氣體分餾裝置應用高效新型塔盤及新技術的優化改造

張 兵

(中國石油大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163711)

氣體分餾裝置應用高效新型塔盤及新技術的優化改造

張 兵

(中國石油大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163711)

介紹了煉油廠氣體分餾裝置擴能改造和能量優化的情況。工業應用結果表明：通過更換高效塔盤、降液管等塔內件的方式，能夠使裝置處理量從128.17 kta提高至172.32 kta，并保證產品質量合格；同時利用催化裂化裝置頂循環油作脫丙烷塔熱源，停止使用1.0 MPa蒸汽對熱水進行加熱，裝置綜合能耗大幅降低，從4 303.7 MJt降至1 634.4 MJt。

氣體分餾 催化裂化 處理量 能耗 優化

煉油廠的氣體分餾裝置一般是催化裂化裝置的配套裝置。近年來由于汽油品質升級的要求，我國大量的催化裂化裝置進行了升級改造，氣體產量增大，這就要求其配套的氣體分餾裝置也進行相對應的擴能改造。同時，在能源危機日益嚴重的形勢下，節能降耗、綜合利用已經成為煉化企業的工作重點，這要求氣體分餾裝置在擴能改造的同時，進一步降低裝置能耗。本文提出更換高效塔盤、優化供熱流程等措施，以增大裝置處理量，提高能源利用率。

1 改進依據

中國石油大慶石化分公司Ⅱ套氣體分餾裝置建于1992年，原設計規模為115 kt/a，2004年大慶石油化工設計院對裝置進行了丙烯塔改造，改造后裝置處理能力為127 kt/a。2009年Ⅰ套催化裂化裝置進行MIP技術改造后，液化氣產量增加到170 kt/a，因此Ⅱ套氣體分餾裝置必須進行適應性配套改造，提高裝置的處理能力。

氣體分餾裝置溫度較低，是很好的低溫熱阱， 但本身的熱源不能滿足裝置的需要，而催化裂化裝置溫度較高，有足夠的低溫熱可以輸出，在大系統范圍內進行熱匹配，也就是通常所說的熱聯合，使這些熱阱充分利用低溫余熱源，實現優化匹配[1-3]。原Ⅱ套氣體分餾裝置熱源流程設計不合理，不僅催化裂化裝置的低溫熱不能充分利用，而且氣體分餾裝置消耗大量1.0 MPa蒸汽。因此，必須對Ⅱ套氣體分餾裝置的熱源進行改造，運用三環節過程能量結構理論進行能量綜合優化，進一步完善催化裂化-氣體分餾裝置熱聯合，降低Ⅱ套氣體分餾裝置能耗。

2 改造的技術特點

(1) Ⅰ套催化裂化裝置應用MIP技術改造后，Ⅱ套氣體分餾裝置原料量大幅增加。為了降低改造費用，本次改造沒有更換塔體。裝置在不改變塔徑和管口方位的情況下，保證原有產品質量，并使處理量提高30%以上。

除對丙烯塔配套部分設備、儀表管道及閥門進行更換外，還采用復合孔微型閥高效塔板更換原塔板，塔板采用雙溢流結構。

這是一種采用以多個半圓孔光滑連接的曲線為周邊的微型浮閥作為基本氣液接觸單元的高效精餾塔板。具有復合孔周邊的微型閥可以有效地將一個閥孔流出的氣體分為多股細小的氣流，從而大大增加氣液接觸面積，提高塔板的傳質效率和流通能力。該塔板具有分離效率高、流通能力大、霧沫夾帶少、壓降低等特點，使產品精度、節能降耗等方面有明顯的提高。

除復合孔微型閥外，本高效塔板還采用底部多折邊的傾斜式降液管以增加塔板鼓泡面積，改造時將現有降液管下部挖去一部分，上部仍舊保留，將折彎的降液管直接焊接在保留的降液管之上，形成一種多折邊傾斜降液管(見圖1)，解決普通降液管的液體流動死區問題，消除氣體流動的不均勻性，提高傳質效率。降液管出口處安置三角形鼓泡促進器以加快氣體與剛剛流出降液管的液體的混合。該降液管具有流通能力大、節約塔盤活性面積、改善液體分布效果等特點。

圖1 改造前后降液管示意

(2) 脫丙烷塔重沸器改用催化裂化頂循環油作為熱源；脫乙烷塔、丙烯塔重沸器采用催化裂化裝置直接來的熱水作為熱源(見圖2)。重沸器熱源原來均使用經過1.0 MPa蒸汽加熱的催化裂化裝置熱水。

圖2 氣體分餾裝置利用催化裂化裝置外供熱流程

(3) 裝置現有的脫乙烷塔塔頂不凝氣排至燃料氣管網，其中70%以上組分是C3，其余的是C2，這樣就造成了高附加值產品C3的浪費。改造時增加由脫乙烷塔回流罐至催化裂化裝置氣壓機出口油氣體分離罐的流程(見圖3)，當脫乙烷塔塔頂需要排放不凝氣時，能夠實現C3的回收。

圖3 改造后脫乙烷塔塔頂流程

(4) 增設原料-碳四、碳五換熱器，充分回收熱量，減少熱水和循環水消耗。

(5) 在丙烯塔塔底增設1臺丙烯塔塔釜罐，與丙烯塔塔釜并聯，從而保證丙烯塔塔底液體停留時間在3 min以上，達到防止丙烯塔中間泵抽空的目的。

3 裝置運行狀況分析

本次Ⅱ套氣體分餾裝置改造和Ⅰ套催化裂化裝置MIP改造同步進行，開工一次成功，運行安全平穩。

3.1 物料平衡

裝置優化改造前后的處理量分別為128.17 kt/a和172.32 kt/a，見表1。

表1 裝置改造前后的物料平衡數據 kt/a

3.2 產品質量

氣體分餾裝置產品質量主要考察C3H6和C3H8純度優化改造后C3H6純度為99.85%，比設計值高0.33百分點；C3H8純度93.45%，比設計值高0.18百分點(見表2和表3)。在裝置處理量大幅提高的同時，產品質量能夠滿足工藝要求。

表2 丙烯塔塔頂組成 w，%

表3 丙烯塔塔底組成 w，%

3.3 能 耗

裝置優化改造前后的能耗見表4。由表4可知，裝置改造前后的能耗分別為4 303.7 MJ/t和1 634.4 MJ/t，改造后能耗大幅降低。這其中的主要原因，一是脫丙烷塔塔底重沸器改用重油催化裂化裝置頂循環油作為熱源；二是優化熱水流程，避免了用蒸汽加熱熱水帶來的能耗，使裝置正常生產時，徹底不使用蒸汽。

表4 裝置改造前后的能耗 MJ/t

4 結 論

通過更換新技術塔盤，裝置處理能力大幅提升，從128.17 kt/a提高至172.32 kt/a，并能保證產品質量合格；同時，裝置綜合能耗大幅降低，從4 303.7 MJ/t降至1 634.4 MJ/t，取消了氣體分餾裝置能級高的蒸汽熱源，使煉油廠熱能的梯級利用更趨合理。裝置改造后，有良好的經濟效益和社會效益。

[1] 曾敏剛，華賁，尹清華，等.催化裂化-氣體分餾熱聯合裝置的能量優化方案[J].石油煉制與化工，2000，31(11)：30-33

[2] 尚建龍,王婷,沈琳,等.利用夾點技術優化催化裂化裝置的換熱網絡[J].石油煉制與化工,2015,46(7):89-94

[3] 王哲,趙權利,徐品德.MIP工藝在吉林石化1.40 Mt/a催化裂化裝置的工業應用[J].石油煉制與化工,2015,46(11):30-34

OPTIMIZATION AND TRANSFORMATION OF GAS FRACTIONATION UNIT BY APPLICATION OF HIGH EFFICIENT NEW TRAYS AND NEW TECHNOLOGIES

Zhang Bing

(PetroChinaDaqingPerochemicalCompany，Daqing，Heilongjiang163711)

This paper introduces the capacity expansion and optimization of the FCC gas fractionation unit of Daqing Refinery. The new high efficient trays， downcomer and other measures are adopted in the revamping. The transformation increases the capacity from 128.17 kt/a to 172.32 kt/a， and ensure the product quality. By using the top cycle oil from FCC unit as the hot source of the de-propane tower to heat the hot water instead of 1.0 MPa steam， the comprehensive energy consumption of the unit is greatly reduced from 4 303.7 MJ/t to 1 634.4 MJ/t.

gas fractionation； FCC； capacity； energy consumption； optimization

2016-04-13； 修改稿收到日期： 2016-06-12。

張兵，工程師，從事催化裂化工藝管理工作。

張兵，E-mail：lyzb-ds@petrochina.com.cn。