催化裂化吸收塔CTST塔盤改造效果及分析

摘 要：催化裂化裝置擴(kuò)量改造以后，出現(xiàn)了產(chǎn)品分布變化、質(zhì)量難以控制等問題，嚴(yán)重時出現(xiàn)干氣帶液的情況。通過采用河北工業(yè)大學(xué)開發(fā)的立體傳質(zhì)塔盤（CTST）進(jìn)行改造后，催化裂化吸收塔操作更平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量得到改善，產(chǎn)品分布更趨合理。

關(guān)鍵詞：吸收塔；立體傳質(zhì)塔板；改造；效果

1 前言

山東石大科技集團(tuán)有限公司兩段提升管催化裂化裝置于2002年4月進(jìn)行技術(shù)改造，蠟油處理量由15萬噸/年提高到18萬噸/年。處理量增加之后，吸收塔的氣相和液相負(fù)荷增大，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，氣溫較高時，時常出現(xiàn)再吸收塔（T304）帶液的情況，給吸收塔的平穩(wěn)操作帶來很大困難。在2008年采用河北工業(yè)大學(xué)研究開發(fā)的高效立體傳質(zhì)傳熱塔盤（CTST），該塔盤具有處理能力大、塔板壓降低、傳質(zhì)傳熱效果好的特點(diǎn)。通過改造吸收塔處理能力提高15%～30%以上，裝置操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 原吸收塔概況

催化裂化吸收塔為Φ800×22750，30層單流浮閥塔盤（HTV）。富氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后冷卻至40℃左右，然后進(jìn)入氣壓機(jī)出口油氣分離器（R301）進(jìn)行氣、液分離，分離后的氣體從吸收塔底部進(jìn)入， 塔頂用粗汽油和穩(wěn)定汽油作吸收劑進(jìn)行吸收，氣液兩相通過各層塔板進(jìn)行分離。30～40℃的干氣從塔頂餾出，50℃左右的吸收塔底油經(jīng)泵升壓冷卻后送至R301，在塔的中部只設(shè)有一個中段循環(huán)回流。

3 存在問題

3.1 只設(shè)一個中段回流取熱分配不合理

吸收塔中段回流取熱量的多少是影響平穩(wěn)操作的關(guān)鍵因素之一。改造前吸收塔只設(shè)置一個中段回流，塔內(nèi)的熱量雖能全部取出，但塔上部和下部熱量存在不均勻的情況。這一方面會導(dǎo)致塔內(nèi)汽液相負(fù)荷分布不均勻，使塔上部的汽液相負(fù)荷偏大，而中下部的液相負(fù)荷偏小，另一方面在操作不穩(wěn)定的情況下，塔頂氣體容易出現(xiàn)帶液的情況。

3.2 操作彈性小，塔盤效率低

裝置處理量提高到18萬噸/年后氣液相負(fù)荷增大，偏離了塔盤的最佳操作工況，核算發(fā)現(xiàn)吸收塔的操作效率僅為70%左右。通過水利學(xué)模擬計算，吸收塔的操作彈性為20%～30%，不能滿足吸收塔平穩(wěn)操作的需要。

4 CTST塔盤的特點(diǎn)

CTST型塔板采用懸掛式輔助降液通道， 由單個或多個矩形組成，降液管的排列方向?yàn)樯舷孪噜?層塔板互相垂直且平行錯開， 新型立體高效固定閥為塔板上采用的鼓泡元件。液體在輔助降液管中的流動模型和固定閥及輔助降液管的平面布置如圖1所示。

4.1 處理能力大

（1）氣相通過能力大。氣液能夠有效分離是由于帽罩和分離板的存在，霧沫夾帶量大幅度減小，操作上限提高，氣相通過能力增大。若以霧沫夾帶10%為操作上限，浮閥板孔動能因子為17，CTST型板孔可達(dá)34，即在相同開孔率條件下，CTST型塔板的操作上限比浮閥塔板高1倍。開孔率為11%時， CTST型塔板和浮閥塔板動能因子與霧沫夾帶量之間的關(guān)系如圖2所示：

（2）液相通過能力大。降液管的通過能力反映了塔盤處理能力，矩形板孔和管形降液管的通過能力均較大，對提高吸收塔的處理能力有利。降液管的主要作用：液體與氣泡在降液管中分離，使液體流到下層塔板上。氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)在F1浮閥塔板上及降液管內(nèi)不低于50%，浮閥塔板的設(shè)計停留時間不能少于5s，在CTST型塔板上氣體直接進(jìn)入帽罩而不通過板上的液層，流到降液管中的液體基本不含氣泡，設(shè)計停留時間最小可達(dá)2.4s，所以降液管的通過能力可提高1倍以上。因此，立體傳質(zhì)塔盤與浮閥塔板相比無論是氣相和液相通過量均可提高80～100%[1]。

4.2 塔板效率高

CTST型塔板采用立體傳質(zhì)結(jié)構(gòu)，塔板上的開孔呈矩形， 帶篩孔的梯形噴射罩設(shè)置在孔上方， 帶篩孔的噴射板安裝在罩的側(cè)面， 兩端設(shè)置梯形端板，上部為分離板， 氣液通道設(shè)置在噴射板與分離板之間。液體從噴射板與塔板間的底隙進(jìn)入，分離板提供氣液接觸的空間，可使氣液兩相有效分離，減少霧沫夾帶[2]。CTST型塔板的工作原理如圖3所示：

氣體自塔板上的矩形孔進(jìn)入噴射罩中，在板孔處形成縮流和低壓區(qū)，液體由底隙進(jìn)入噴射罩內(nèi)，在整個塔板上氣、液經(jīng)過拉膜提升、破碎、碰頂返回、噴射、互噴和分離6個過程。在這6個接觸過程中，氣、液兩相處于湍流狀態(tài)，相間的傳質(zhì)、傳熱包括了塔板至噴射罩及分離板的整個空間，不同于傳統(tǒng)塔板傳質(zhì)區(qū)域只局限為平面型式，使塔板間的空間利用率高達(dá)40% ～60%。在空間內(nèi)， 氣體為連續(xù)相， 細(xì)小液滴為分散相。液體在塔板面上為清液層，CTST塔板的特殊結(jié)構(gòu)使漏液量和霧沫夾帶量減少，塔板的處理能力和操作彈性提高，使氣液接觸傳質(zhì)的效率大幅度提高。

4.3 操作彈性大

CTST塔盤和F1浮閥的操作上限受過量霧沫夾帶控制，操作下限同樣受塔板漏液控制。F1 浮閥的操作上限為17，下限為4.0～4.8 ，其操作彈性達(dá)3.4～4.3 。實(shí)驗(yàn)研究表明，以霧沫夾帶10%為操作上線，CTST板的操作上限為34， 操作下限為4.7～6.3，其操作彈性達(dá)5.4～7.2。

5 改造情況及效果分析

5.1 改造情況

催化裝置利用停工檢修對吸收塔進(jìn)行改造，在保持吸收塔塔徑（Φ800）不變的情況下，將浮閥塔板全部更換為CTST型塔板，同時增加吸收二中段回流。改造后工藝流程簡圖如圖4所示：

5.2 效果分析

吸收塔經(jīng)過改造后裝置一次開車成功，改造后操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量全部合格。改造后操作數(shù)據(jù)變化情況見下表。

從統(tǒng)計結(jié)果和生產(chǎn)過程得知[3]：（1）回流取熱分配合理，一中、二中段返塔溫度降低到35℃左右，塔板上的汽液相分布合理。吸收塔頂溫度較低，干氣帶液的情況消失；（2）CTST塔板加工能力大，改造后比改造前處理量提高了3t/h；（3）操作彈性大。本次吸收塔改造后設(shè)計的進(jìn)料量范圍17.5-30t/h，操作彈性達(dá)到了70-120%。

6 結(jié)論

吸收塔改造后操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，全塔取熱分配更合理，干氣帶液情況基本消失，充分體現(xiàn)了CTST塔板具有立體通量大、傳質(zhì)效率高、處理能力大、操作彈性強(qiáng)等特點(diǎn)。改造后裝置處理量提高3t/h，每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益500萬元以上。因此應(yīng)用CTST塔板對一些老塔進(jìn)行擴(kuò)能改造，投資小，見效快。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉繼東，李春力等.新型立體傳質(zhì)塔板（CTST）的氣相提升能力[J].化工學(xué)報，2002（22）增刊.

[2]劉繼東，呂建華等.新型立體傳質(zhì)塔板及其流體力學(xué)性能[J].化工學(xué)報，2005，56（06）.

[3]呂建華，張文林等.立體傳質(zhì)塔板（CTST）水力學(xué)性能與吸收塔的應(yīng)用[J].化工進(jìn)展，2005（24）增刊.

作者簡介：朱偉（1979—），男，山東東營人，在職研究生，工程師。