催化裂化吸收塔CTST塔盤改造效果及分析

摘 要：催化裂化裝置擴量改造以后，出現了產品分布變化、質量難以控制等問題，嚴重時出現干氣帶液的情況。通過采用河北工業大學開發的立體傳質塔盤（CTST）進行改造后，催化裂化吸收塔操作更平穩，產品質量得到改善，產品分布更趨合理。

關鍵詞：吸收塔；立體傳質塔板；改造；效果

1 前言

山東石大科技集團有限公司兩段提升管催化裂化裝置于2002年4月進行技術改造，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荷增大，產品質量難以控制，氣溫較高時，時常出現再吸收塔（T304）帶液的情況，給吸收塔的平穩操作帶來很大困難。在2008年采用河北工業大學研究開發的高效立體傳質傳熱塔盤（CTST），該塔盤具有處理能力大、塔板壓降低、傳質傳熱效果好的特點。通過改造吸收塔處理能力提高15%～30%以上，裝置操作平穩，產品質量合格，取得了良好的經濟效益。

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）。富氣經壓縮機壓縮后冷卻至40℃左右，然后進入氣壓機出口油氣分離器（R301）進行氣、液分離，分離后的氣體從吸收塔底部進入， 塔頂用粗汽油和穩定汽油作吸收劑進行吸收，氣液兩相通過各層塔板進行分離。30～40℃的干氣從塔頂餾出，50℃左右的吸收塔底油經泵升壓冷卻后送至R301，在塔的中部只設有一個中段循環回流。

3 存在問題

3.1 只設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操作的關鍵因素之一。改造前吸收塔只設置一個中段回流，塔內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。這一方面會導致塔內汽液相負荷分布不均勻，使塔上部的汽液相負荷偏大，而中下部的液相負荷偏小，另一方面在操作不穩定的情況下，塔頂氣體容易出現帶液的情況。

3.2 操作彈性小，塔盤效率低

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

4 CTST塔盤的特點

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，降液管的排列方向為上下相鄰2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。氣相質量分數在F1浮閥塔板上及降液管內不低于50%，浮閥塔板的設計停留時間不能少于5s，在CTST型塔板上氣體直接進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，設計停留時間最小可達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結構，塔板上的開孔呈矩形， 帶篩孔的梯形噴射罩設置在孔上方， 帶篩孔的噴射板安裝在罩的側面， 兩端設置梯形端板，上部為分離板， 氣液通道設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入噴射罩中，在板孔處形成縮流和低壓區，液體由底隙進入噴射罩內，在整個塔板上氣、液經過拉膜提升、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，相間的傳質、傳熱包括了塔板至噴射罩及分離板的整個空間，不同于傳統塔板傳質區域只局限為平面型式，使塔板間的空間利用率高達40% ～60%。在空間內， 氣體為連續相， 細小液滴為分散相。液體在塔板面上為清液層，CTST塔板的特殊結構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3.4～4.3 。實驗研究表明，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

吸收塔經過改造后裝置一次開車成功，改造后操作平穩，產品質量全部合格。改造后操作數據變化情況見下表。

從統計結果和生產過程得知[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計的進料量范圍17.5-30t/h，操作彈性達到了70-120%。

6 結論

吸收塔改造后操作平穩，產品質量合格，全塔取熱分配更合理，干氣帶液情況基本消失，充分體現了CTST塔板具有立體通量大、傳質效率高、處理能力大、操作彈性強等特點。改造后裝置處理量提高3t/h，每年創造經濟效益500萬元以上。因此應用CTST塔板對一些老塔進行擴能改造，投資小，見效快。

參考文獻：

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

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

[3]呂建華，張文林等.立體傳質塔板（CTST）水力學性能與吸收塔的應用[J].化工進展，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。