（化学工程专业论文）催化裂化主分馏塔和吸收稳定系统工艺模拟与改进研究.pdf

中文摘要 催化裂化是炼油厂中重要的二次加工过程，但其主分馏塔和吸收稳定系统 面临生产扩能、产品质量改善和节省能耗几大问题的困扰。本文采用流程模拟 软件p r o i i 对分馏和吸收稳定系统进行全流程模拟，针对流程特点开发新的、 节能的工艺流程，以期解决上述问题，得到更好的经济效益。 ” 针对吸收稳定系统，改变常规热进料工艺和双股进料工艺“先冷却后加热” 的不合理思路，考虑利用物料自身的热量，避免先冷后热过程，同时避免返混， 提出了二级冷凝及其与中间再沸器的混合工艺，且采用p r o i i 软件对新工艺及 常规工艺进行模拟计算。通过比较，考察出二级冷凝和混合方案具有双股进料 的特点，能避免返混，且平衡罐前冷却负荷大幅度降低，比冷进料方案分别减 少了5 7 8 和4 0 5 ：同时具有减小冷热能量消耗、降低解吸气量及缓解解吸塔 塔内负荷等优点。 本文还从吸收稳定系统的稳定塔出发，开发了稳定塔侧线采出汽油新工艺。 模拟结果表明：新工艺补充吸收剂质量提高，从而改善吸收效果；新工艺稳定 汽油恩氏蒸馏数据与常规工艺十分吻合，满足质量要求；同时可减小吸收塔和 解吸塔的负荷，节省能耗。 利用p r o i i 对国内某石化公司吸收稳定系统解吸塔采用的中间再沸器技术 进行模拟，得到的模拟结果与实际数据吻合良好。结果表明：中间再沸器工艺 可降低解吸塔塔底再沸器热负荷，解吸气中c 3 以上组分含量低，无需吸收塔中 段冷却。该工艺充分地结合了冷进料和热进料的优点，经初步评估，经济效益 良好。 催化裂化分馏和吸收稳定系统的关联性很强，针对此特点本文实现了全流 程模拟技术，改变了以往将二系统独立研究的思想。对主分馏塔采用了不同侧 线采出工艺，并利用i o 算法的特点，模拟时可同时解决侧线塔与主塔，效果 很好。 关键词：催化裂化主分馏塔吸收稳定流程模拟节能二级冷凝侧线采出 a b s t r a c t f l u i dc a t a l y t i cc r a c k i n g ( f c c lp r o c e s si sa l l i m p o r t a n tp r o c e s s i n s e c o n d a r y p r o c e s s i n gi no i lr e f i n i n gi n d u s t r yi nw h i c hi tp l a y sav e r yi m p o r t a n tp a r t b u tm a i n f r a c t i o n a t o rs y s t e ma n da b s o r p t i o n - s t a b i l i z a t i o n s y s t e m a r ef a c e dw i t hs e v e r a l p r o b l e m s ，s u c ha se x t e n d i n gp r o d u c t i o nq u a n t i t y , i m p r o v i n gp r o d u c tq u a l i t ya n d s a v i n ge n e r g y i nt h i sp a p e gs o f o n a r ep r o i ii sa d o p t e dt os i m u l a t et h ew h o l ef l o w t h a ti sm a i nf r a c t i o n a t o rs y s t e ma n da b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h e f l o w sf e a t u r e ，t h en e ws a v i n g e n e r g yt e c h n o l o g ys h o u l db ed e v e l o p e di no r d e rt o s e t t l ep r e v i o u sp r o b l e m sa n do b t a i nb e t t e re c o n o m i cb e n e f i t f o ra b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns y s t e m ，an e we n e r g y s a v i n g t e c h n o l o g yn a m e d s e c o n dc o n d e n s a t i o na n da n o t h e rt e c h n o l o g yc o m b i n e ds e c o n dc o n d e n s a t i o na n d i n t e r m e d i a t er e b o i l e ra r ep r o p o s e d b ys o f t w a r ep r o i is i r e u l a t i o no ft h en e w t e c h n o l o g i e sa n dt h ec o n v e n t i o n a lt w o - t o w e rt e c h n o l o g i e s i ti ss h o w nt h a tt h en e w o n e ss h a r et h ec h a r a c t e ro f t h et w o t o w e rp r o c e s sw i 也d o u b l ef e e d i n g a n dr e d u c et h e c o l dl o a db e f o r et h es u r g et a n k s c o m p a r e dw i 血t h ec o l dl o a db e f o r et h es u r g et a n k s o fc o l df e e d i n gp r o c e s s l a to fs e c o n dc o n d e n s a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ec o m b i n a t i v e t e c h n o l o g yd e c r e a s e sr e s p e c t i v e l yb v5 7 8 a n d4 0 5 t h en e wt e e h n o l o g i e sr e d u c e t 1 1 ee n e r g yc o n s u m p t i o n t h ef l u xo fd e s o r p t i o ng a sa n dt h el o a di nd e s o r b e r | c o n s i d e i i n gs t a b i l i z e ro fa b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns y s t e m ，an e wt e c h n o l o g yn a m e d s i d e d r a wp r o d u c t i o ni sd e v e l o p e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o na r el i s t e da sf o l l o w s ， t h eq u a l i t yo f a d d i t i o n a ta b s o r b e n ti m p r o v e sa n dt h ea b s o r p t i o ne f f e c ta l s oi r e p r o v e s d i s t i l l a t i o nc u r v eo fs t a b l eg a s o l i n eo ft h en e wt e c h n o l o g yt a l l i e sw i t ht h a to ft h e c o n v e n t i o n a lt e c h n o l o g ya n dt h eq u a l i t yc a l lm e e tt h ec h a l l e n g e m o r e o v e r , t h en e w o n ec a l lr e d u c et h el o a di na b s o r b e ra n dd e s o r b e ra n ds a v et h ee n e r g yc o n s u m p t i o n b ys o f t w a r e p r o i is i m u l a t i o no f 恤ei n t e r m e d i a t er e b o i l e r t e c h n o l o g yo f a b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns 3 7 s t e mf o rc e r t a i n 口e t r o c h e i n i c a lc o r p o r a t i o n 。t 1 1 es i m u l a t i n g r e s u l t st a l l vw i t hp r a c t i c a b l ed a t a t h ei n t e ；r m e d i a t er e b o i l e rt e c h n o l o g yc a nr e d u c e t h ei o a do ft h er e b o i l e ri nt h eb o u o mo fd e s o r b e tt h ec 1 + c o m p o s i t i o np e r c e n ti n d e s o r p t i o ng a si sl o wa n d 也ei n t e r m e d i a t eh e a t e x c h a n g ei su n w a n t e d t h ei m p r o v e d t e c h n o l o g ys h a r e st h ec h a r a c t e ro ft h et w o t o w e rp r o c e s sw i t hc o l df e e d i n ga n dh e a t f e e d i n g a n dt h ep r e l i m i n a r ye s t i m a t i o no f t h ee c o n o m i cr e t u r n si sg o o d t h er e l e v a n c eo ff c c um a i nf r a c t i o n a t o ra n da b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns 3 ，s t e mi s g r e a t ，a c c o r d i n gt ot h i sc h a r a c t e r , t h es i m u l a t i n gt e e h n o l o g yo ft h ew h o l ef l o wi s r e a l i z e di nt h i st h e s i sa n dm o d i f i e st h ep r e v i o u si d e ao fr e s e a r c h i n gt h et w os y s t e m s i n d e p e n d e n t l y t h ed i f r e r e n ts i d e d r a wp r o d u c t i o nt e c h n o l o 西e sa r ea d o p t e df o rm a i n f r a c t i o n a t o r b yc h o o s i n gi oa l g o r i t h m t h es i d et o w e ra n dt h em a i nt o w e tc a r lb e c a l c u l a t e ds y n c h r o n o u s l y a n dt h ee f r e c to f 血ew h o l ef l o ws i m u l a t i o ni sv e r yg o o d k e yw o r d s ：f c c u ，m a i nf m c t i o n a t o r , a b s o r p t i o n - s t a b i l i z a t i o ns y s t e m ，f l o w s i m u l a t i o n ，e n e r g y s a v i n g ，s e c o n dc o n d e n s a t i o n ，s i d e d r a wp r o d u c t i o n 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：叁生盘堂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：f 虱支士甬 签字日期：如。f年1 月f zf i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘注盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁壅盘鲎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 虱参娟 导师签名 签字日期：如。f 年f 月，z 同签字日期：刃秒( - 年月，占日 刚舌 日u吾 催化裂化工艺是2 0 世纪3 0 年代中期工业化的，最初用固定床加工重瓦斯 油。自2 0 世纪5 0 年代初期，流化催化裂化工业装置建成投产。第一套重油催 化裂化装置始于2 0 世纪6 0 年代初期，是用k e l l o g g 公司的正流c 型装置加工常 压重油。由于我国的原油多数属于偏重的石蜡基原油，所以对重油催化裂化的 发展一直十分重视。1 9 6 5 年，我国第一套流化催化裂化装置建成投产( 1 ，甜。f c c u 是炼油厂中最重要的二次加工手段之一，其经济效益在炼油厂中举足轻重。 催化裂化反应一再生系统的装置改造在国内外有很多，但由此也导致了分 馏和吸收稳定系统不能满足要求，面临着生产扩能、产品质量和能量消耗等几 大问题。各个炼厂均在根据自身特点及不足对装置进行改造，同时着手对现有 流程进行改进，开发新的节能工艺流程，以期得到更好的经济效益。 要开发一种新工艺，传统的方法是先进行实验，再经过小试、中试逐级放 大，才能建成实际生产装置，这个过程不但周期长，而且投资巨大。应用流程 模拟软件对工艺流程进行模拟，则很容易实现对流程的考察，可以改进工艺流 程布置、优化操作参数，只要所选择的模型及热力学方法适当，模拟结果是相 当可靠的。计算机模拟可以用来指导生产，或者为装置改造以及新装置的设计 提供基础数据。 国内吸收稳定系统工艺流程经过了一系列的改进，解决了原有流程存在的 一些问题，但是没有合理运用系统自身热量，即利用物流余热。在此思想上， 可以通过改进流程，达到节能效果。同时，以往改造一般只停留在对吸收塔、 尤其是解吸塔上，而忽略了稳定塔的作用，因此从稳定塔考虑进行改造有其独 特意义。对催化裂化分馏系统和吸收稳定系统的研究，国内都是独立进行的， 没有很好地将二者联系起来。而实际上，分馏和吸收稳定是不可分割的整体， 因此有必要对二者进行全面研究。 本文将对吸收稳定过程进行节能改造，开发出有利于控制吸收稳定系统产 品质量、实现节能的新工艺，且借助先进的流程模拟软件p r o i i 考察新工艺的 优势；同时对某公司实际流程的改造进行评估；并对催化裂化分馏和吸收稳定 系统全流程进行模拟。 第一章文献综述 第一章文献综述 催化裂化( f c c u ) 【3 ，4 1 是炼油厂中重要的二次加工过程。催化裂化主要由三 部分组成，即反应一再生系统、分馏系统和吸收稳定系统，其主要作用是在加 热和催化剂的共同作用下，将常压渣油、蜡油、脱沥青渣油等重质馏分油转换 成高质量的干气、液化气、汽油和柴油。 1 1 分馏系统工艺概述及进展 催化裂化分馏系统的任务主要是把反应器送来的油气混合物按沸点范围分 割为富气、汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆等馏分，并保证各个馏分的 质量符合规定的要求。此外，还要用回流热和馏分的余热把原料油或其他低温 介质预热到较高的温度，以及用蒸汽发生器回收热量等。 1 1 1 分馏系统工艺流程及其特点阻5 】 1 1 1 1 工艺流程说明 催化裂化主分馏塔共分两段，上段为精馏段，下段为脱过热段，塔下部装 有入字挡板。其结构示意图见图1 ，1 所示。 从反应器来的4 6 0 5 1 0 的高温油气，夹带少量粉末，进入分馏塔下部 的脱过热段，与冷却到2 5 0 左右的油浆在人字挡板上逆流接触换热，脱除油气 过热并洗涤催化剂粉末，然后进入分馏塔上部，将冷凝到饱和状态的油气混合 物在分馏段分成几个中间产品。塔顶为粗汽油和富气，侧线有轻柴油、重柴油 和回炼油，塔底为油浆。轻柴油、重柴油先通过汽提塔，再经换热冷却后出装 置。为取走分馏塔内的过剩热量，设有顶循环回流、一个或两个中段循环回流 和塔底油浆循环回流。 典型的主分馏塔流程各系统介绍如下： ( 1 ) 粗汽油系统：粗汽油、富气和水蒸气从分馏塔顶出来，经空冷和水冷 冷凝冷却器，进入分馏塔顶油气分离器。未冷凝的油气( 富气) 送到气体压缩 机加压后进入吸收稳定系统，冷凝的粗汽油用泵送往吸收稳定系统，有时也可 作塔顶冷回流。 第一章文献综述 中段 重柴油 回 循 循环油浆抽出口 图1 1 主分馏塔结构示意图 盹1 - 1s c h e m a t i co fm a i nf r a c t i o n a t o r 入口 ( 2 ) 顶循环回流系统：项部循环回流的作用是为了取走并回收一部分热量， 以减轻塔顶冷凝冷却器的负荷，同时产生足够的塔顶内回流以保证粗汽油和轻 柴油分割良好。顶循环回流自第2 7 层塔板用泵抽出，经与锅炉用水换热后再经 空冷、水冷冷却至6 0 - - 8 0 后循环至第3 0 层塔板。 ( 3 ) 轻柴油系统：轻柴油从第1 9 层塔板全部自流入两段汽提塔的上段，经 水蒸气汽提后用泵抽出，与原料换热并取出少部分作为燃烧油和仪表冲洗油及 泵的密封油。剩余轻柴油经冷却后，其中一部分作为吸收油送至再吸收塔，其 余部分作为产品送出装置，汽提出来的油气和水蒸气回到分馏塔的第1 7 层塔板 的上部。 ( 4 ) 一中段循环回流系统：一中段循环回流用泵自第1 6 层塔板抽出，送至 吸收稳定部分作解吸塔塔底再沸器的热源，返回的油品再经冷却到适当的温度 返回到分馏塔的第1 8 层塔板。 ( 5 ) 重柴油系统：重柴油从第8 层或第1 0 层塔板自流入两段汽提塔的下段， 第一章文献综述 经水蒸气汽提后用泵抽出，在冷却后作为产品送出装置。 ( 6 ) 二中段循环回流系统：二中段循环回流用泵自第2 层塔板抽出，送往 稳定塔底作热载体后，再经蒸汽发生器产生低压蒸汽，之后返回分馏塔的第5 层塔板。 ( 7 ) 回炼油系统：回炼油从第2 层塔板受液盘自流入回炼油罐，然后用泵 抽出，一部分返回第2 层塔板作为脱过热段的回流，另一部分经加热炉( 或不 经加热炉) 后与原料一起进入反应器或进提升管回流。 ( 8 ) 油浆循环系统：油浆从塔底用泵抽出经与原料换热( 或与常压装置原 油换热) 或发生蒸汽，然后以不同高度返回塔中，上面部分返至最上部人字挡 板上，用作脱除油气过热，洗涤油气夹带的催化剂粉尘；下面部分用作调节塔 底温度。只有一小部分从泵出口打入单独的进料雾化喷嘴回炼或送出装置调节 热平衡和油浆固体含量。 ， 实际流程中，各装置都会因具体情况而不同，特别是在热的利用、塔板数 目和循环回流数、换热流程、抽出位置等方面会存在着差异。 1 1 1 2 工艺流程特点 分馏系统的工艺特点有：( 1 ) 催化分馏塔的进料一般为温度在4 6 0 。c 以上且带 有催化剂粉末的过热气体，而不是气一液混合物。( 2 ) 产品比较容易分离，除塔 顶出粗汽油外，侧线出轻柴油、重柴油和回炼油。( 3 ) 全塔剩余热量大。为了更 好地利用分馏塔的热能，在满足分馏要求的前提下应尽量减少顶部回流的取热 量，增加温度较高的中段及油浆回流的取热量。 1 1 2 主分馏塔余热及其利用 进入主分馏塔的绝大部分热量是由反应油气在接近反应温度的过热状态下 带入分馏塔的，除塔顶产品以气相状态离开分馏塔外，其他产品均以液相状态 离开分馏塔。在分馏过程中需要取出大量显热和液相产品的冷凝潜热，这些热 量就是分馏塔的余热，其数量大小主要受反应温度和回炼比的影响。其他如产 品产率、分馏塔各产品抽出温度、分馏塔及产品汽提塔的蒸汽用量，各循环回 流取热分配及散热损失等，对分馏塔的余热也有影响，但都比较小。因此，分 馏塔的余热数量的决定因素主要是反应条件，减少分馏塔余热的最有效的途径 是降低回炼比和反应温度。 影响分馏塔余热分配的因素有：( 1 ) 油浆循环。油浆循环的作用主要是洗涤 第一章文献综述 反应油气携带的固体颗粒，并在尽量高的温度下取出分馏塔的一部分余热，保 证一定的油浆冷凝量。( 2 ) 中段回流。中段回流的作用是为轻柴油和回炼油( 还 有重柴油) 的分馏提供足够的内回流，并保证回炼油及重柴油的冷凝，同时以 较高的温度取出塔内的一部分余热。( 3 ) 顶循环回流。其作用是为汽油和轻柴油 的分馏提供足够的回流并保证轻柴油冷凝，同时取出分馏塔的一部分余热。 为更充分利用分馏塔回收的余热，在操作中要尽力保证回炼油的回流量为 零，只有这样才能在油浆循环中取得最多的高温余热。轻柴油抽出层下来的内 回流量为零时，可以从中段回流中取得最大的余热。但在油浆取热一定时，中 段应尽量多取一些，而且在两个中段取热分配上，应尽力从二中段多取些余热， 从热量利用的观点出发，尽量减少塔顶回流取热量是有利的。塔顶取热量的下 限是保证汽油和柴油分馏时的最小取热量。要在保证产品质量和收率的情况下 优化操作，以最大限度地多取高温余热，少取低温余热。 1 1 3 设备的改造 传统的催化裂化主分馏塔均为板式塔。塔板型式一般有两类，一类是舌型 塔板分馏塔，另一类是舌型、浮阀和筛孔混合型塔板分馏塔。固舌型塔板液流 强度弹性范围小，板效率低，分离精度差；浮阀塔板【6 1 效率高分离精度好，但处 理能力比舌型塔板低。此后，在改造中还出现t j f 复合浮阀塔板口j 、s u p e rv 1 型浮阀塔板【剐和立体传质塔板( c t s t ) 9 1 等新型塔板。 如今，有的主分馏塔己经成功地用规整填料 1 0 - 1 4 代替传统的塔盘。1 9 8 3 年， 规整填料在流化催化裂化分馏塔中实现了第一次工业应用【i ”。1 9 9 1 年9 月，我国 第一座规整填料f c c u 分馏塔农安1 5 0 k t a 联合装置于一次开车成功，为催化 裂化分馏塔的改造开辟了一条新途径 1 6 l 。与塔盘式塔相比，使用规整填料具有 处理能力大，操作弹性好，分离精度高和压力降小等优点。 可见，国内外同行业均在根据自身的不足开发合理的设备，以获得更好的 效果。 1 1 4 面临的问题 2 0 世纪7 0 年代发生的能源危机和市场对石油产品需求量及结构的变化有了 新的要求，希望更多的重油、渣油转化为轻质产品，这就促进了重油催化裂化 工艺的迅速发展，需要发展该项技术，同时也对该工艺提出了挑战。近年来， 随着国内外原油的重质化和劣质化，f c c 已成为炼油企业油品轻质化和获取化工 第一章文献综述 原料的重要加工手段，发展潜力很大。但有些问题仍然困扰着生产，严重的甚 至造成装置非计划停工，给企业带来很大经济损失，其中分馏塔底及油浆循环 系统结焦就是一个很典型的问题。分馏塔防焦措旌一般有【1 8 2 2 】：( 1 ) 控制好分馏 塔塔底温度。一般控制在3 5 0 3 7 0 ，其中常规f c c 按上限操作，r f c c 接近下 限操作。f 2 ) 控制塔底油浆停留时间。一般小于5 r a i n 以保持油浆处于适宜的循环 量，最小油浆循环量根据原料油和操作方案定出。( 3 ) 控制油浆相对密度在1 0 左 右。( 4 ) 油浆循环系统保持较高的流速，一般大于1 3 m s 。( 5 ) 回炼油、油浆脱除 富芳组分也是减少系统结焦的有效途径之一。( 6 ) r f c c u 应保持一定的油浆外甩 量。( 7 ) 优化操作等。 除了分馏塔结焦，塔顶结盐【2 3 也是不容忽视的问题。塔顶温度是油汽在其 分压下的露点温度，只有当此值高出与水蒸汽分压对应的饱和温度一定值时， 水蒸汽才会以气体状态流出分馏塔，否则水蒸汽将会凝结成水，造成结盐。国 内分馏塔大多控制在1 1 0 。c 以上，塔顶压力若大于0 1 5 m p a ，塔顶温度一般控制 在11 5 以上。根据不同的塔顶压力，调整塔顶温度，这样可以在保证产品质量 的同时，确保塔顶温度不低于水在塔顶分压下的露点温度，防止液相水在塔顶 形成从而造成冲塔和结盐。 1 2 吸收稳定系统工艺概述及进展 催化裂化吸收稳定系统的作用是，将富气和粗汽油分离成千气( c 2 及c 2 以 下) 、液化气( c 3 、c 4 ) 和蒸汽压合格的稳定汽油( c 4 以上) 。吸收稳定系统主 要由吸收塔、解吸塔、稳定塔、再吸收塔及相应换热器等辅助设备构成1 2 4 l 。压 缩富气、富吸收油和解吸气在高压分离器中平衡闪蒸后，气相物流进入吸收塔， 用汽油回收其中的c ，+ 轻烃；液相物流经换热后进入解吸塔，从解吸塔顶脱出的 少量解吸气或重石脑油回收残余的c 3 + 气体；再吸收塔顶产品为干气；脱乙烷汽 油送至稳定塔分离为液化气( l p g ) 和稳定汽油。 1 2 1 工艺流程技术进展 1 2 1 1 单塔流程 在吸收稳定系统中，吸收解吸部分的作用是使c 2 、c 3 分离，这对于降低干 气q 6 c 3 + 浓度、维持稳定塔正常操作起着重要作用。从流程上可看出，吸收塔与 解吸塔关系十分密切，但两个过程操作条件要求不同，容易发生交互影响，控 第一章文献综述 制有一定难度。因此吸收塔和解吸塔的操作情况对于整个系统性能有重大影响。 我国在2 0 世纪6 0 年代设计的吸收解吸过程是单塔流程( 见图1 2 ) ，为国外 2 0 世纪5 0 年代的技术【2 5 1 。吸收和解吸在一个塔中进行，上段为吸收段，下段为 解吸段。单塔流程的优点是设备较简单，比双塔流程少用一台富吸收油泵，富 气冷却器和平衡罐也小。但吸收和解吸是两个完全相反的过程，要求的条件不 一样，使得吸收段和解吸段缺乏有效的控制方法，在同一个塔内比较难做到同 时满足塔顶和塔底的要求。因此，单塔流程的塔顶贫气和塔底脱乙烷汽油的质 量都较差，贫气中c 3 含量高，脱乙烷汽油中c 2 含量高。 脱乙婉汽i 由 图l - 3 单塔解吸段加热流程 f i g 1 - 3h e a t i n gf l o w s h e e to f s i n g l et o w e rd e s o r p t i o np a r t 张吕鸿等人 2 6 提出了单塔节能流程( 见图1 3 ) ，即在解吸塔段设置中间再沸 器加热的单塔流程。其特点是在进气段取热，在解吸段设置中间加热段，冷凝 器、加热器均可内置或外设。该流程利用了稳定汽油的热能，而且解吸段压力 第一章文献综述 低，利于解吸，解吸气量少；对于吸收塔，负荷减小，吸收效果较好。该单塔 流程的缺点是设备较复杂，冷负荷会增加。 杜翔等人f 2 刀提出了另一种新的单塔流程改造方案，如图i - 4 所示。该流程将 富吸收油抽出塔外与富气混合，经冷却、平衡分离后分别进入吸收段和解吸段， 为了利用稳定汽油余热降低塔底再沸器负荷，同时结合了张吕鸿等人提出的中 间再沸器流程，在解吸段增加一个中间换热。改造的方案抽出富吸收油并与富 气混合，有利于降低解吸段顶部温度，控制解吸气；同时吸收段气相进料量减 少，提高了吸收效果。该方案同样利用了稳定汽油的热能，但平衡罐前冷却负 荷增加。 图1 4 新单塔流程 f i g 1 - 4n e ws m e j er o w e rp r o c e s s 1 2 1 2 双塔流程 为解决吸收塔( 低温、高压) 和解吸塔( 高温、低压) 对操作条件要求不 同的矛盾，国外于2 0 世纪5 0 年代末开始采用双塔流程，我国在2 0 世纪7 0 年 代也开始设计双塔流程。双塔流程是指一级吸收和解吸过程使用两个独立的吸 收塔和解吸塔，在布置上也可将两塔重叠在一起。为适应增大处理能力和改善 产品质量的需要，2 0 世纪8 0 年代大多数老装置把单塔流程改为双塔流程，解决 了吸收和解吸的相互干扰，避免了单塔塔顶贫气中c 3 含量高和塔底脱乙烷汽油 中c 2 含量高的缺点。目前，在催化裂化装置中“双塔流程”模式已占据了主导 地位。 一般的双塔流程有两种f 2 5 1 ，双塔流程i 是富吸收油、解吸气和压缩富气一 起冷却后在平衡罐进行气液平衡分离，气液相分别进入吸收塔和解吸塔，如图 1 5 所示；双塔流程1 i 是只有解吸气和压缩富气冷却后进入平衡罐，而富吸收油 第一章文献综述 直接进入解吸塔顶部，未进平衡罐参加气液平衡【2 8 】，如图1 6 所示。双塔流程 将吸收和解吸两部分分开，避免了单塔流程的一些问题，它的优点是c 3 、c 4 的 吸收率较高，而脱乙烷汽油里的c 2 含量较低。双塔流程i 为综合进料，平衡罐 相当于吸收塔底部设中间冷凝，等同于一块理论塔板，有利于降低吸收塔冷却 负荷，提高吸收效果；同时平衡罐出去到吸收塔的富气量减少，相应降低了吸 收塔的气相负荷，有利于吸收。双塔流程i i 吸收塔底的富吸收油不经冷却到解 吸塔顶，平衡罐容积不用增大，但也起不到理论塔板的作用，吸收效果比双塔 流程i 差，但比单塔流程要好。 图1 - 6 双塔流程 f i g 1 - 6t w o - t o w e rf l o w s h e e ti i 嚣 双塔流程解吸塔的操作方式对系统有很大影响。如果解吸塔过度解吸( 乙烷 解吸率为1 0 0 ，且c 3 、c 4 组分也大量解吸) ，就会使大量的液化气组分在压 缩富气冷凝冷却器、吸收塔、解吸塔及解吸塔再沸器之间循环，导致吸收塔和 再吸收塔的操作负荷增大，吸收能力下降，干气质量变差，装置能耗增加。因 第一章文献综述 此应当控制脱乙烷汽油乙烷的解吸率，以避免解吸塔的过度解吸。双塔流程解 吸塔的进料方式主要有三种：冷进料、热进料和冷热双股进料1 2 5 ，”j 。 冷进料流程( 见图1 7 ) 的特点是将平衡罐的凝缩油不加热直接进入解吸塔 顶部。由于凝缩油温度较低( 3 0 c 4 0 ) ，因此解吸塔顶温度低，解吸气量 少。相应地，吸收塔的气相负荷小，吸收效果就好，富气冷凝冷却器负荷也小。 缺点是解吸塔负荷大，解吸塔底再沸器负荷亦大。 为减小解吸塔再沸器的负荷，凝缩油经稳定汽油加热后再进入解吸塔顶部， 同时也利用了稳定汽油的热能，这是热进料流程的特点，如图1 - 8 所示。热进料 解吸塔顶的温度比较高( 7 5 c 8 0 c ) ，解吸气量较大，解吸气中有大量的c 3 、 c 。液化气组分循环。因此，吸收塔和解吸塔的负荷增大，吸收效果变差，同时 富气冷凝冷却器的负荷也增大了。热迸料流程虽然能够利用稳定汽油余热，使 塔底再沸器负荷降低，但解吸塔上部冷却负荷是各流程中最高的。 解吸气 图1 9 双股进料流程图l 1 0 中间换热流程 l 唯g 1 9d o u b l ef e e d i n gp r o c e s s f i g 1 - 1 0i n t e r m e d i a t eh e a te x c h a n g ep r o c e s s 为了合理利用冷热进料各自的优点，许多炼油厂采用如图1 - 9 所示的冷热双 股进料流程2 引，其特点是将平衡罐中冷的凝缩油分为两股，一股与稳定汽油换 第一章文献综述 热后进到解吸塔的中上部，另一股冷进料直接到解吸塔顶部。热进料有效地利 用了稳定汽油的热量，减小了解吸塔底部再沸器的负荷；冷进料使解吸塔顶部 的温度降低、解吸气量减少，有利于改善吸收塔的吸收效果。实践证明，冷热 双股进料流程具有明显的优越性。但由于该流程将温度不同而组成相同的凝缩 液分别进入塔的不同位置，破坏合理的浓度分布，存在轴向传质返混问题。 天津大学迸一步提出了中间再沸器流程【2 列，见图1 1 0 ，其特点是：冷凝缩 油全部进入解吸塔顶部，在解吸塔中部设置一个中间再沸器，且中间再沸器由 稳定汽油供热。中间再沸器工艺更充分结合了冷热两种进料方式的优点，平衡 罐前冷却负荷小，且在很大程度上降低了解吸塔底再沸器加热负荷，避免了双 股进料的返混问题。 针对现有“双塔流程”缺点，应用流程模拟和总体优化技术，陆恩锡等【3 0 引 提出了一个新的节能的吸收稳定系统工艺流程。他们认为该流程采用油吸收脱 乙烷塔代替原有的吸收塔和解吸塔，并对换热网络重新进行了匹配，从而取消 了原“双塔流程”的两股返回物料，新流程不但增加了产品的回收率，而且还 降低了能耗。采用新型油吸收脱乙烷塔取代了“双塔流程”中的吸收塔和解吸 塔，该油吸收脱乙烷塔也不同于“单塔流程”中的吸收解吸塔，其实质是一个 复杂蒸馏塔，由于设置了塔顶冷凝器i 可以通过调节回流比有效地控制塔顶气 相产品的质量，因而从根本上解决了原“单塔流程”产品质量较难控制的问题。 图1 1 1 新的吸收稳定系统工艺流程 f 龟1 = 1 1n e w f l o w s h e e to f a b s o r p t i o n s t a b i l i z a t i o ns y s t e m 张远才口2 1 对此流程提出质疑，认为该流程在压缩富气入塔前不设冷却器， 采用塔底再沸器和中间再沸器相结合的技术，充分利用稳定塔底的热能作为解 吸操作所需的热源，在节能方面有创新性，在工艺参数耦合分析和换热网络优 化方面有一定的新意；但新吸收稳定系统工艺流程开发由于对原双塔流程的优 缺点分析得不够深入，且一开始就想当然地以蒸馏操作来代替吸收解吸操作， 第一章文献综述 脱离了生产实际，其双塔流程在结构上依然存在着一些严重的缺点。 在吸收稳定系统的改造上，主要是围绕节能而展开的，企业的重点是经济 效益。在保证产品质量的前提下尽量节省能耗，这是对原有流程进行改进的宗 旨。 1 2 2 操作条件的改进 炼油厂中，催化裂化吸收稳定系统中存在的液化气回收率不高的问题很普 遍，提高c 3 + 的吸收率就显得非常重要。 吸收效果一般以干气中c 3 以上含量表示，天津大学经多因素模拟计算得到， 主要影响因素的次序是：吸收压力 补充吸收剂中c a 含量 吸收温度 补充吸收 剂量 吸收塔理论板数；对能耗影响的各因素次序为：吸收压力 补充吸收剂中 c 4 含量 补充吸收剂量 吸收温度 吸收塔理论板数。从以上排列顺序可知道， 能明显降低c 3 以上含量的因素也会明显地增加能耗。因此，采取提高吸收效果 的措旋时，应对各方面因素进行平衡，效果、节能均匀考虑，以期达到优化 3 3 , 3 4 。 近年来，国内外有关催化裂化装置吸收解吸系统工艺参数的研究报道虽然 很多，但提出的观点有些相近，有些却相互矛盾。张健民等 35 】以吸收解吸系统 中吸收塔和解吸塔为主要研究对象，尽可能多地选取与其分离效果相关的工艺 参数加以全面分析，提出了一些不同的观点，并运用正交设计法进行了多因素 分析，以期确定吸收解吸系统生产操作的最佳工艺参数，为今后的技术改造及 装置新建提供理论依据。系统温度和压力、解吸塔进料入塔温度、解吸塔塔底 再沸器热负荷、补充吸收剂流率和吸收塔解吸塔的理论塔板数等工艺参数对吸 收解吸系统分离效果影响都十分显著。 解吸塔的操作要求主要是控制脱乙烷汽油中的乙烷含量，与吸收相反，高 温低压对解吸有利。增加解吸塔的理论板数会减少于气中c 3 以上含量，但不是 很明显。解吸塔的压力取决于吸收塔或其气液平衡罐的压力，不可能降低。所 以操作中要提高效果只能靠提高解吸塔底温度。解吸塔的解吸效果好，可以保 证稳定塔顶不出或少出不凝气，也可减少c ：3 + 的损失 3 6 】。 稳定塔最主要的一个问题就是深度稳定。稳定汽油深度稳定不仅可以回收 稳定汽油中的液化气，还可以提高补充吸收剂质量，进而提高吸收效果。回流 比在2 o 2 2 之间时，随着回流比增加，补充吸收剂质量变好，吸收效果变好， 从而c a + 吸收率提高。回流比增加到一定值以后，吸收效果提高并不明显。 1 9 9 4 年金陵石化炼油厂【37 】优化操作条件，将吸收压力从1 0 2 m p a 逐步升至 1 1 7 m p a ，吸收温度从4 5 降至3 7 。c ，补充吸收剂量从2 5 m 3 h 增至4 0 5 0 m 3 h ， 第一章文献综述 并根据原料变化时改变，从而使得干气中c 3 + 组分含量降至3 5 以下，1 9 9 5 年装 置增产液化气3 5 0 0 吨，创经济效益5 0 0 万元以上。可见，为进一步提高经济效益， 不仅要提高吸收率，使干气变干，更重要的是优化操作、调整生产技术而尽量 少产干气。 1 2 3 设备的改造 吸收稳定系统设备改造主要采取两种方法，一种是根据新的生产能力和分 离要求增加塔高和塔径：另一种是改造塔内件。前者工作量大，设计和施工周 期长，投资大：后者改造时间短，投资小。对设备的改造主要体现在对塔内构 件的改造，即采用新型塔板或填料，其目的是提高塔的效率，以期达到节能降 耗、提高产品质量的目的。可以说，对塔内构件的改造是近些年吸收稳定系统 改造的主要途径。 在老装置上，吸收塔塔板多采用槽形和泡帽塔板：在以后的设计中，大都 使用浮阀塔板。催化裂化解吸塔大多使用双溢流浮阀塔板，催化裂化再吸收塔 也使用板式塔，国内早期几套装置上采用的塔板形式有槽形塔板、s 形塔板和圆 泡帽塔板，后来也采用了浮阀塔板。 金陵分公司i i 重油催化吸收稳定系统【3 8 】原设计处理能力不足，后采用了多 溢流复合斜孔塔板技术对塔内构件进行改造。改造后的标定结果显示，所有产 品的质量均达到了设计要求，处理能力满足了生产需要，增加了经济效益。 如今，吸收稳定装置塔板逐渐为填料代替。九江石化总厂p 、黑龙江石化 厂【4 0 1 、广州石化总厂 4 1 】等成功地应用规整填料代替了原有的浮阀塔板，改造后 明显提高了吸收效果，干气中c 3 以上含量下降。 孙滓生等人【4 2 】对茂名石化公司催化裂化稳定塔进行改造，其稳定塔的提馏 段液相负荷很大，处于不正常操作状态。改造中采用j k b 2 5 0 y 型金属孔板波纹 填料更换提馏段的全部2 0 层塔板，同时采用槽盘式液体分布器和自分布填料两 项专利技术。改造以后提馏段理论板数大幅度增加( 约2 0 块) ，产品质量达到 了设计要求，同时适应了处理量提高的需要。 姜斌等人1 4 3 嗬湛江东兴炼油厂吸收稳定装置单塔流程改为双塔流程，具体 改造如下：( 1 ) 将原来的解吸塔改为吸收塔，采用全规整填料塔形式。( 2 ) 将原来 的稳定塔改为解吸塔，上段采用规整填料，下段保留原浮阀塔。( 3 ) 新增稳定塔。 改造后c 3 以上含量大幅降低，液态烃收率大幅度提高，经济效益显著。改造总 投资费用1 4 9 5 万元，如不考虑处理量增加，按每日多产3 0 t 液态烃计，年经济效 益1 9 8 0 万元。 第一章文献综述 1 2 4 吸收稳定系统存在的问题 近年来，国内各炼油厂逐渐对反应一再生系统进行优化技术改造，通过采 用新型催化剂和新工艺，使产率大幅度提高，取得了显著的经济效益。同时， 各炼油厂都在迸一步提高催化加工量以获得更大的经济效益。这样，吸收稳定 装置就出现了与负荷变化不相适应的问题，催化裂化吸收稳定装置运行的好坏， 直接影响到全厂的效益。 目前吸收稳定系统普遍存在如下几个方面的问题：( 1 ) 干气不干。由于吸收 效果不好，干气中含有大量的液化气( c 3 、c 4 ) 组分，造成液化气损失。( 2 ) 液 化气中c 5 含量高。由于稳定塔分离能力不够，造成液化气中带c 5 而使质量不合 格，也使汽油收率下降。( 3 ) 汽油中c 4 含量高，造成汽油蒸汽压不合格。( 4 ) 再吸 收塔液泛冲塔，造成千气带液。( 5 ) 能耗过大。由于解吸塔过度解吸，导致吸收 和解吸塔中大量的c 3 、c 4 组分循环，增大了过程的能耗。 有关专家指出，针对催化裂化装置吸收稳定系统问题，应采用流程模拟和 总体优化设计技术，对当前吸收稳定系统广为采用的“双塔流程”进行理论计 算和分析。解决“双塔流程”缺点问题的根本方法是对现有流程进行改进，开 发一种新的、节能的工艺流程。 1 3 主分馏塔与吸收稳定系统的相互影响 1 3 1 分馏对吸收稳定的影响 分馏系统的粗汽油送至吸收稳定系统作吸收塔的吸收剂；分馏塔中段循环 回流送去吸收稳定作热源。因此，分馏系统操作正常与否直接影响吸收塔的正 常操作。若粗汽油量增加，则吸收塔顶温度降低，并使吸收塔液气比增大，吸 收率增加。一中段或二中段回流是吸收稳定的热源，当其抽出温度或抽出量提 高时，温控又在手动位置，使解吸塔内温度升高：造成液化气收率降低( 贫气 中带c 3 组分) 或者使稳定塔温度升高；使液化气中带c 5 组分，汽油收率和汽油 蒸汽压降低，抽出温度或抽出量降低时则相反。 1 3 2 吸收稳定对分馏的影晌 分馏系统的轻柴油部分作为再吸收塔的吸收剂。解吸塔的解吸效果影响贫 气质量，从而使再吸收塔塔底的富吸收油的组成有较大的变化，而富吸收油返 第一章文献综述 回分馏塔，就直接影响分馏系统的热平衡和压力，造成分馏系统操作波动