對二甲苯裝置抽余油塔過程分析與脫瓶頸改造

邢獻杰，徐 宏，楊明輝

(中國石化金陵分公司，南京 210033)

對二甲苯裝置抽余油塔過程分析與脫瓶頸改造

邢獻杰，徐 宏，楊明輝

(中國石化金陵分公司，南京 210033)

介紹了中國石化金陵分公司對二甲苯裝置吸附分離單元抽余油塔運行中存在的問題，從工藝和設備兩個方面對抽余油塔運行不正常的原因進行了分析，通過改造塔頂空氣冷卻器和水冷卻器、加大塔頂管線管徑、改進進料分配器、采用多折邊降液管、上移側線抽出口等措施，脫除了分餾過程的操作瓶頸，實現了抽余油塔的超負荷運行。

對二甲苯裝置 抽余油塔 過程分析 脫瓶頸

中國石化金陵分公司(簡稱金陵分公司)0.6 Mt/a對二甲苯(PX)聯合裝置主要由1.0 Mt/a連續重整、0.35 Mt/a芳烴抽提、4.2 Mt/a二甲苯精餾、1.4 Mt/a甲苯歧化及烷基轉移、3.5 Mt/a吸附分離和2.8 Mt/a異構化等工藝單元及相應中間罐區組成。裝置于2008年12月建成投產，開工初期由于原料不足以及產品市場疲軟，裝置一直處于低負荷平穩運行狀態。2009年3月中旬以后，裝置在提負荷運行過程中出現吸附分離單元的抽余油塔(T201)無法達到滿負荷操作的問題。當吸附分離單元負荷高于83%時，T201出現塔壓過高、分離效果差、塔底易帶鄰二甲苯導致PX產品不合格、側線解吸劑對二乙苯(PDEB)跑損嚴重等問題。針對以上問題，提出了相應的改進措施與方案。PX聯合裝置于2009年12月開始停工改造，2010年1月重新開工。本文主要針對PX裝置吸附分離單元T201運行中存在的問題，從工藝和設備兩方面分析原因，提出相應的脫瓶頸改進措施，并對改造效果進行分析。

1 T201運行問題分析

T201主要是將從吸附分離單元來的C8芳烴和PDEB混合物分離成C8芳烴與PDEB，其流程示意如圖1所示。分餾塔規格為Φ8 400 mm×65 587 mm×24 mm，共設有73層塔盤，采用國內設計的復合孔微型浮閥塔盤；采用垂直弓型和多折邊降液管，四溢流結構；側線貧PX的混合C8芳烴從分餾塔上部第6層塔盤抽出。塔頂空氣冷卻器共16片，冷卻總面積為6 207 m2(388 m2/片)；風機葉片為4片，電機額定功率為37 kW；風機轉速為277 r/min，設計風量為3 200 m3/h。在PX裝置提負荷運行時，T201的問題主要表現在：分離精度不夠，塔頂回流組成與設計值偏離較大、塔頂空氣冷卻器冷卻效果差和塔進料溫度偏高。

圖1 抽余油塔工藝流程示意

1.1 分離精度不夠

當吸附分離單元處理負荷在65%～70%時，T201分離效果較好，側線抽出油中PDEB質量分數小于50 μg/g，塔底解吸劑中C8芳烴質量分數小于10 μg/g，產品PX純度合格。隨著吸附分離單元負荷的提高，T201側線抽出油中PDEB含量增加，塔底解吸劑中C8芳烴含量也升高。為保證塔底解吸劑中PDEB的純度，并避免影響產品PX質量，需加大塔底加熱量，塔底溫度也相應升高，達到218 ℃(設計值為211 ℃)。

隨著吸附分離單元負荷的提高，側線抽出油中PDEB質量分數高于設計值(50 μg/g)，達到150～500 μg/g，大大增加了解吸劑的消耗量。隨著環境溫度的升高，當吸附負荷在83%時，已不能保證產品PX的質量，側線抽出油中PDEB的量也大幅增加。

1.2 塔頂回流組成與設計值偏離較大

在實際運行過程中，T201塔頂回流組成與設計值偏離較大，塔頂C8非芳烴質量分數設計值在30%左右，實際達到60%～70%。為降低T201塔頂回流罐內輕組分含量，通過對上游歧化單元甲苯塔、重整油分餾塔、異構化單元脫庚烷塔等操作進行優化，控制吸附進料中輕組分甲苯和C8非芳烴含量。為防止回流罐內輕組分的累積，利用T201放空罐蒸汽吹掃口連接DN50管線向地下儲罐連續排出輕組分，但效果并不明顯，塔頂非芳烴質量分數仍達60%以上。

由于塔頂回流中輕組分含量增加，導致在同樣的分離精度下，需加大回流比，同時也增加了塔上部和氣相冷凝部分的壓降，分離過程效率降低，能耗增加。在環境溫度33 ℃、裝置負荷80%時，T201回流量為680 t/h，空氣冷卻后溫度達到123 ℃，塔頂壓力已達到50 kPa，遠超過設計值(26 kPa)。

1.3 塔頂空氣冷卻器冷卻效果差

在環境溫度高于30 ℃、裝置操作負荷80%、回流量710 t/h(設計值744 t/h)時，塔頂16片空氣冷卻變頻器處于全開滿負荷操作狀態，此時空氣冷卻器入口和出口溫度分別為135 ℃和121 ℃(設計值為141 ℃和121 ℃)，表明散熱效果未能達到設計值。

現場分析發現，空氣冷卻器運行風阻大，并存在熱風循環等問題。通過對T201塔頂空氣冷卻器采取電流檢測、調整風機葉片角度、將冷卻葉片由4片更換為6片，并更換輪轂，電機功率由37 kW增大至45 kW等措施后，T201塔頂空氣冷卻效果有了一定的改善，在相同的環境溫度、吸附負荷和回流量下，空氣冷卻變頻器開度從原來的105.3%降至89.6%。通過相關試驗，在30 ℃環境溫度下塔頂空氣冷卻能確保在83%負荷下運行，當環境溫度偏高時，裝置需降負荷運行。

1.4 塔進料溫度偏高

T201進料溫度設計值為189 ℃，實際達到199～200 ℃。為降低T201進料溫度，采取將進料/塔底換熱器的DN150旁路閥全開、正線閥節流等措施，將進料溫度控制在195 ℃左右。之后，在塔底泵出口再設計增加一根DN150的跨線至T201進料/塔底換熱器管程出口，進一步降低T201進料溫度到192 ℃。

2 T201運行不正常的原因分析

2.1 T201進料分配器破裂

2009年12月裝置停工，開塔后發現T201進料分配器損壞，進料口的立面被沖開撕壞，分配器失去應有的分配作用，直接導致了進料口附近的塔盤效率下降，分離精度降低。

T201進料溫度設計值為189 ℃，設計進料氣相流速為20 m/s。裝置開工初期，由于實際的T201塔底溫度達到219 ℃(設計值為211 ℃)，導致進料溫度達到200 ℃，在塔負荷70%時，進料流速已高達40 m/s，遠遠超過了設計值，氣流沖擊導致進料分配器被撕裂。另外，進料分配器焊接比較脆弱也是被撕裂的原因之一。

2.2 T201操作彈性分析

中國石化鎮海煉化分公司(簡稱鎮海分公司)450 kt/a PX裝置抽余油塔和金陵分公司PX抽余油塔均采用國內同一公司生產的復合孔微型浮閥塔板，鎮海分公司的實際運行結果表明，該塔盤在設計負荷120%的條件下性能良好，實際塔板效率能夠滿足側線抽出油和塔底物料的要求[1]。

采用美國精餾研究公司開發的Device Rating Program篩孔塔板模型對鎮海分公司PX抽余油塔設計負荷的120%實際操作數據進行核算，噴射液泛數值在允許范圍內，分餾塔可以穩定操作。以此為基礎，核算PX抽余油塔水力學性能[2]。比較發現，當回流比增加，塔在100%負荷下運行時，與鎮海分公司負荷120%下的水力學數據相當，鼓泡面積開孔率相當，計算的容量因子、溢流強度、噴射液泛以及閥孔動能因子也相當，塔板操作在水力學安全區域內。

由于專利商工藝包回流量與分離精度要求偏差和現場分離精度要求的提高，導致實際回流比較原設計量增加。此外，由于吸附系統解吸劑的偏離，導致T201的進料中PDEB含量高于原工藝包設計值，提高幅度最高達13%。由此可以預測，若金陵分公司PX裝置T201側線采出口上移兩塊塔盤，在解吸劑偏離及回流比增加的條件下，裝置在100%負荷下可以正常操作；負荷大于100%時，則操作困難。如果解吸劑不偏離，則裝置負荷可以達到110%。

表1為金陵分公司和鎮海分公司抽余油塔重要參數對比。由表1可以看出，金陵分公司抽余油塔比鎮海分公司抽余油塔精餾段設計開孔率小，閥孔動能因子大，可以考慮對金陵分公司T201精餾段進行適當的改造以增加部分塔盤的開孔率。

表1 金陵分公司和鎮海分公司抽余油塔重要參數對比

2.3 塔頂空氣冷卻器結構問題

T201塔頂空氣冷卻器管束為單管程8管排，換熱管尺寸為DN32，翅片高16 mm，每層換熱管的中心間距為69 mm，由于管排數多、管間距偏小，翅片結垢，導致風阻大，流動空氣穿透量小，造成空氣冷卻器冷卻效果較差。

2.4 塔頂揮發線及空氣冷卻器出入口管線尺寸偏小

塔頂揮發線為一條DN1 200的管線，空氣冷卻器管箱入口及出口分別為2個DN200和2個DN150的接管，空氣冷卻器出口管線為DN600。經核算，在回流量增加后，管線的尺寸均偏小，流速過大，導致塔頂揮發線到回流罐壓降較高。

2.5 塔釜結構不合理

原專利商的塔釜結構設計不合理，再沸器返塔物流從返塔口下落時大部分未經最底層的盲塔板停留而直接落入塔釜，因提供氣液分離的時間不夠使得塔底氣液分離不完全，引起塔底泵入口液體存在泡沫夾帶問題，導致T201塔底泵氣蝕及出口管線振動嚴重。

3 改進方案與效果分析

3.1 改進方案

針對以上T201存在的問題，提出了具體改進方案，并在裝置停工檢修期間實施了專項改造。

3.1.1 塔頂揮發線擴徑，空氣冷卻器和放空氣水冷卻器整體更換 為降低T201的操作壓力，塔頂揮發線改為DN1400，空氣冷卻器管箱入口接管改為3個DN300，出口接管改為2個DN200，空氣冷卻器出口管線改為DN700。

由GEA公司對T201塔頂空氣冷卻器的管束、風機和電機均進行重新設計。將原空氣冷卻器改為兩管程9管排，換熱管的中心間距擴寬到85 mm。空氣冷卻面積為5 136 m2，且按1%傾斜角度制造，空氣冷卻器上方四周設置檔風板，杜絕熱風回流。電機同步帶傳動，風機葉片改為4.2 m，葉片增為9片。

T201塔頂放空罐V203的容積由原來的3.04 m3增至21.1 m3，放空冷卻器換熱面積由原來的316 m2增至350 m2，放空罐頂部放空線由DN80變為DN150。

3.1.2 改進進料分配器結構 為滿足進料溫度提高、進料量和汽化率增加等新要求，需要對進料分配器進行配套完善。解吸劑再蒸餾塔T204塔頂物料返回T201入口原設計在進料分配器內，改造后該分配器作為T204塔頂氣的專用分配器；新設一個大型號的進料分配器，并增加分配箱板厚，所有焊縫均為單面坡口的雙面焊，并采用加強筋加固，確保分配器的強度和分配空間。

3.1.3 側線抽出口上移 UOP公司設計的其它吸附分離單元的抽余油塔側線抽出一般設在第4層，個別裝置在第5層抽出。本裝置側線設在第6層抽出，這也是造成T201塔頂回流罐液相中非芳烴聚集的原因之一。塔頂回流罐液相輕組分及非芳烴含量高會導致壓力升高，回流比增加，因此，側線抽出口改為第4層塔盤下方抽出，以降低回流液中的非芳烴含量，降低側線抽出液的PDEB含量。

3.1.4 塔盤和降液管改造 為適應T201負荷較原工藝包設計值增加的新情況，需要對塔盤和降液管進行適當改造。原四溢流塔板的側面降液管為多折邊垂直降液管，中心降液管和偏中心降液管為傾斜降液管[3]。此次改造將側面降液管改為多折邊傾斜降液管，增加降液管的流通能力，降液管底部面積縮小，塔盤的鼓泡面積和開孔面積增大。表2為改造前后T201的重要參數變化情況。

表2 改造前后T201的重要參數

3.1.5 塔釜改進 改造塔釜再沸器物料返塔口的結構，主要涉及以下兩方面：①在目前的盲塔板出口處設置一個280 mm高的堰，以便對再沸器返回口流出的氣液混合物提供一定的停留時間，實現氣液分離，同時割去盲塔板出口下方所焊的擋板，以方便塔釜氣相的上升流動；②在塔釜集液槽上方兩個再沸器返回口之間增設環形旋風分布，實現由再沸器返回口入塔的氣液混合物的氣液分離，并使上升氣相迅速達到均勻分布，有助于改善提餾段的傳質效果。

3.2 改造效果分析

針對抽余油塔的專項技術改造完成后，裝置于2010年1月重新開工，并于2010年3月對PX裝置進行了滿負荷標定，改造前后T201的操作參數見表3。從表3可以看出：改造后在吸附分離單元滿負荷、環境溫度30 ℃的條件下，空氣冷卻器兩臺未開，變頻輸出60%，冷后溫度112 ℃；放空冷卻器冷后溫度35 ℃，現場循環冷卻水閥位開度僅30%左右。標定工況下，空氣冷卻器和放空冷卻器負荷還有較大的余量，在更高的環境溫度下也能保證系統正常運行。

表3 改造前后T201操作參數

通過對T201塔頂管線、空氣冷卻器及水冷卻器重新設計或更換，塔頂部分的壓降大幅下降，總壓降由改造前的36 kPa 下降到改造后的15 kPa，具體數據見表4，塔頂壓力也降至22 kPa，進料溫度降至189 ℃。

表4 改造前后T201的部分壓降變化情況

表5為改造前后T201的回流物料組成對比。從表5可以看出，改造后T201塔頂回流物料中輕組分含量下降，二甲苯含量增加，其組成更接近UOP公司工藝包數值。

表5 改造前后T201的回流物料組成對比w，%

改造前后T201側線抽出油的組成見表6。從表6可以看出，在吸附分離單元滿負荷情況下，側線抽出油中PDEB質量分數降至22 μg/g，非芳烴質量分數由改造前的5.01%升至5.57%，更多的輕組分從側線抽出油進入異構化單元，從而降低了塔頂輕組分含量，減少了物料損失率，同時也適當改善了塔頂回流物料的組成。

表6 改造前后T201側線抽出油組成(吸附負荷100%) w，%

1) 單位為μgg。

改造前后T201運行情況與設計值的比較見表7。從表7可以看出，雖然實際塔盤氣液相負荷遠高于原工藝包設計值，但T201的分離效果仍然較好，塔底解吸劑中C8芳烴和側線抽出油中PDEB含量明顯降低。如按塔板效率75%進行模擬測算，達到所需的分離精度時，最小回流量為851 t/h，稍高于測量值837 t/h，說明該塔平均塔板效率達到75%以上。經過塔釜結構的改造，T201塔底泵的運行情況也明顯改善，泵本身和出口管線震動變小。

表7 改造前后T201運行情況

4 結 論

(1) 裝置改造后在吸附進料達到滿負荷情況下，T201運行平穩，塔底解吸劑中輕組分C8芳烴質量分數達到設計的小于50 μg/g的指標要求，側線抽出油中PDEB質量分數降至22 μg/g，滿足UOP公司設計值不大于50 μg/g的指標要求，PX產品質量達到設計指標要求。塔頂空氣冷卻器和水冷卻器運行效果較理想，能夠滿足夏季裝置滿負荷生產的需要。改造后裝置的穩定運行表明針對T201系統的改造基本成功。

(2) 針對T201塔頂空氣冷卻器的設計，在計算空氣冷卻器冷卻面積的基礎上充分考慮空氣冷卻器和風扇的結構，在實際應用中采用兩管程以降低管程壓降，擴大換熱管間的間距以降低風阻，冷卻效果改進顯著。

[1] 王雷，楊寶貴.鎮海煉化對二甲苯裝置抽余油塔改造[J].煉油技術與工程，2005，35(12)：22-28

[2] 李友松，倪曉亮.復合孔微型高效浮閥塔盤在對二甲苯裝置抽余油塔中的應用[J].化工進展，2006，25(6)：714-717

[3] 劉紅云，伍于璞.0.6 Mta對二甲苯裝置的設計[J].煉油技術與工程，2009，39(5)：15-18

簡 訊

WR Grace公司認為丙烷脫氫對催化裂化工藝不構成威脅

WR Grace公司指出，在北美地區投建丙烷脫氫(PDH)裝置對催化裂化裝置不會構成威脅，催化裂化工藝路線仍然是最便宜的獲得丙烯的方式。

PDH是以丙烷為原料專門生產丙烯的裝置，而催化裂化裝置中丙烯是其副產品。WR Grace公司生產的催化裂化催化劑保持著“得到丙烯最便宜的方式”，其次便宜的工藝是甲醇制烯烴(MTO)，PDH排名第三。

[中國石化有機原料科技情報中心站供稿]

PROCESS ANALYSIS AND REVAMPING OF RAFFINATE COLUMN OF PX UNIT

Xing Xianjie， Xu Hong， Yang Minghui

(SINOPECJinlingCompany，Nanjing210033)

By analysis on the cause of abnormal operation of the raffinate column of PX unit of SINOPEC Jinling Co.， the technical measures were suggested and applied. The improving measures include repairing air/water coolers， enlarging the diameter of vapor stream pipline in top condenser system， strengthening the feed liquid/vapor distributer， using multiple ruffled downcomer， and moving up the side drawing outlet. By successful revamping， the bottleneck of fractionation process operation is eliminated and the raffinate oil overload operation of the column is realized.

PX unit； raffinate column； process analysis； debottlenecking

2014-11-21； 修改稿收到日期： 2015-04-27。

邢獻杰，高級工程師，從事煉油工藝技術管理工作。

邢獻杰，E-mail：xingxj.jlsh@sinopec.com。