品變化情況

通常洗滌劑范圍內(nèi)的烷基化物的典型性質(zhì)為溴指數(shù)，若溴指數(shù)偏高，則烷基化物穩(wěn)定性差，會造成下游產(chǎn)品磺化物色澤偏高。因此，為保證下游產(chǎn)品質(zhì)量，需盡可能地降低烷基苯溴指數(shù)。對改造前、后烷基苯溴指數(shù)分析見表5。

表5 塔頂烷基苯溴指數(shù)統(tǒng)計表

表5數(shù)據(jù)表明，對烷基苯精餾塔塔內(nèi)件進行整改后，烷基苯溴指數(shù)由8.5以上降低至5.2以下，主產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高。

3.2.2 副產(chǎn)品變化情況

主產(chǎn)品烷基苯的市場價格優(yōu)于副產(chǎn)品重烷基苯。因此，在烷基苯質(zhì)量合格情況下，為提高主產(chǎn)品烷基苯收率，精餾塔提溫操作，提溫后，對塔底重烷基苯出料情況進行統(tǒng)計分析見表6。

表6 塔底重烷基苯產(chǎn)量情況

通過改造前后的底/頂出料比進行比較可以看出，改造后塔底重烷基苯量大幅減少，重烷基苯/烷基苯比值大幅下降。同時，采樣分析塔底重烷苯中烷基苯含量情況，見表7。

對比分析數(shù)據(jù)看出，改造后重烷苯中烷基苯含量大幅降低，由40%以上降低至10%以下，減少了烷基苯損耗，提高烷基苯回收率。進一步對重烷苯中烷基苯組成進行分析，數(shù)據(jù)見表8。

表7 重烷苯中烷基苯含量情況

注：重烷基苯中烷基苯含量以≤C13碳鏈烷基苯組分計算。

表8 重烷苯中烷基苯重量組分分布 (%)

從數(shù)據(jù)看出，改造前塔底重烷基苯中含有少量C11組分，C12組分在10%以上；改造后， C11為微量、C12組分由10%下降至0.5%，主要為C13組分，表明改造后分離效果大幅提升，達到了預(yù)期要求。

4 結(jié)語

(1)CDP-250Z型填料和三級導(dǎo)板窄槽式液體分布器在烷基苯精餾塔中效率明顯高于普通規(guī)整填料和槽盤式液體分布器,可滿足當(dāng)前生產(chǎn)分離需要。

(2)改造后，操作壓力降低，降低了能耗費用，達到了節(jié)能降耗的目的。

(3) 改造后，該塔壓力降有所上升，控制在合理范圍內(nèi)，頂?shù)诇夭蠲黠@拉大，提高了傳質(zhì)傳熱效果，提升了分離效果。

(4)改造后，主產(chǎn)品烷基苯溴指數(shù)下降，質(zhì)量大幅提升。副產(chǎn)品重烷基苯產(chǎn)量大幅下降，重烷基苯/烷基苯比值降低，提高了主產(chǎn)品烷基苯回收率和工廠經(jīng)濟效益。