波紋導向浮閥塔盤在重整油分離塔改造中的應用

韋 康

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)600 kt/a對二甲苯芳烴聯合裝置(以下簡稱芳烴聯合裝置)由連續重整、芳烴抽提、歧化烷基轉移、二甲苯分餾、異構化和吸附分離單元組成，于2009年9月投入使用。經過一段時間的運行，發現重整油分離塔的分離效率不能滿足當前生產條件下對于產品的要求，塔頂輕質組分超標，造成操作困難和能耗提高，對裝置安穩運行帶來隱患。此現象在行業中類似重整油分離裝置當中也是普遍存在的，原因是設計組成與實際情況存在差異，造成工況不匹配。

1 重整油分離塔概況

重整油分離塔在芳烴生產流程中設計處理脫戊烷塔底來料，該塔處理量約為860 kt/a,塔頂碳六、碳七組分經冷卻后送至抽提裝置作為抽提原料，塔底碳八及以上芳烴經加熱后送往二甲苯塔精餾后，最終作為吸附分離單元原料。

自芳烴裝置開車后，實際運行中發現重整油分離塔的分離精度未達到設計工況，為保證后續吸附分離單元原料合格，對精餾塔操作進行調整，塔頂碳八芳烴的質量分數達到3.5%～4.0%，造成碳八芳烴損失，對裝置生產主要有以下兩方面的影響。

1.1 能耗增加

對于芳烴全流程而言，碳八芳烴本應經過重整油分離塔分離后進入二甲苯精餾塔。但是，由于碳八芳烴在塔頂的損失，造成部分物料在抽提單元和歧化單元進行循環，整個循環流程中產生了不必要的能耗(見圖1)。按照塔頂碳八芳烴質量控制指標值2%，實際值3.5%，流量為44 t/h計算，每年約有5 500 t碳八芳烴進行了不必要的循環。物料經過抽提單元整體流程、歧化單元苯塔和甲苯塔的流程運轉，經過能耗換算，抽提與歧化單元因此能耗分別提高了37.4，20.0 kg/h(標油，下同)，總計57.4 kg/h，兩單元因此產生不必要的生產成本約132元/h，每年按8 400 h計，共計111萬元。

圖1 碳八芳烴物料流向

1.2 精餾塔操作難度提升

精餾塔設計操作條件與實際操作條件對比見表1。

表1 重整油分離塔操作參數對比

塔頂抽出量偏大，回流比與設計值相比明顯偏低。與此同時，塔頂壓力也相應提高，最高可達0.05 MPa，這些都對精餾塔的日常操作帶來影響。后續操作中需將塔頂抽出設為自動，并根據塔頂分析組成調整，優先保證輕質組分能夠及時被抽出，緩和精餾塔的波動，但這不利于精餾塔的自動控制，也進一步導致塔頂碳八芳烴質量分數始終維持在一個較高水平。

2 原因分析

2.1 原料分析

與設計相比，原料組成存在組分偏輕、負荷偏大、溫度偏低等情況(見表2)。

表2 重整油分離塔進料參數

目前該塔進料量112.00 t/h，與設計進料量102.89 t/h相比超出8.9%，屬于設計范圍內。但原設計進料中碳七及碳七以下組分為33.8%,實際生產中達到44%以上，造成塔頂輕組分較多。塔頂抽出量最高時可達52.70 t/h，與設計值35.94 t/h相比超出46.6%，致使該塔精餾段超負荷運轉，最終導致塔頂碳八芳烴質量分數較高，但是目前該原料組成不會發生大幅度變化，因此在原料方面優化空間較小。

2.2 精餾塔分析

在2014年檢修過程中裝置對該塔進行了開塔檢查，除少量浮閥掉落外，其余部件均正常。在此基礎上，根據該塔特點，結合現場操作數據和最惡劣工況，在維持塔底甲苯質量分數不大于0.2%，塔頂碳八芳烴質量分數不大于2.0%的前提下，進行軟件模擬計算(模擬結果見表3)。

表3 模擬計算結果 m3/h

表4模擬數據表明：在現有物料操作基礎上，各項操作參數基本不變，只有提高塔盤效率，進一步提高氣液兩相接觸面積，該精餾塔才能夠滿足正常生產要求。

3 波紋導向浮閥塔盤性能與改造方案

3.1 波紋導向浮閥塔盤性能

波紋導向浮閥塔板是華東理工大學開發的一種導向浮閥塔板，其浮閥包括人字形波紋狀的閥片和閥腿，在人字形波紋的斜面上設有導向孔。其主要特點是：導向氣流從閥片兩側沿著與塔板平行的方向吹出，氣流方向和液相流動成60°的夾角，產生斜向前的推動力。這個推動力對液體的作用可分解為兩個分力：一個分力平行于液流方向，具有導向作用，加速了液體的流動，克服了滯留，減小了液面梯度，并消除返混；另一個分力垂直于液流的方向，使板上氣液接觸更為充分，同時由于鄰近的浮閥吹出的氣流在垂直于液流的方向上相反，減小了對沖。波紋導向浮閥分有孔和無孔兩種，塔板是將兩者按一定的比例合理布設，如圖2所示。將有孔波紋浮閥布設在塔板上液體的進口處，這樣可以利用部分氣體的動能推動液體的流動，降低液面梯度，保證了液層的均勻；同時，由于氣流的推動，停留時間不同的液體較少混合，在流程上能建立起較大的濃度梯度，可提高塔板效率。將無孔波紋浮閥排布在塔板上靠近出口的區域，減小出口處汽液對溢流堰的沖擊，從而減少了返混。

波紋導向浮閥具有導向作用，在操作時從浮閥兩側吹出的氣流以及導向孔中吹出的氣流能夠與塔板上的液流更充分、更均勻地接觸，加上浮閥兩側的氣體通道截面積大，且能減小氣液兩相的對沖，改進了塔板的流體力學性能，塔板的傳質效率顯著提高。波紋導向浮閥塔板具有更加優良的流體力學性能[1]。

圖2 波紋導向浮閥塔盤

綜上所述，組合應用波紋導向浮閥塔盤改造重整油分離塔，可以有效改善產品質量，提高產品收率，滿足裝置對于提高產品質量、降低能耗、改善精餾塔操作狀態的需要。

3.2 改造方案

根據工藝模擬計算得到的塔內汽液相負荷分布的物性數據，結合組合應用波紋導向浮閥塔盤特性進行水力學核算，為達到產品質量要求，在最小工作量的前提下，部分塔盤數據需要調整。計算結果見表4～5。

表4 1～17#(精餾段)計算結果(100%負荷)

表5 18～50#(提餾段)計算結果(100%負荷)

根據計算結果，該塔整體按所擬定改造方案改造后，可滿足實際進料下裝置規模、產品規格、全塔壓降及水力學要求，根據裝置實際情況，選取組合應用孔與無孔波紋導向浮閥塔盤(見圖3～4)。

根據工藝模擬結果和水力學核算結果，為保證改造后重整油分離塔滿足裝置規模(操作負荷上限120%)和產品規格要求，以提高塔盤效率為目的，確定如下塔板及內件改造方案：

(1)保持全塔塔板間距、塔板數不變，將全部BJ浮閥更換為華東理工大學的波紋導向浮閥塔盤，產品質量可以滿足生產要求；

(2)塔板支撐件全部利用舊設備；

(3)由于塔盤開孔率增加，塔頂整體負荷超出原始設計值，需要更換重整油分離塔塔頂泵。

圖3 現場安裝波紋導向浮閥塔盤

圖4 波紋導向浮閥塔盤細節

4 改造結果

4.1 分離效果改善

重整油精餾塔于2017年4月按照預定改造方案進行塔盤改造，改造期間對施工質量進行了嚴格把關，改造完成后于5月13日精餾塔開車運行并考核其性能和產品質量，結果見表6。

表6 重整油分離塔改造后性能考核結果

從以上考核結果中可以看出:改造完成后，該塔塔頂與塔底組成均發生變化，塔底甲苯含量小幅度下降，塔頂碳八芳烴質量分數大幅度下降，達到碳八芳烴質量分數不大于2.0%的改造要求，平均值為1.2%。與此同時該塔各項工藝參數均在設計參數范圍內，滿足正常生產需要，通過改造，該塔的整體狀態并優于改造前水平。

4.2 能耗降低

通過改造，減少了碳八芳烴物料不必要的循環，結合裝置能耗參數及碳八芳烴質量分數降低幅度，碳八芳烴從改造前的3.5%降低至1.2%，按照44 t/h計算，碳八減少1.012 t/h，歧化單元能耗約降低56.7 kg/h，抽提單元降低能耗30.4 kg/h，能耗共降低87.1 kg/h，經過換算，減少經濟損失169.4萬元。

4.3 精餾塔控制趨于穩定

通過改造，進料組分得到優化分離，精餾塔波動范圍進一步降低，靈敏板控制得到加強，波動幅度大幅降低。與此同時，塔頂抽出量能夠及時根據靈敏板溫度進行調整，時效性更強。改造前以保障塔頂抽出穩定為首要目標，改造后以精餾塔靈敏溫度控制為首要目標，改造后裝置可以將塔頂控制回路改為串接控制，根據靈敏板溫度及時調整采出量，提高了精餾塔精細化操作水平。

5 結論

經過對重整油分離塔的塔盤改造，提高了塔盤分離效率，加強了氣液相的接觸，在經過開車調整后，精餾塔分離達到了預期的目標結果。

(1)重整油分離塔改造達到了預期的目標，在精餾系統其他參數正常的前提下，改造后塔頂物料的碳八芳烴質量分數從之前的3.5%～4.0%降至1.2%，調整物料組成，優化后續系統操作。

(2)通過改造，芳烴裝置能耗得到進一步降低，經過換算，能耗降低了約37.2 kg/t，年產生經濟效益約73萬元。

(3)重整油分離塔波動明顯降低，目前精餾塔相關控制已經全部采用串接控制，為裝置穩定運行創造條件。