立體傳質(zhì)塔板在常壓蒸餾裝置擴能改造中的應(yīng)用

劉 升 楊積淵 呂建華

（1.陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500；2.河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，天津 300130）

某煉油廠常壓蒸餾裝置原設(shè)計加工能力為750 kt/a，為了在最短的時間、投資最少的前提下達到擴產(chǎn)至1 500 kt/a 的目標，對常壓塔（φ2.6 m，48 層塔板）進行改造，塔內(nèi)固定件支撐件均不變動，選用大通量、高效塔板——立體傳質(zhì)塔板CTST 代替原塔板。擴能改造后的裝置于2006年4 月下旬一次開車成功，并于5 月中旬進行了標定。

1 CTST 塔板結(jié)構(gòu)與性能

CTST 塔板是一系列大通量高效噴射型塔板，是一種空間結(jié)構(gòu)塔板，具有通量大、效率高、壓降低、抗堵性能強、消泡性能好等優(yōu)點[1]。

CTST 塔板的氣液接觸、傳熱、傳質(zhì)元件為梯形立體噴射罩，噴射罩由噴射板、端板組成；噴射罩的橫截面為矩形，端板為梯形，噴射板上部適當位置開有噴射孔，噴射板的下端與塔板間有一定的底隙，為液體進入罩內(nèi)的通道，噴射板的上部裝有分離板，在噴射板與分離板間設(shè)氣液通道，如圖1 所示。

圖1 CTST 塔板結(jié)構(gòu)Fig 1 Structure of CTST trays

CTST 塔板為半開放式的氣液并流噴射型塔板，氣體自板孔進入噴射罩中，液體自罩底隙進入噴射罩內(nèi)，在塔板上，氣體、液體經(jīng)歷了拉膜破碎-碰頂折返-噴射-罩間對噴-氣液分離等同時發(fā)生的連續(xù)過程。CTST 塔板的特殊結(jié)構(gòu)和噴射操作工況使其打破了傳統(tǒng)塔板以板上液層為主要傳質(zhì)區(qū)域的平面型模式，把傳質(zhì)區(qū)域拓展到塔板至罩頂?shù)牧Ⅲw空間范圍，將塔板的空間利用率提高到50%～70%[2]。具有如下優(yōu)越特性：

1）處理能力大。與F1 浮閥塔板相比，無論是氣相還是液相通量均可以提高80%～100%。

2）板壓降低。比F1 浮閥塔板低40%，而且負荷越大CTST 塔板單板壓降比F1 浮閥低得越多。

3）抗堵性能強及消泡性能好。由于CTST 塔板開孔大，塔板抗堵塞能力大幅度提高，能夠處理含固體顆粒及易產(chǎn)生自聚的物料。CTST 塔板特殊的噴射型操作工況，使得塔板上液體為清液，因此無發(fā)泡機制，能夠處理常規(guī)塔板難以處理的易發(fā)泡物料。

4）板上液面梯度對操作的影響小[3]。

2 常壓塔改造

2.1 常壓塔設(shè)計計算

對750 kt/a 常壓裝置擴產(chǎn)后的常壓塔進行了設(shè)計計算，物料平衡見表1，取熱比例見表2，塔板水力學(xué)見表3。設(shè)計中充分考慮了多側(cè)線采出的操作問題，但常壓塔4 個側(cè)線同時使用時，常壓塔的上部負荷會明顯減小，所以該段采用了8%的開孔率設(shè)計，以保證操作彈性。

表1 常壓塔設(shè)計物料平衡Tab 1 Material balance of atmospheric towe design

表2 常壓塔設(shè)計取熱比例Tab 2 Heat removal ratio of atmospheric tower design

2.2 常壓塔的改造

根據(jù)常壓塔設(shè)計計算結(jié)果，對常壓塔塔板和汽化段進行了改造，具體改造內(nèi)容如下：

1）塔體、降液板、支撐圈、受液盤等塔內(nèi)支撐固定件，全部利舊，對出口堰高和降液管底隙進行調(diào)整；

2）將精餾段原6～48 層浮閥塔板更換為大通量、高效立體傳質(zhì)塔板CTST，適應(yīng)精餾段氣相負荷較大的工況；

3）精餾段第5 層塔板改造為防沖、除沫、分布立體傳質(zhì)塔板CTST，該塔板兼顧除沫和氣體分布，具有降低因汽化段油氣局部大量汽化對塔板造成的沖擊，起到穩(wěn)定整個常壓塔操作的作用；

4）將汽提段原1～4 層浮閥塔板更換為大液量復(fù)合立體傳質(zhì)塔板CTST，適汽提塔段氣相負荷小，液相負荷大的操作工況，有利于輕油從常壓渣油中脫除，提高輕油收率；

5）為了使汽化段原油充分汽化，將原切向進料分布器改造為環(huán)行進料分布器，以利于汽化，提高輕油收率。

2.3 結(jié)果與分析

改造后，對常壓塔進行了標定，標定時生產(chǎn)汽油和柴油（一、二線混合），三線和四線作為催化原料。裝置處理能力在720～1.600 kt/a。表4 列出了不同加工量下的各線油品的恩氏蒸餾數(shù)據(jù)實際操作數(shù)據(jù)。

表3 CTST 塔板水力學(xué)設(shè)計結(jié)果Tab 3 Hydraulic designed results of CTST tyay

從表4 可以看出，汽油干點和柴油初餾點的重疊溫度小于5℃，說明油品分割較好，顯示了立體傳質(zhì)塔板比較高的分離效率。常壓渣油350℃以前的組分小于6%，而此時常壓塔底蒸汽量只有1.9 t/h，比設(shè)計值3 t/h 少1.1 t/h，這充分體現(xiàn)了分布器改造后高效的汽化作用及汽提段塔板比較高的汽提效率。

表5 列出了的常壓塔改造前后的操作參數(shù)。

從表5 可知，改造后常壓塔的全塔壓降32 kPa，和改造前相當，但加工能力卻提高了1 倍以上，這充分體現(xiàn)了立體傳質(zhì)塔板低壓降的特點。單板壓降的降低，有利于板上輕重組分的分離，有利于油品分離和提高油品質(zhì)量，同時有利于渣油中輕組分汽化，提高輕油收率。

表4 油品恩氏蒸餾數(shù)據(jù)Tab 4 Engler distillation data of oil

3 結(jié)論

立體傳質(zhì)塔板CTST 煉油廠常壓塔的工業(yè)應(yīng)用表明：

1）浮閥塔板的原油蒸餾設(shè)備常壓塔和汽提塔，可以通過采用大通量、高效立體傳質(zhì)塔板CTST 替代原浮閥塔板，達到擴產(chǎn)100%的目的；

2）工業(yè)操作數(shù)據(jù)表明立體傳質(zhì)塔板CTST 塔板壓降低，有利于常壓塔汽化段油品汽化；

3）進料分布器的改造，效果明顯，提高了輕質(zhì)油收率；

4）本次改造節(jié)約塔設(shè)備投資300 萬元，最大加工量可達到1 600 kt/a，最低加工量為720 kt/a，操作彈性比較大。對常壓蒸餾裝置及煉油其他裝置的擴能改造設(shè)計具有借鑒意義。

表5 改造前后常壓塔操作參數(shù)對比Tab 5 Operation parameters comparison of atmospheric column before and after the transformation

[1]李春利,孫玉春,王志英,等.新型立體傳質(zhì)塔板CTST 的研究與開發(fā)進展[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,33（2）：155-162.

[2]李春利,李柏春.立體傳質(zhì)塔板及其工業(yè)應(yīng)用[C].//北京：中外防腐蝕和分離工程新技術(shù)、新產(chǎn)品應(yīng)用推廣大會專集,2004.

[3]呂建華,劉繼東,張文林,等.立體傳質(zhì)塔板CTST 技術(shù)及其在煉油裝置中的應(yīng)用[C].//北京：石油和化工行業(yè)節(jié)能技術(shù)研討會會議論文集,2006.