120 萬噸/年催化裂化裝置分餾塔頂冷卻系統(tǒng)優(yōu)化

劉春陽，張 星，謝恪謙

（中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071）

某石化公司的120 萬噸/年催化裂化裝置的分餾塔頂冷卻系統(tǒng)在實際運行過程中，由于塔頂油氣冷卻后終溫過高以及冷卻系統(tǒng)的總壓降過大，造成過多的油氣進入富氣壓縮機且壓縮機入口的壓力偏低，導致壓縮機的負荷過大，能耗偏高。為了解決這一生產(chǎn)瓶頸，通過PROII 對整個分餾及吸收穩(wěn)定流程進行模擬，通過HTRI 軟件對單臺位換熱器進行模擬計算，選擇更加合理的冷卻流程排布，對分餾塔頂?shù)睦鋮s系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，來解決換熱終溫高、系統(tǒng)壓降大的問題，降低富氣壓縮機的能耗，節(jié)約操作費用的投入。

1 流程

1.1 流程描述

催化裂化分餾塔頂油氣從分餾塔頂線進入冷卻系統(tǒng)，經(jīng)過多級換熱器冷卻為氣液兩相后，進入分餾塔頂油氣分離器進行氣液分離。液相粗汽油組分送入吸收塔作為富氣的吸收劑，氣相輕烴組分由分離器頂部進入富氣壓縮機進行壓縮。油氣分離器中的溫度，取決于分餾塔頂冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，而油氣從提升管反應器出口到壓縮機入口之間經(jīng)過的分餾塔與塔頂冷卻系統(tǒng)的壓降，則影響了富氣壓縮機的入口壓力。

某石化公司分餾塔頂冷卻及分離系統(tǒng)流程示意圖見圖1。從圖1 看出，催化裂化裝置的分餾塔頂換熱系統(tǒng)采用兩級冷卻，第一級冷卻由6 臺熱水換熱器及8 片空氣冷卻器并聯(lián)操作組成，冷卻后的油氣先匯集到集合總管，再分六路進入6組循環(huán)水冷卻器組成的第二級冷卻，每組由2 臺循環(huán)水換熱器串聯(lián)而成。

1.2 該流程存在的問題

1）在實際生產(chǎn)操作過程中，第一級冷卻中并聯(lián)使用的熱水換熱器和空氣冷卻器因為壓降的不同，造成油氣的偏流嚴重，需要通過不斷調(diào)節(jié)每一路上的手閥來調(diào)節(jié)每一路的流量，既增加了管路的壓降又增加了調(diào)節(jié)的難度與工作量，并且由于并聯(lián)的換熱器臺數(shù)過多，造成每一路上的油氣線速偏低，換熱效率差且壓降大，并聯(lián)的空冷器影響了油氣低溫熱的充分回收。

2）油氣經(jīng)過兩級冷卻后的終溫接近60℃，與原本工藝設計溫度40℃偏差較大。由于上述塔頂冷卻系統(tǒng)存在的問題，使得后續(xù)分餾塔頂油氣分離器中的溫度偏高、壓力偏低，導致大量原本應當冷卻為液相的輕烴（主要是碳三至碳六組分）仍保持氣相狀態(tài)，伴隨富氣進入富氣壓縮機系統(tǒng)，極大的增加了富氣壓縮機的功率與動力蒸汽的消耗，影響壓縮機的安全平穩(wěn)運行，更制約了裝置的滿負荷運行。

圖1 分餾塔頂冷卻及分離系統(tǒng)流程示意圖

3）冷卻后的粗汽油作為吸收劑進入吸收塔中對富氣中的重組分進行吸收，由于吸收是一個放熱過程，且低溫有利于吸收過程的發(fā)生，一般將吸收塔內(nèi)的溫度控制在50℃以下，來保證吸收的效果。溫度過高的粗汽油吸收劑直接影響塔內(nèi)的吸收效果，可能造成貧氣中重組分夾帶過多，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，只能通過增加穩(wěn)定汽油吸收劑循環(huán)量和增加循環(huán)水冷卻器中段冷卻量的方式彌補，導致水耗與電耗的增加，操作費用升高。

2 流程優(yōu)化

2.1 優(yōu)化方案

優(yōu)化后的分餾塔頂冷卻系統(tǒng)，由原本的兩級冷卻改為三級冷卻，塔頂油氣先后經(jīng)過熱水換熱器、空冷器和循環(huán)水冷卻器，具體方案如下：

1）塔頂油氣總管從分餾塔頂引出后分為五路，每一路設置一臺熱水換熱器、兩臺空冷器和一臺循環(huán)水冷卻器三級冷卻。第一級通過熱媒水將油氣由120℃冷卻至90℃。第二級使用空冷器將油氣冷卻到55℃，第三級使用循環(huán)水冷卻至40℃。

2）設備對稱布置，熱水換熱器移至分餾塔構(gòu)架頂層平臺，原有BES 型式熱水換熱器更換為BJS 型式。

優(yōu)化后分餾塔頂冷卻系統(tǒng)排布示意圖見圖2。

2.2 優(yōu)化方案的改進點

1）第一級冷卻取消空冷器，全部使用熱水換熱器，盡可能多的回收分餾塔頂油氣的低溫熱。

2）第二級使用空冷器冷卻，降低了第三級冷卻的入口溫度，減少冷卻循環(huán)水的使用量。且該石化公司所在位置，全年平均溫度低，冬季室外溫度很低時，甚至可以停用第三級的循環(huán)水冷卻而滿足40℃的冷卻終溫要求，大大節(jié)省操作費用。

圖2 優(yōu)化后分餾塔頂冷卻系統(tǒng)排布示意圖

3）減少每一級冷卻并聯(lián)的換熱器臺數(shù)，提高換熱管內(nèi)的油氣流速，強化換熱效果，降低所需換熱面積，縮減換熱器體積。

4）抬高熱水換熱器在構(gòu)架上的位置，保證了油氣步步低流動，有效降低系統(tǒng)壓降。

5）BES 型式改為BJS 型式，進一步降低了熱水換熱器內(nèi)油氣側(cè)的壓降。

3 優(yōu)化前后比較

使用PROII 軟件對該催化裂化裝置分餾及吸收穩(wěn)定部分的原有流程及優(yōu)化后流程進行全流程的模擬，使用HTRI 軟件對優(yōu)化前后的換熱器、空冷器進行計算，來比較改造前后的效果。如表1 所示，經(jīng)過優(yōu)化后的塔頂冷卻流程，壓降由原本的0.1MPa 降低到0.055MPa，溫度由原本的冷后終溫約60℃降低到40℃。經(jīng)過優(yōu)化后，分餾塔頂油氣分離器進入富氣壓縮機一級入口的氣相量由72874kg/h 降低到44698kg/h。通過表2 能夠看出，優(yōu)化后富氣中的C5、C6 含量大幅度的下降，重組分更多冷卻為液相進入粗汽油中，一級壓縮機功率由1582kW 降低到1052kW，功率顯著降低。折算能夠降低氣壓機動力3.5MPa 中壓蒸汽消耗量10t/h。優(yōu)化后增加熱水回收的低溫熱1750kW，節(jié)約裝置能耗1.37kg 標油/t 原料，約1644 噸標油/年，帶來經(jīng)濟效益約500 萬元。由于本次改造換熱器、空冷器全部利舊，局部進行改造，因此投資不大，一年即可收回改造投資。

表1 優(yōu)化前后工藝數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

優(yōu)化排布的冷卻流程保證了油氣的正常冷卻和油氣低溫熱的充分回收，減少了冷卻循環(huán)水的消耗量，保證了吸收塔的吸收效果，提高了富氣壓縮機的入口壓力，同時降低了入口的富氣量，從而減輕了整個富氣壓縮機的運行負荷，節(jié)省了動力中壓蒸汽的消耗量，不但解決了提高產(chǎn)能的瓶頸，并能夠為煉廠節(jié)約生產(chǎn)操作投入每年約500 萬元，優(yōu)化效果顯著。

表2 富氣壓縮機一級入口組成表