烷基苯精餾塔改造效果分析

董喜恩 金陵石化有限公司烷基苯廠 南京 210046

1 改造背景

某烷基苯聯合裝置引進美國環球油品公司(UOP)技術，由意大利歐洲技術公司承包，1980年底建成投產[1]。

烷基化裝置在催化劑氟化氫存在的條件下，使苯和C10～C13直鏈烷烯烴混合物中的烯烴進行烷基化反應[2]，生成工業直鏈烷基苯的混合物，經過脫苯、脫烷烴、烷基苯精餾等過程，制取高質量的工業直鏈烷基苯[2，3]。該流程示意見圖1。

圖1 烷基化流程示意

烷基苯精餾塔是在負壓下將粗烷基苯中的烷基苯與多環聚芳烴分離，塔頂制取主產品精餾烷基苯，烷基苯碳鍵飽和度較高，溴指數較低；塔底得到副產品重烷基苯(多環聚芳烴)，多環聚芳烴飽和度低，溴指數很高。因此，塔頂烷基苯的溴指數可直接反應出烷基苯精餾塔的運行好壞[4]。

2011年，烷基苯裝置擴能改造對該塔進行了整體更換，投運后，該塔分離效果一直不佳，主要表現在塔頂烷基苯溴指數偏高，塔底含烷基苯較多。為此，在2013年對烷基苯精餾塔塔內件進行了重新改造。

2 改造方案

為減少檢修時間，技術方案是在原筒體塔徑、高度等不變的基礎上進行，采用CDP-250Z填料和三級導板窄槽式液體分布器等來改變塔的內部構造，增加進料閃蒸器和防壁流圈等措施，以提升塔的分離效果。

2.1 填料更新

使用的改進CDP-250Z型填料(見圖2)，是一種新型、高處理量(通量)的規整填料，它改變了填料層接觸部分的幾何結構，使流體在接觸部位的流動阻力降低，減少了局部液泛的發生，從而提高了填料的處理通量[5,6]。其與CDP-250X填料特性數據比較見表1。

表1 250Z與250X特性數據比較

2.2 分布器改造

分布器原先使用槽盤式液體分布器，該分布器主要應用于小塔徑、大處理量工況下，對于3.8m的大塔徑而言，效果并不理想。本次提出使用三級導板窄槽式液體分布器，見圖3。

(a)

(b)

(a)

(b)

三級導板窄槽式液體分布器與傳統的窄槽式液體分布器相比，分布效率可提高10%～60%，可在導板底緣形成非常均勻、連續性的液膜，特別是在低液量工況下，還能在導板底緣形成與槽平行、均勻的液滴。液位越低則效率提高得越大，這種結構能很好地協調、選擇槽上孔數、孔徑、孔間距的結構布置，以達到液體分布均勻及對設計彈性的要求。在很低液量的情況下，三級導板上還設有按照一定規則排列的凹型坑，能消除液體在金屬表面上收縮導致的不均勻分布，并部分消除工業安裝分布器時水平度誤差所引起的不均勻度[7,8]。

2.3 增設進料閃蒸器

該塔的進料為溫度210℃的過熱進料，若使用普通進料分配器，在無其他分離防護措施保護下，會存在偏流、霧沫夾帶、湍流等不利狀態，對該塔的正常傳質傳熱形成不良影響，使分離效果變差。為了消除因物料迅速絕熱汽化而形成高速氣流的不良影響，在塔內增加一副能使氣液相分離的進料器。

為此，選用一種環流式閃蒸進料器，該閃蒸進料器可以精準控制物料在進料區域的停留時間，直至汽液兩相完全分離，起到一塊理論板的效果。

3 效果分析

3.1 操作參數

(1)壓力變化情況，見表2。

表2 頂底壓力變化情況 (kPa)

從數據看出，改造前塔頂操作壓力控制在2.1kPa，改造后控制在1kPa，降低了操作壓力；頂底壓力降比改造前上升，但處于合理可接受狀態，說明塔內氣液相負荷交換加強，消除了溝流等不利因素，有利于氣液傳質傳熱。

(2)溫度分布情況，見表3。

表3 各層溫度分布情況 (℃)

數據對比看出，改造后塔頂、塔底溫度均上升，這是因為改造前為保證塔頂烷基苯質量合格，該塔降溫操作，操作溫度較低；改造后，為了減少塔底烷基苯的損失，在保障塔頂產品合格情況下，進行了提溫操作，頂底溫差也由69℃拉開至87.8℃，提高了近19℃，即頂底輕重物料組分得到很好分離，進一步表明，分離效果大幅上升。

(3)熱油用量情況，見表4。

表4 熱油用量情況

從熱油數據看出，改造后，熱油用量及入口溫度都得到大幅度提高，這主要是為了減少塔底烷基苯的損失，需升高該塔操作溫度，提高熱油溫位及流量，以滿足生產需要；但熱負荷卻有所下降，由之前的13108MJ/h下降至12076.6MJ/h，下降約8%，這是因為降低了該塔操作壓力，提升了分離組分相對揮發度，進而減少了熱負荷需求，降低了能耗費用。

3.2 產品變化

3.2.1 主產品變化情況

通常洗滌劑范圍內的烷基化物的典型性質為溴指數，若溴指數偏高，則烷基化物穩定性差，會造成下游產品磺化物色澤偏高。因此，為保證下游產品質量，需盡可能地降低烷基苯溴指數。對改造前、后烷基苯溴指數分析見表5。

表5 塔頂烷基苯溴指數統計表

表5數據表明，對烷基苯精餾塔塔內件進行整改后，烷基苯溴指數由8.5以上降低至5.2以下，主產品質量大幅提高。

3.2.2 副產品變化情況

主產品烷基苯的市場價格優于副產品重烷基苯。因此，在烷基苯質量合格情況下，為提高主產品烷基苯收率，精餾塔提溫操作，提溫后，對塔底重烷基苯出料情況進行統計分析見表6。

表6 塔底重烷基苯產量情況

通過改造前后的底/頂出料比進行比較可以看出，改造后塔底重烷基苯量大幅減少，重烷基苯/烷基苯比值大幅下降。同時，采樣分析塔底重烷苯中烷基苯含量情況，見表7。

對比分析數據看出，改造后重烷苯中烷基苯含量大幅降低，由40%以上降低至10%以下，減少了烷基苯損耗，提高烷基苯回收率。進一步對重烷苯中烷基苯組成進行分析，數據見表8。

表7 重烷苯中烷基苯含量情況

注：重烷基苯中烷基苯含量以≤C13碳鏈烷基苯組分計算。

表8 重烷苯中烷基苯重量組分分布 (%)

從數據看出，改造前塔底重烷基苯中含有少量C11組分，C12組分在10%以上；改造后， C11為微量、C12組分由10%下降至0.5%，主要為C13組分，表明改造后分離效果大幅提升，達到了預期要求。

4 結語

(1)CDP-250Z型填料和三級導板窄槽式液體分布器在烷基苯精餾塔中效率明顯高于普通規整填料和槽盤式液體分布器,可滿足當前生產分離需要。

(2)改造后，操作壓力降低，降低了能耗費用，達到了節能降耗的目的。

(3) 改造后，該塔壓力降有所上升，控制在合理范圍內，頂底溫差明顯拉大，提高了傳質傳熱效果，提升了分離效果。

(4)改造后，主產品烷基苯溴指數下降，質量大幅提升。副產品重烷基苯產量大幅下降，重烷基苯/烷基苯比值降低，提高了主產品烷基苯回收率和工廠經濟效益。