（化学工程专业论文）催化装置分馏塔问题分析及改造.pdf

中文摘要 锦西石化分公司二套催化裂化装置是1 9 8 6 年由中国石化北京院设计的。 2 0 0 3 年9 月，装置进行了两段提升管的扩能改造，处理能力由8 0 万吨年提高 到1 0 0 万吨年。改造的目的是扩能、掺渣、降低汽油烯烃 改造后，主分馏塔的操作存在问题。具体表现是：1 主分馏塔的全塔压降 较高，2 操作稳定性略差，汽油产品干点波动大尤其是分馏塔操作压力高， 汽油无法回炼，汽油产品烯烃含量高，影响了整个改造的效果。 为此，我应用p r o i i 软件对催化分馏塔进行核算，对塔的操作问题进行故 障诊断。通过工艺模拟和设备设计计算发现，当前主分馏塔的操作问题是由一 中以上塔段开孔率设计不当，并且也存在着全塔降液管面积设计偏大的问题。 该问题是由于流程模拟计算、对固舌塔板性能和设计计算方法的了解不透所引 起的。 在对比了当前流行的固舌塔板、s u p e r - v 塔盘和a d v 微分浮阀塔盘后，我 提出了应用s u p e r - v 塔盘对分馏塔进行改造的方案。 在2 0 0 5 年的4 月份，装置应用了s u p e r - v 塔盘对分馏塔迸了改造。 改造后进行标定，效果较好。分馏塔操作稳定，操作弹性大，整塔的压降 在4 2 千帕以下，在有汽油回炼的前提下，汽油的质量合格，烯烃含量达标。 s u p e r - v 塔盘在二套催化分馏塔上的应用获得了成功。 关键词：塔盘压降质量 a b s t r a c t c a t a l y t i cc m c l d 】唱u n i to fj i n p e t a o e h e m i e a lc o r p o r a t i o nw a sd e s i g n e db y b e i j i n gd e s i g ni n s t i t u t e1 9 8 6 p r o c e s s i n ga b i l i t yo f t h et w os t a g er i s e ri nt h eu n i tw a s e n l a r g e di ns e p t e m b e r2 0 0 3 ，t h et h r o u g h p u tw a f ti n c r e a s e df r o m8 0 0 ，0 0 0 t at o l 0 0 0 0 0 0 1 【，a 1 1 艟t a r g e to ft h er e f o r m a t i o ni si m p r o v i n gp r o c e s s i n ga b i l i t y , a d d i n g r e s i d u u ma n dd e c r e a s i n go l e f i nc o n t e n to f g a so i l a i d e rr e f o r m a t i o nt h e r ew 嘴s o n a ep r o b l e m sa b o u td i s d l l a t i o l xc o l u m n f i r s t , p r e s s u r ed r o po ft h ew h o l ec o l u m nw a sh i g h e rt h a nb e f o r e s e c o n d ，o p e r a t i n g s t a b i l i t yw a sl o w e ra n dd r yp o 缸o fg a so i lw a v e df i e q u e n t l y i - i i g l a e rp r e s s u r ed r o p m a d ei td i t t i e u l tt or e c y c l eg a so i l ，a l s om a d eo l e f mc o n t e n to fg a so i lh i g h e r ，t h u s a f f e c t e dt h ee f f e c to f t l a er e f o r m a t i o n i no r d e rt os o l v ea b o v ep r o b l e m s ic h e c k e da n dc a l c u l a t e dr e l a t e dp a r a m e t e r s o ft h ed i s t i l l a t i o ne o h m mw i t hp r o s o f t w a r e a f t e rt e e l a n o l o g ys i m u l a t i o na n d c q u i p m e l i td e s i g nc a l c u l a t i o n ，if o u n dt h a to p e n i n gr a t i oo fp l a t e o ft h ef i r s t i n t e r m e d i a t er e f l u xw a sn o td e s i g n e dp r o p e r l y ，d o w n e o m e rs q u a r ew a sl a g e rt h a tt h a n i ts h o u l db e t h e s ep r o b l e m sr e s u l t e di na c t u a lo p e r a t i n gd i 伍e u l t i e s n o ta c c u r a t ef l o w s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o na n dn o tf a m i l i a rw i t hp r o p e ro ff r o z e nt o n g u el r a ya n dd e s i g n c a l c u l a t i o nr e s u l ti na b o v ep r o b l e m s c o m p a r i n gl l o w a d a y sp o p u l a rs u p e r - vt r a y , f r o z e nt o n g u e ( r a ya n da d vt r a y , i p u tf o r w a r dr e f o r m i n gd i s t i l l a t i o nc o l u m nw i t hs u p c r - vt r a y i na p r i l2 0 0 4 s u p c r - vt r a yw a sa d o p t e di nt h i su n i t t h er e s u l ti ss a t i s f i e d d i s t i l l a t i o nc o l u m nl d n ss t a b l y , a l s oc a nb eo p e r a t e di nal a r g es c a l e p r e s s u r ed r o po f t h ew h o l ec o l u m ni sb e l o w4 2 0 0 0 p a ，i h eq u a l i t yo fg a so i lc o m ei l pt ot h es t a n d a r d ， s a m ew i t ho l e f i nc o n t e n t s u l 搬 - vt r a y sw e r eu s e di nd i s t i l l a t i o nc o l u m no fc a t a l y t i c c 眦k i n gu n i ts u c c e s s f u l l y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 弓邑 签字日期：缈彳年，月乒日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名； 己 签字日期：纠年，, e l ，日 导师签名：孑位t 勿j 艮 签字日期：矽年i , e l 髟日 前言 锦西石化分公司的催化裂化装置为北京设计院设计，型式为高低并列式提 升管反应器，前置烧焦罐再生。 为了实现汽油产品改质，提高生产过程的技术经济性的加工目标，锦西石 化分公司催化二装置于2 0 0 3 年9 月采用石油大学( 华东) 开发的两段提升管新 技术对全装置进行全面的技术改造。 改造的目标是：提高装置的处理能力，加工量由8 0 万吨年提高到1 0 0 万 吨年；轻汽油回炼，降低汽油的烯烃含量；降低装置的能耗。【l j 经过我们大量生产调试和操作摸索的努力，最终使得装置开车基本成功。 我们的改造达到了扩能的目的，但是目前仍存在一些问题。 由于催化主分馏塔的操作不理想，整个装置的降烯烃未达到预期效果。 催化分馏塔的操作存在的问题是： l 操作稳定性略差； 2 主分馏塔的全塔压降较高。 在装置处理量大、汽油收率高的情况下显的更加突出。在未进行汽油回炼 之前，最高达到0 7 k g c m 。 催化装置中，由于固有的主风机条件和再生器、反应器两器内催化剂流化 的需要，反应器压力一般会受到很大的限制。 分馏塔压降高会造成分馏塔的顶部油气分压过低，汽油质量不合格，同 时，也会降低富气压缩机进口压力，造成加工成本的增加，更重要的是，轻汽 油无法回炼，汽油产品的烯烃无法降低，为此我们应用p r o h 软件对催化分馏塔 进行核算，对塔的操作问题进行故障诊断。在2 0 0 5 年的4 月份，我们重新对分 馏塔进行了改造。 第一章文献综述 1 1 催化分馏塔的特点嘟 第一章文献综述 催化分馏系统有以下几个特点 1 分馏塔进料是过热气体，并且带有催化剂粉末，进料是反应器来的混合 油气和水蒸汽，温度大大超过了油气的露点。由于精馏过程是平衡状态下进行 的，所以过热进料如塔后必须首先冷却到饱和状态，才能进行精馏，因此分馏 塔的下部设有八层人字挡板，叫做脱过热段。用循环油浆进行冷却。同时，进 料中含有催化剂粉末，也靠油浆循环把它冲洗下来，以免固体颗粒把他带到上 部塔盘，造成堵塞和影响产品质量。 2 使用较多的循环回流，由于塔是全气相过热迸料，温度高，而出塔的温 度较低，所以整个塔要靠回流取走大量的剩余热量，如果只靠塔顶回流取热， 则塔上部的气液负荷都会很大，因而需要较大的塔径，而且塔顶回流取出的热 量因为温度低不易充分回收，所以在每个侧线之间都打循环回流，以减少塔顶 回流的用量。当然，循环回流也有它的缺点，由于返塔温度低，组成也比返回 层塔盘的馏分重，返回层和抽出层间主要起换热作用，精馏作用差。 3 分馏塔的进料中含有较多的不凝气体，进料油气中含有较多的富气，水 蒸汽，和再生器带过来的烟气。这些气体在塔内的操作条件下是不能冷凝的， 因此不参加精馏过程，但是它们能降低油气分压，从而降低了各个馏分的沸 点，所以塔的各侧线馏出温度比该侧线馏分的常压泡点低。 4 分馏系统的气相压力降直接影响反应系统的压力，分馏系统前连反应系 统，后接吸收稳定系统，它的操作变化会直接引起前后系统的操作波动。反应 器的操作压力要求尽可能的平稳，尤其要防止压力的上升。因此分馏系统的气 相压力降也要保持稳定。如果压力降增高，就有可能造成反应器超压，甚至弓 起流化失常和主风机的飞动。 目前国内对各种塔盘的研究日益深入，舌型塔板，复合孔微型浮阀1 6 】：j f 复合浮阀塔盘川、l 1 条形浮阀塔盘嗍、s u p e r v l 浮阀、a d v 微分浮阀等等 在各种装置中都有应用 1 2 舌型塔盘 常规型式的精馏塔扳，包括泡罩塔、筛板塔、浮阀塔，气体都是以鼓泡方 式通过液层的。 g j 第一章文献综述 而舌型塔板，气体是直接喷射到液层的。根据催化分馏塔的低压降的工艺 操作要求，催化的分馏塔一般都是采用舌型塔盘 舌型塔盘是在平板上冲压很多的象上翻的舌型小孔，塔板上冲出舌片后， 所留下的孔也上舌型形状，舌片对板的倾角为1 8 。舌片板上亦设有降液管， 管上口没有溢流堰从上板经降液管流下的液体淹没了板上的舌片，在板上从 各舌片的根部向尖端流动；同时，自下层板上升的气体则在舌与孔之间几乎成 水平喷射出来，速度可达2 0 - 3 0 米秒，冲向液层，将液体分散成滴或束。这种 喷射作用使两相的接触大为增强，提高传质效果。由于气体喷出的方向与流动 的方向一致，前者对后者起推动作用，使液体流量加大而液面落差不增，板上 的液层薄，也使塔板的阻力减小，液沫夹带也少一些。 1 0 1 舌片板塔的气液通量比泡罩塔和筛板塔都大，但是气液接触时间比较短， 效率并不很高，又因为气速小了，便不能维持喷射操作方式，它的操作弹性比 较小，只能在一定负荷范围内才能取得较好的分离效果。 最早于6 0 年代，由原北京石油学院进行固舌塔板的国产化研究，并成为国 内固舌塔板设计的主要依据，但研究规模相对较小，模拟塔的直径只有1 6 m 。 受当时对精馏设备认识的限制和研究规模的限制，固舌塔板的设计模型存在一 些问题。鉴于固舌塔板在当前应用的塔径大多数在3 o “5 6 m 以上，因此会出现 一些预测不可靠的问题，其中重要的问题之一是大溢流长度时的全塔气液分配 的均匀性的问题，这些问题会引起局部严重的雾沫夹带、泄漏、传质效率降 低、塔板压降增加等。嘲 固舌塔板是一种喷射类的塔板，其适应的气相负荷相对较高而液相负荷相 对较低，差丕适廛王太速量的懂逸。在催化主分馏塔的应用中，大液量的塔 板，如中段循环等，由于液相负荷极大、汽相负荷也很高，大溢流长度的塔板 易于引起放大效应的表现，即塔板入口泄漏、塔板出口雾沫夹带严重、塔板压 降增高的问题。 图1 - 1 雾沫夹带情况 f i g 1 - 1s t a t u so f c n t r a i m n e n t 第一章文献综述 通过对大型浮阀塔板的研究表明，随着塔板溢流长度的增加，塔板的入口 泄漏和塔板的出口雾沫夹带十分严重，由此推断更易泄漏的固舌塔板这种情况 会更加严重，这也是放大效应最为典型的特点，并且解释了为何固舌塔板塔板 效率低、并且塔板设计点是按照干板压降进行控制的。按照设计资料，干板塔 板压降的设计范围为7 0 1 5 0 m 液柱，一般取1 0 0 哪液柱，压降很高。p 1 当进入塔板的液相负荷较高时，塔板的入口和出口清液高度增加，分别由 下式计算： = ( o 5 2 + 1 0 1 锈2 q j 2 3 ( 1 - 1 ) 1 习 = 2 8 4 9 3 ( 1 - 2 ) 嗍 上式中，h i 为入口清液高度，m m l i q lh d 溢流口液面高度，衄液柱；为 塔板开孔率，p d 为干板压降，l d 为液流强度，m 3 h 。 由此可以看出，塔板入口清液高度和出口清液高度之比r 为： 孟；0 5 2 + 1 o i 妒：a p a ( 1 3 ) n 4 l 2 8 4 显然，r 远远大于1 ( 啦觚数量级很大，可参见后续固舌塔板的核算结 果) 。 由于气液通过塔板的压降为气体通过塔板的压降与液层压降之和，因此当 塔板上，液层压降高的位置，气体的流通量较小，而液层较薄的位置气速较 高。 对于小塔而言，塔板上舌孔数目较少，当操作气速达到一定程度( u 1 ) ， 气体可以将液体分散，抛向塔板空间，此时无泄漏发生，但对于大塔而言，塔 板上舌孔数目增加，当塔板上液层高度达到一定程度，就存在着部分舌孔被液 层封闭而泄漏，剩余部分舌孔操作气速增加，以维持塔板塔板上、下的压力分 别相等，即塔板压降的平衡问题。显然塔板入口液层最高而易于泄漏；塔板出 口液层最薄而易于气体通过，以维持塔板上气液流动的g i b b s 自由能最低( 水 往低处流是其中的一种现象) 。 由于液体泄漏封闭了部分舌孔，塔板的有效开孔率降低，因此气体通过塔 板的实际孔速较设计的平均值高。 在塔板出口区域的这种高操作气速操作的问题，一方面将阻止液体由入口 向出口的流动，引起塔板入口的液层高度增加，从而加剧了塔板的入口泄漏， 第一章文献综述 同时雾沫夹带也将增加，另一方面，塔板压降与操作气速是平方关系，从而引 起全塔压降较设计值大幅度增加的问题。 由于大液流强度、大塔径下，固舌塔板的这种操作现象以及塔板上入，出 口液层差异较大的问题，造成了看起来雾沫夹带、泄漏和塔板压降的设计值不 高，但生产操作值很高的预测失效问题。 量直筮数鲤迭友洼显然是垩笾塔握土曲沤屋盆查：而平衡塔板上液层分布 的最佳方法是在塔板上适当增加入口和出口堰，其中入口堰是防止液流的入口 冲击、降低入口液层高度为目的，而出口堰是增加塔板出口的液层高度为目标 的，这样可以有效地减缓气体和液体的不均匀分布问题。 1 3a d v 微分浮阀塔盘 j 姬i v 微分浮阀塔盘【”l 是在f 1 型浮阀塔板的基础上，继承其优点，并克服 其缺点而开发的。与传统f 1 型浮阀塔盘相比，对浮阀、塔板、受液盘、降液管 等的结构进行了全面改进。其主要特点如下： a d v 微分浮阀在阀顶开小阀孔，充分利用浮阀上部的传质空间，使气体分 散更加细密均匀，气液接触更充分。 局部采用带有导向作用的a d v 微分浮阀，消除塔板上液体滞留现象，提高 气液分布的均匀度。 采用鼓泡促进器使整个塔板鼓泡均匀，减小液面梯度，增加传质面积，从 而增加了塔板的处理能力和提高了传质效率。 适当改进降液管，增加鼓泡区的面积，提高降液管的液体通过能力。 阀脚采用新的结构设计，使浮阀安装快捷方便，操作时浮阀不会旋转，不 易脱落。 采用新的塔板连接结构，在塔板连接处也可安装浮阀，使浮阀均匀地排布 在整个塔板上，消除传质死区，增加塔板开孔率，进一步提高处理能力和传质 效率。 改进受液盘的结构，增加传质空间。 对整个塔盘的结构进行优化，使其在提高处理能力的同时保持较高的分离 效率，使整个塔盘处于最佳操作状态。 对进料、回流等其他塔内结构进行精心设计，优化全塔内件结构设计，使 整个塔的操作达到最佳状态。 第一章文献综述 通过采取以上各种措施，a d v 微分浮阀塔盘与f l 型浮阀塔盘相比，生产 能力提高5 0 以上，分离效率高1 0 ，压降低2 0 0 , 4 。 1 4s u p e r t - v 塔盘 在原来的 r n r 船型浮惩塔板的基础上，石油大学提出了浮阀填料化的 开发思路，开发了s u p e rv 型系列浮阀塔板。【1 埘 1 4 。1s u p e r t - v 系列塔盘的开发思路 通过对塔板上传质机理分析，在砌w 船型浮阀塔板和塔板填料复合塔板 的操作特性，提出了浮阀填料化的概念，设 计了s u p e r ( s u c c e s s i v eu n i v e r s i t yo f p e t r o l e u m sd i s t i l l a t i o ne n g i n e e r i n g r e s e a r c h i n g ) y 型系列浮阀塔板，该系列塔 板开发思路。 浮阀采用u 型带翼结构、阀体侧翼开孔 和开缝，提高塔板气液接触均匀性，防止浮 阀结焦和结垢沉积。设计了侧翼开孔的浮阀 构型，以适用于低等结焦、结垢体系，称为 s u p e rv _ 1 浮阔；设计了侧翼开缝的浮阀构 型，以适应于中等以上易结焦、结垢体系， 称为s u p e rv - 2 浮阀。 图i - 2s u l 把r v 塔盘 f i g 1 - 2s u p e rvp l a t e 第一章文献综述 m 荨一* r 且盱v 1 尊丽蟹，盯t 1 荨一 懒茹飘毒燃燕 膏量作气建时，s 叩盯t l 捧一与町存一曲气相摄忭 可育 胁t 9 目，l 硼饲董s l wt 1 溯 l 鞠爱嚣挚，誊赞髫姥磊爱霜肇，翥；盛野 茭1 | ；【千椎悼分布量的作用 舞似千蕞悻丹布暮萌作用 鼍气遗叠作时，孔蓐侧缝起到尧于蕞体分布墨曩释作用 图1 - 3s u p e rv 浮阀上的气液接触 f i g 1 - 3g a s - l i q u i dc o n t a c to ns u p e rvv a l v e 塔板上匹配抹斜式高性能堰( 专利号：) ，采用该堰，不仅可以提高降液 管的处理能力，而且可以改善塔板上的液体滞留区，从而实现提高塔板效率。 在以上工作的基础上，本塔板已经形成系列化。 平直溷甬 = = = c = = j = = j 1 1 剖面 b ) 铷口v l 阕孔 图卜4s u p e rv 系列浮阀塔板 f i g 1 - 4s u p e rv s e r i e sv a l v e sp l a t e 图1 - 3 示出了h t v 浮阀和s u p e rv 浮阀的气液传质结构。图l - 4 示出了常 规阀孔与s u p e rv 浮阀阀孔的对比。由图1 可以看出，s u p e rv 浮阀具有更均 匀、充分的气液传质结构，两阀翼完全体现了浮阀的填料化的构思；在此基础 上，又发展了s u p e re a g l e ( s e ) 和s u p e re n h a n c e dc a p a c i t y ( s e c ) 两种新的填 料化浮阀构件，处于实验室阶段。图2 示出了s u p e rv 阀孔与常规条型阀孔的 结构示意图。由图中可以看出，s u p e rv 浮阀具有更优赵的塔板机械性能，采 用文丘利阀孔并具有低压降和低泄漏的特性。i 嘲 ， 忒弋 h 产弋串串 一一一一一 第一章文献综述 1 4 2 塔板流体力学特性 所有的塔板流体力学特性和传质特性研究都是基于完全工业结构和规模直 径, 1 2 0 0 m m 的空气水体系冷模塔上进行的。其数据可直接用于指导工业生产实 际。 压降特性 孟 刍 i ：- ：捡f 。h 。等5 l i r l v di l _ 。一一一 j 。：一? l i h n ( 1 ) 低液流强度( 2 ) 高液流强度 图卜5s u p e rv 1 浮阀塔板与g l i t s c hv l 压降对比 f i g 1 - 5c o m p a r i s o no f p r e s s u r cd r o pb e t w ns u p e r v 1v a l v e sp l a t ea n d g l i t s c hv l 图i - 5 示出了s u p e rv 1 浮阀塔板的压降特性。由图中数据可以看出， s u p e rv l 浮阀塔板浮阀全开前相对高压降和浮阀全开后相对低压降的特性可使 塔设备在宽广的塔设备操作范围操作非常平稳，同时高气速的低压降特性使得 降液管可维持的清液高度降低，从而实现了提高降液管液泛的处理能力。 2 0 i 与g l i t s c h v i 浮阀塔板相比，s u p e r v i 塔板具有更大的降液管处理能力， 约高2 5 3 0 左右。 雾沫夹带特性 咐 m 黜耋毫枷枷m 第一章文献综述 f i 。酽 ( 1 ) 低液流强度( 2 ) 高液漉强度 图卜6s u p e rv l 浮阀塔板与g l i t s c hv l 雾沫夹带的对比 f i g 卜6c o m p a r i s o no f e n t r a i n m e n tb e t w e e ns l r p e rv 1v s j v e $ p l a l ca n d g l i t s c h v l 图1 6 示出了s u p e r v l 浮阀塔板与g l i t s c h v l 浮阀塔板雾沫夹带的对比。 由图中可以看出，低气速时s u p e r v l 浮阀塔板的雾沫夹带较g l i t s c h v l 浮阀塔 板稍高，这表明s u p e r v l 浮阀塔板在低气速时具有较g l i t s c h v l 浮阍塔板更优 良的气液分散特性，传质效率更高，而高气速时s u p e r v l 浮阀塔板较g l i t s c h v 1 浮阀塔板雾沫夹带有大幅度的降低。试验数据统计表明，塔板的雾沫夹带较 v 1 浮阀塔板的雾洙夹带幅度可降低3 肛4 0 左右，因此塔板的喷射液泛能力可 提高3 0 左右，中小等液流强度下，该塔板具有2 2 2 左右的操作弹性。 泄漏特性。 图卜7s u p e rv l 浮阀塔板与g l i t s c hv 1 泄漏的对比 f i g 1 7c o m p a r i s o no f l e a k a g eb e “嘲s u p e rv iv a l v e sp l a t ea n dg f i t s c h v l 第一章文献综述 图1 7 示出了s u p e r v l 浮阀塔板与g l i t s o h v l 泄漏的对比。由图中数据可 以看出，双j p e r v l 浮阀塔板较g l i t s o h v i 泄漏的低的多，并且在极低的阀孔动 能因数下，未出现向f 1 浮阀塔板的机械震动问题。在当出口堰高5 0 m m 和液 流强度小于4 0 m 3 h m 时，在阀孔动能因数1 以上，塔板的泄漏小于1 0 ，并且 塔板上鼓泡极为均匀，操作稳定，因此该塔板具有优良的操作下限。【l 川 传质效率 ( 1 ) 低液流强麦2 ) 高液流强麦 图l - 8s u p e rv l 塔板与g l i t s c hv 1 塔板效率的对比 f i g 1 8c o m p a r i s o no f p l a t ee f f i c i e n c yb e n 黼s u p e rv 1v a l v e sp l a t ea n d g l i t s c hv 1 图1 - 8 示出了s u p e rv l 塔板与g l i t s c hv l 氧气解吸效率的对比。由图中 数据可以看出，无论是低开孔率和高开孔率时，塔板的传质效率较g l i t s c hv 1 浮阀塔板可提高1 0 1 5 左右，并且在极低的操作气速下，塔板达至较高的板 效率。这完全验证了浮阀填料化，可弥补低气速时气液分散不足造成塔板效率 低的开发构思。 塔板压降随阀孔动能因数的变化率远小于常规的圆形和长条型类浮阀塔 板，因此，本塔板具有更大的降液管处理能力，约高2 5 3 0 左右； 。 试验数据统计表明，塔板的雾沫夹带较卜1 浮阀塔板的雾沫夹带幅度可降 低3 0 4 0 左右， 在当出口堰高5 0 r m 和液流强度小于4 0 m 3 h m 时，在阀孔动能因数1 以上， 塔板的泄漏小于1 0 ，并且塔板上鼓泡极为均匀，操作稳定，因此该塔板具有 优良的操作下限； 塔板的喷射液泛能力可提高3 0 左右，中小等液流强度下，该塔板具有 第一章文献综述 2 2 2 左右的操作弹性； 氧气解吸试验表明，无论是低开孔率和高开孔率时，塔板的传质效率较v _ 1 浮阀塔板可提高1 0 1 5 左右。 s u p e r v 浮阀塔板具有极为优良的操作稳定性和巨大的操作弹性。高效率和 高的喷射液泛及降液管液泛能力。若与高性能的抹斜堰技术匹配使用，其传质 效率和降液管处理能力可以更大幅度地提高。该塔板优良的气体自清洗作用， 适用于中等以下易结焦和结垢体系，适用于从减压、常压和加压塔的各类操 作。 1 5 高性能的抹斜堰技术 1 5 1 关于塔板上的液体滞流区问题 精馏塔板上存在着固有的液体滞流区。 液体滞流区的存在使得塔板上存在着流动的非理想性，或讲，塔板上存在 着的局部返混问题，从而降低塔板效率。消除液体滞流区的研究成为消除塔设 备放大效应最重要的研究课题，大约已经开展了近半个世纪，但尚未形成消除 滞流区的可靠方法，是国内外各研究者努力的目标。 一 国内在消除液体滞流区方面的研究，最著名的工作是在浮阀上的发展，最 有代表性地技术是以导向浮阀为先导技术的研究。尽管开发者声称该技术已经 完全消除了液体滞流区，但液体滞流区产生的根源并非在浮阀本身。导向孔技 术最早在喷射类的网孔塔板中采用，其原因是操作气速高，而浮阀类塔板是鼓 泡塔板，其操作气速低，因此浮阀上采用导向孔仅能改善而不可能完全消除液 面落差和液体滞流区的问题。 国外改善液体滞流区流动的技术主要有两种： s w e p t - b a c k 降液管技术； s u p e m a c 裙式降液管技术。 但这两种技术的造价普遍偏高，塔内结构复杂，都属于改善降液管结构和 降液管入、出口的液流分布来实现改善液体滞留区的问题。 无论如何消除、改善或减缓，塔板上的液体滞流区一直是存在的，因为我 们不可能在同一塔设备上进行较大不同的塔结构设计。研究表明，随着塔设备 堰长塔径比和或堰高的降低，塔板上的液体滞流区面积减小。前者是塔设备的 第一章文献综述 工艺负荷决定的，而后者取决于分离要求，因此对与确定的体系和生产要求， 液体滞流区大小是基本确定的固有属性。 1 5 2 关于降液管技术 尽管当前悬挂式降液管是降液管发展的一个新方向，有许多优良特性，但 悬挂式降液管最大的问题是其液封和操作弹性差的问题。 传统降液管中一般设计的降液管液泛限制规定降液管气含率按o 5 来考 虑，即降液管许可清液高度不得超过板间距加堰高的一半。也就是讲降液管的 空间利用率较低，仅为5 0 。理论上讲，当降液管清液高度越高，其流动的推 动力就越大( 压头高) ，降液管的处理能力越高。这一意义上讲，如何加速降 液管中的气液分离，提高降液管的空间利用率成为提高降液管操作性能的关 键，尤其是加压塔设备。 加压塔设备是降液管液泛控制。在加压塔设备设计时，不仅要考虑降液管 停留时间和降液管液速的限制、也要考虑体系的起泡性问题，而另一个极易忽 视的闯题在国内多数设计方法中未能注意一降液管的入口液泛问题。 降液管入口液泛发生于极高液流强度条件下，降液管入口高速的液体流动 阻止了降液管中气体的排除，从而诱发降液管提前发生液泛，国外资料推荐的 降液管入口液速应控制不超过0 0 7 5 m s 。 1 5 3 抹斜式塔板入出口堰的开发圆 为了改善塔板上的液体滞流区，提高降液管的空间利用率，扩大塔设备的 处理能力，石油大学在进行锦州1 ，3 一丁二烯精馏塔设计中，开发了塔板抹斜 式入口堰，并是改造获得极大地成功。后续在锦西丙烯精馏塔扩能改造中，由 施工工期的限制，难以实施扩大降液管面积的设计要求，为此，将抹斜式塔板 入口堰的结构经过改进，应用为塔板出口堰，并且使得改造获得巨大成功。在 此基础上，后续在锦西1 5 0 万吨年常减压扩能到2 5 0 万吨年应用中，完全实现 了降液管利旧( 占全塔面积9 8 ) 。在泽普石化厂重整脱水应用中用于提高塔板 效率，所有的应用都获得巨大成功。 第一章文献综述 b 图1 _ 9i 型抹斜塔板入、出口堰技术 f i g 1 - 9e n t e ra n de x i tw e i rt e c h n i q u eo fit y p ep l a t e 蠢系蔫孽魏 豁黯擎 塔板入r l 液体冲击， 引起入口泄嗣 捧破降液臂 中的气相 改善液体滞 流区的流动 冲击降液管 串气泡，加 囊笺曩瘫 传统降寝管暴作抹并入出口堰降袭管探作 图卜1 0 抹斜塔板入、出口堰技术的操作特性 f i g 1 1 0o p e r a t i o nc h a r a c t e ro fe n t e ra n de x i tw e i rt e c h n i q u eo f it y p ep l a t e 1 5 4 特性和作用 使用场所： 用于塔设备改造扩大降液管出口间隙后，消除降液管出口液体冲击带来 饷操作问题： 新塔设计时，用于提高塔设备操作性能。 优点： 用作为塔板入口堰， 减缓塔板入口液体冲击： 改善塔板入口液流分布，提高塔板效率； 减少塔板上液体的入口泄漏； 第一章文献综述 起到降液管液封作用，尤其是塔设备扩能，扩大降液管出口间隙后。 用作为塔板出口堰， 减改善塔板上液体滞留区流动，提高塔板效率； 提高降液管汽液分离能力，提高降液管的处理能力、降低对停留时间的 要求，研究表明对于加压塔设备，降液管停留时间可以降低到3 秒左 右； 提高降液管空间利用率，提高降液管的处理能力。 改善降液管的入口液泛特性，对于加压体系，降液管入口液速理论计算 值可达到0 2 0 5 札s ，较传统降液管允许值提高了1 7 3 ，现已应用的降 液管入口速度已经达到0 1 4 m s 。 第二章催化装置分馏系统的状况 第二章催化装置分馏系统的状况 2 1 分馏塔设备基本结构参数 催化装置分馏塔为北京设计院设计，设备结构见表3 - - 1 1 1 1 1 丝：! 里竺垫型蜜! 堕竖! ! 垒型坚坐塑坚 瓣嚣嚣淼瓣鬻委荨备注 l 1 3 8 5 4 41 1 2 02 0 9 9 5 1 8 01 3 0 3 19 4 1 21 3 8 5 4 41 1 2 02 4 9 9 51 8 01 3 0 3 1 9 4 1 31 3 8 5 4 41 1 2 22 5 0 41 8 01 3 0 3 19 4 l 4 1 1 41 3 8 5 4 49 9 62 3 5 6 71 7 02 4 9 2 41 8 1 51 3 8 5 4 49 9 62 2 2 2 81 6 01 9 7 2 61 4 2 1 61 3 8 5 4 49 9 62 2 2 2 81 6 02 4 9 2 4，1 8 1 71 3 8 5 4 49 9 62 2 2 2 81 6 02 4 9 2 41 8 1 8 2 51 1 3 4 1 16 5 01 4 5 0 61 2 80 9 4 9 38 3 7 2 61 1 3 4 1 16 5 01 4 5 0 61 2 80 9 4 9 38 3 7 2 71 1 3 4 1 18 1 41 8 1 6 61 6 o2 2 6 6 72 0 9 0 0 9 0 催 化o 9 0 0 1 1 0 0 一中抽 9 0 0 9 0 0 一中返 9 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 2 8 3 01 1 3 4 1 18 1 41 8 1 6 61 6 02 2 6 6 72 09 0 0顶循 2 2 分馏塔的设计条件 表2 2 分馏塔设计条件 ! ! ! ! ! ：里! 墅罂竺生翌2 竺2 1 垒兰鲤! 呈熊竺兰苎 介质名称回炼油浆回炼油一中油轻柴油顶循油 一1 5 - 第二章催化装置分馏系统的状况 2 3 分馏塔的实际操作条件。 2 0 0 4 年5 月，我们对装置进行了标定。当时具体的装置操作状况是 表2 - 3 装置的产品分布情况 坠垒! 丝：! 堕尘堡垒墅! 垒竺堂g 堕坚坐 重 k g h 原料： 蜡油 渣油 焦化蜡油 产品： 干气 液态烃 汽油 柴油 焦炭 油浆 合计 7 9 o 1 0 0 1 1 0 1 2 0 0 0 0 9 5 0 0 0 1 2 0 0 0 1 3 0 0 0 3 8 4 0 1 2 6 0 0 5 4 1 2 0 3 7 9 2 0 7 8 0 0 3 7 2 0 1 2 0 0 0 0 1 6 2 5 l 6 5 l 0 c ，； n 缸 硒 & & “ 第二章催化装置分馏系统的状况 表2 0 汽油产品质量情况 王型! 丝塾壁型旦型堑堕竖塑旦墼 项目 稳定汽油 密度 呱 1 0 3 0 5 0 7 0 9 0 9 5 k k 全馏 总硫 胶质m g l o o m l 硫醇硫p p m 折光，n 2 0 碘值，g i l o o m l 碱性氮，p p m 粘度，m s v v 蒸汽压。k p a r o n m o n 芳烃v 烯烃v 饱和烃v 7 2 9 4 4 7 5 9 8 1 1 0 8 1 4 1 1 8 1 2 9 8 1 o 0 0 0 1 1 4 1 6 5 5 6 4 4 0 6 4 o 6 8 o 5 6 5 6 8 9 1 8 7 9 7 1 3 8 4 5 8 3 5 4 1 7 第二章催化装置分馏系统的状况 表2 - 5 分馏塔主要操作条件 项目单位数据 第三章流程模拟计算 第三章流程模拟计算 依据标定报告的结果，应用p r o i i 软件进行了流程模拟计算。计算分为方 案i 、i i ，其中方案i 为当前标定结果的模拟计算；方案i i 为装置1 0 0 满负 荷，而且有汽油循环时的模拟计算，在此规定的循环汽油量为3 0 t h 。 3 1 方案l 的模拟计算结果 3 1 1 全塔物流及热平衡 分馏塔 板号温度压力 k g c 皤 11 1 0 52 4 0 1 3 3 3 2 4 3 1 5 0 02 4 6 1 5 7 7 2 4 9 1 6 4 8 2 。5 1 1 7 1 42 5 4 1 7 8 92 5 7 1 9 5 2 2 6 0 2 2 7 62 6 3 2 6 0 72 5 6 2 8 1 2 2 6 9 2 9 1 52 7 1 3 0 3 12 7 4 3 2 8 42 7 7 有效流率 汽相 k g i c 1 8 5 0 3 2 9 8 1 1 4 2 6 8 4 3 2 2 8 8 1 7 9 8 1 1 0 2 4 7 4 9 9 8 8 5 3 7 8 5 2 1 1 3 1 1 8 5 5 9 1 5 0 3 7 7 8 7 2 5 0 1 1 7 0 2 5 4 3 5 7 2 5 4 0 1 5 1 5 2 5 4 1 9 2 2 8 6 1 4 3 8 2 1 9 1 5 1 9 2 7 3 1 5 5 1 0 7 5 1 6 2 5 8 2 8 1 5 9 2 5 9 5 1 5 5 5 3 8 4 1 4 8 0 0 0 i 1 2 5 5 7 0 7 1 7 0 3 5 3 5 1 8 7 2 0 4 9 1 8 4 9 5 8 1 1 7 1 9 5 7 8 1 9 5 2 2 5 8 1 5 r 3 5 9 0 2 8 01 7 8 9 5 5 1 侧线汽提塔 1 1 61 9 4 0 2 1 71 9 0 5 入塔出塔 热负荷 m k c a l 既 2 4 6 0 0 1 l 1 0 5 3 8 4 7 v- 5 1 3 5 2 1 2 2 9 9 5 7 p0 o w 1 2 2 9 9 5 7 p 1 4 0 0 0 0 l 3 9 9 5 9 v 5 1 9 1 5 o l 9 4 7 2 8 2 p一7 5 0 0 0 9 4 7 2 8 2 p 7 1 0 0 2 4 p 7 1 0 0 2 4 p 4 5 0 2 2 7 l 5 0 0 o v2 1 3 2 8 4 2 p 1 7 2 4 7 9 8 v1 3 2 5 3 3 l 2 1 3 2 8 4 2 p 2 8 55 1 1 1 2 85 1 9 1 5 o l3 9 9 5 9 v 2 8 53 1 9 3 71 0 0 0 o v4 8 9 1 9 1 1 9 - - 4 9 8 0 7 1 5 8 3 7 6 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 第三章流程模拟计算 3 1 2 取热分配 计算分馏塔的热负荷详见表3 1 。 表3 1 分馏塔热负荷 ! i g ：j ：! 望! 璧些堑竺熊墅堡竺丝丝竺 寿板号温度 流量热负荷 霖 从到抽出返回 溢陬k k g 职嚣d 腿 | n 【c a l h 顶 。， 1 3 3 36 0 09 7 2 o l1 2 3 0 2 51 6 1 0 4- 5 1 3 5 7 0 1 5 3 5 2 循 。1 l o9 2 6 0 6 1 2 5 04 1 9 3 69 4 7 2 1 1 0 4 5 4 7 50 2 2 4 1 9 由 二 由 油 浆 厶 口 计 1 4 1 3 3 2 8 42 1 9 o2 3 4 4 97 1 0 0 1 7 4 9 8 4 9 8 0 2o 1 4 8 8 7 1 51 5 3 5 9 02 4 5 o5 9 0 4 62 1 3 2 8 4 2 1 8 2 7 1 5 8 3 7 4 o 4 7 3 4 2 3 3 4 5 3 3 i 0 0 3 1 3 全塔物料平衡 计算分馏塔的物料平衡详见表3 2 。 表3 - 2 分馏塔物料平衡 ! i 曼：i 兰坚箜! ! 型翌望! ! 型竺些g 塑竺 项目 相态 蓑拿蓑喜 质量流量k g h 。 一2 0 第三章流程模拟计算 3 1 4 各板气液负荷及物性 3 1 4 i 气相负荷 ( 1 ) 分馏塔 板号分子量 4 7 0 5 8 5 6 8 0 1 6 2 1 7 5 6 3 6 5 0 6 3 6 2 0 6 6 3 9 5 6 5 0 1 5 6 2 8 9 4 5 8 3 5 9 7 1 5 6 2 7 7 2 7 2 7 7 2 1 8 7 3 8 7 0 8 1 1 4 5 7 7 3