《规整填料在减压塔的应用.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《规整填料在减压塔的应用.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、规整填料在减压塔的应用邓俊辉 郑月明（蒸馏车间）摘要：介绍了Zupak规整填料在荆门分公司350万吨/年常减压蒸馏装置减压塔的应用情况，分析了改造后取得的效果和目前运行中存在的问题，并提出了改进建议。关键词：减压塔 规整填料 技术改造 真空度 节能1 概述中国石化荆门分公司蒸馏（一）装置始建于1969年，设计处理能力为250万吨/年，1978年扩能改造为350万吨/年，其减压塔为燃料-润滑油型，根据原油品种和加工方案的不同，既生产催化原料蜡油，满足两套催化开工生产，又生产润滑油基础油原料，为润滑油系统提供原料。由于设备老化，技术落后，润滑油料质量和总拔水平不尽人意。为了获得最佳的经济效益，在2
2、002年的装置节能改造中对减压塔进行了改造，要求既能按“高真空、低炉温、窄馏份、浅颜色”原则生产优质润滑油原料，又能充分提高总拔出率，满足两套催化装置对原料的要求，同时处理能力要达到全装置400万吨/年的上限。在塔径不变的前提下，考虑解决这些问题的途径有：提高减压塔进料段真空度，尽量深拔；降低减压炉出口温度，减少常压重油裂解；使用新型高效塔盘。在减顶抽真空系统基本不变的情况下，提高进料段真空度，必须设法降低塔内压降，降低塔内油品沸点，这样在油品汽化率一定的情况下，可降低减压炉出口温度。新型规整填料技术的工业应用，可以使提高塔的处理能力，降低塔内压降，提高润滑油质量的目的得以实现。2 规整填料新
3、技术简介规整填料开发的着眼点是强化膜式和喷雾传质，降低阻力并促进两相流体均布，使规整填料具有高效、低阻力、高通量和便于放大的特点。不同公司生产的规整填料几何形状基本类似，主要差别在于金属板的表面处理及波纹角度与大小。由于规整填料人为地“规定”了填料层中汽液接触途径，规则排列组装，尽量克服两相流体分布不均，同时在整个塔截面上形成许多并列耦合、空间对称的传质小单元，因而保证了分离效率。1为适应扩能改造的需要，以Sulzer的Mellapak和前Glitsch的Gempak规整填料为代表的新型填料在国外蒸馏塔中得到广泛应用，并推动了传质技术发展。为追求更高的能力和效率，Sulzer又推出了Mella
4、pak plus型填料，该系列填料的特点是最大限度地降低每层规整填料之间填料通道局部被堵所致的气体通量下降即能力的下降，在相同比表面积下通量比Mellapak大2030，且操作弹性大，可将塔的有用能力提高50，效率也优于Mellapak，其设计特点是波纹槽较为平缓。Glitsch也针对Gempak的缺点，开发出了Flexipac HC填料，据资料介绍，其改进情况与Mellapak plus相近，其处理能力相对Gempak可提高2030。2Nagaoka公司新开发的Super X-Pack规整填料由悬挂于整个塔高度内的120束细线（对于直径为5m的塔）组成，每束有2万根线，这些细线以三角形或四方
5、型的模式相互连接，在每束的末端，这些细线紧紧缠绕在一起，通过接头与分配器的管道相连。采用这种设计，液体在网线上呈连续均匀的流动，由于没有喷淋和分配不均，因此中间不需要分配器，而一般情况下410m应设置一个分配器。其压降仅为常规规整填料的1/31/2。3国内在规整填料方面大部分与Mellapak相近。天津大学开发了一种折峰式新型规整填料，称之为Zupak，是普通波纹板规整填料与Intalox散堆填料优良结构的组合，其综合性能更为优良。该填料主要对填料表面结构和开孔作了特殊考虑，与相应型号的Mellapak填料相比，比表面及开孔率增加了10左右，分离效率约提高10，通量提高20，压降降低30以上，
6、可以保证减压塔能在较大的弹性范围内正常操作。4图1 ZUPAK填料结构示意图 表1 不同填料压降比较5塔径mm气相负荷kg/h液相负荷kg/h填料型号填料高度/mm床层压降/Pa泛点百分数19400458580274260Mellapak plus22004647229400458580274260Zupak22200416683 改造方案减压塔改造要达到以下主要目的：l 提高减压塔的处理能力，满足装置年加工量400万吨的要求l 提高进料段真空度，达到减压塔深拔的目的图2 减压塔结构图l 开好洗涤段，解决减二、减三、减四生产润滑油原料时的产品质量l 适当降低炉温，降低装置加工能耗。要达到上述要
7、求，最经济有效的办法就是不改变塔高和塔径，用规整填料改造减压塔。由于投资资金的限制，不能将全塔都改造为规整填料，经过论证，决定将减压塔第5层至第21层（即减二线以下至进料段）板式塔板改为天津大学的Zupak规整填料（见表3）。减二中循环回流段液体喷淋量及传热量较大，采用压降小而传热效果较好的Zupak2填料，可以保证取热要求；减二线油与减三线油分离段内回流液体分布器采用导板槽盘式气液分布器，填料采用比表面积较大且压降适中的Zupak3；减三线油与减四线油分离段需要较多理论板，因此采用分馏效果最好但压降最大的Zupak4和较低压降的Zupak3两段填料,气液分布器仍为导板槽盘式气液分布器；减四线
8、抽出以下拆除原脏洗段5#、6#塔盘，加设Zupak2填料，回流液体分布采用槽盘式气液分布器。进料由多孔直管式分布器改为天津大学的具有捕液吸能作用的双切向环流气体分布器。由于减压塔是汽液两相进料，气速较高，气体分布器设计的好坏直接影响减压塔的设计水平和开车效果。双切向环流挡板式进料分布器虽然是一种性能优良的进气初始分布器，但由于其向下冲击力较大，轴向上返气容易产生严重的雾末夹带。天津大学在双切向挡板式进料分布器的设计基础上加设了捕液吸能器（见图4），基本消除了液相的夹带，在减小减四线残炭的同时，也使进入塔内的气体上返后更加均匀，可以更好地发挥填料及塔板的效率。6填料塔的液体分布器对填料塔的性能有
9、举足轻重的影响，一般的槽式液体分布器具有结构较为简单、安装方便、压降小等优点。天津大学在传统分布器的基础上采用全连通式一级槽及导流板、采用加设规整填料的埋藏云梯梁支撑分布槽结构。全连通式一级槽使液体真正能够均匀分布到各二级槽中，而导流板的加设使液体分布更为均匀。它具有气液分布均匀、操作弹性大、压降低、占位低、抗堵塞能力强、适于进料及采出等优点。图3 具有捕液吸能功能的双切向挡板式气液分布器图4 带导流板的槽盘式气液分布器结构示意图表2 多孔直管式与双切向环流进料分布器对比6分布器形式不均匀度雾沫夹带 %压力降 Pa多孔直管式2.05.32740双切向环流式0.370.115抽真空系统原采用两组
10、两级蒸汽喷射泵，蒸汽设计工作压力0.7MPa，工作温度220，生产中减顶实际真空度93kPa左右，基本满足生产需要，因此本次改造未做改动。表3 各段填料流体力学核算结果填料段塔径填料类型材质理论板数等板高度1/m填料高度m减三线（1）6.4Zupak2304(AISI)21.02.11减二中（2）6.4Zupak3304(AISI)21.81.26减四线（3）6.4Zupak4304(AISI)33.01.06洗涤段（4）6.4Zupak3304(AISI)21.81.26表4 每段填料工艺计算填料段汽相kg/h液相kg/h汽相密度kg/m3液相密度kg/m3表面张力mN/m粘度CP能力%空塔
11、动能因子液体喷淋量m3/m2htop 11518112249550.5474416.20.5846.71.789.399btm 11791742464000.60073415.10.5152.32.0010.435top 21726391038760.63273214.70.5049.91.884.411btm 21726391038760.63273214.70.5049.91.884.411top 3165706641500.64673314.50.5149.31.782.720btm 3134691520540.65473414.40.5339.91.442.204top 4125334
12、113510.648738150.7025.01.340.478btm 4125334113510.648738150.7025.01.340.4784 改造效果分析减压塔改造后已运行一年时间，大部分时间处于大负荷生产，全塔操作平稳，调节灵活，适应能力较强，处理能力、产品质量、总拔出率都有所提高，能耗显著降低。改造前后减压塔操作条件对比见表5。4.1 全塔压降情况在塔高、塔径和减顶抽真空系统均未改变的前提下，改造后全塔压降由15kPa下降到6kPa，进料段真空度明显提高，见表6。尽管如此，与全填料塔12kpa的压降相比仍偏高，原因是2228层未作改动，成为减压塔的强阻力区。表5 减压塔改造前后
13、操作条件对比项目改造前改造后项目改造前改造后温度流量t/h减顶7080减一中127136进料391386减二中4870进料段379382减顶回流6560减二272274减顶44减三340333减一1216减四364358减二4237减一中203/128222/141减三3331减二中296/135313/200减四1927渣油379377渣油150145减一153170减四返塔/16注：加工南阳油，处理量9200吨/天 减二、三润滑油原料表6 改造前后全塔压降对比进料段真空度减顶真空度塔顶至进料段压降改造前0.078Mpa0.093 Mpa15 kpa改造后0.087 Mpa0.093 Mpa
14、6 kpa4.2 减压炉出口温度降低及渣油500含量的变化由于进料段真空度的提高，在保证过汽化率基本不变的前提下，炉温的降低成为可能，对降低装置能耗和提高滑油质量都有积极的意义。鉴于原油性质的复杂性，总拔出率的可比性不大，代之以渣油500馏出量衡量总拔水平。表7 改造前后炉温与总拔情况对比平均炉温渣油500含量（平均）改造前3937.5%改造后3856.0%由表6可以看出，在总拔出率有所提高的前提下，减压炉出口温度下降了8，折合能耗约0.6千克标油/吨，处理量按300万吨计算，每年可创效益200万元。4.3 润滑油料质量情况由表8可见，更换规整填料后, 产品质量有较大提高, 相邻侧线产品重叠度
15、比改造前减少了30，润滑油料合格率由90左右提高到98%，减三线、减四线润滑油基础油的色度及残炭都有了较大好转，减二、减三收率有所下降，而减四收率有明显提高，原因是改造后分馏精度提高，减二、减三馏份重叠减少，馏程变窄，因此收率下降，而550以前的减四组分在渣油中的含量减少，使减四收率提高，滑料总收率提高约0.15，渣油收率有所下降。表8 改造前后润滑油基础油质量对比项目色度#残炭粘度mm2/s闪点馏份宽度（2%98）收率减二改造前1.511.141928010.87改造后1.511.341927910.21减三改造前3.50.037.03222888.54改造后2.50.027.1723576
16、8.00减四改造前8.00.4412.82506.50改造后7.50.3011.52567.855 存在的问题与解决方案5.1 过汽化率的控制问题本次改造将减四线设计为全抽出，再将过汽化油打回设在减四集油箱下方的液体分布器，这种设计主要基于以下考虑：l 过汽化油流量直观可见，可据此确定适宜的炉温l 防止因过分强调总拔而造成进料段上方干板结焦 但实际操作中未能实现减四线的全抽出，原因是减四线汽提塔的液位波动较大，无法控制，只好满液面操作。波动的原因据分析有两方面：一是油品性质过于复杂多变，在相同的操作条件下汽化率不断变化；二是汽提塔仪表故障，因为检修时更换的新浮球规格与旧的不符，可能存在指示不准
17、、移动不灵的问题，有待停工时检查处理。5.2 减顶真空度偏低由于资金的限制，减顶抽真空系统未作改动，仍使用两组两级蒸汽喷射泵。一年来的运行实践表明，抽真空系统比改造前的工况略差，减顶真空度不高且波动频繁，已成为制约整个装置生产的瓶颈问题，渣油500馏出量改造后虽有所降低但与兄弟企业相比仍偏高。真空度波动的原因一是原抽真空系统负荷已近极限，全塔压降的显著降低及装置处理量的提高使真空泵的负荷变大，影响了抽真空效果；二是装置改造后增加了1.0MPa自产汽系统，在常压炉过热后达290左右并入主蒸汽线自用，与原蒸汽喷射器220的设计温度相差较大，使其不能工作在最佳状态。解决方案一是将减顶抽真空系统改造为
18、三级，使减顶真空度在湿式蒸馏时能达到96kPa以上，此方案已在设计中；二是自产汽在入炉前加除氧水，既可降低蒸汽温度，又能增加蒸汽产量。6 结论老式减压塔采用规整填料改造是提高产品质量和处理能力的较廉价方案，对润滑油型减压塔具有更加重要的意义，在资金面允许的情况下应尽可能全塔改造，同时还应考察抽真空系统的能力，必要时应配套改造。参考文献1 刘乃鸿.工业塔新型规整填料应用手册.天津：天津大学出版社，19932 Gerald Parkinson,Takeshi Kamiya,Rita DAquino and Gerald Ondrey. The Divide in Distillation. Chemical Engineering,April,19993 Gerald Parkinson. Drip and Drop in Column Internals. Chemical Engineering,July,20004 李鑫刚. 规整填料蒸馏塔技术在常减压蒸馏中的应用.石油炼制与化工，1995,26(7):1-6.5 蒋荣兴.常减压蒸馏技术新进展，常减压蒸馏第五届年会特刊，2002.6林涛.新型塔内件在大型减压塔中的应用，炼油设计，2001，31（7）:37-39（收稿日期：2003-10-17）