采用立体传质塔板CTST 技术改造催化裂化分馏塔

贾少磊

（中国石油大学（华东）山东石大科技集团有限公司，山东 东营257061）

山东石大科技集团有限公司催化裂化装置于2002年进行了国内首次两段提升管改造，蜡油的加工能力由15万t／a提高到18万t／a。随着催化裂化加工量的增加，原料及产品分布的变化，催化分馏塔操作能力达到极限，产品质量难以控制，汽柴油组分重叠严重，并时常出现冲塔现象。针对上述存在的问题，公司采用河北工业大学研究开发的新型、大通量、高效塔盘——立体传质塔板CTST技术［1］对催化裂化分馏塔进行了改造。与传统塔板相比，立体传质塔板传质空间大，传质效果好。同时，由于分离板的作用使传质后的气液两相能分离彻底，大幅度减少了雾沫夹带量，降液管的泡沫层高度随之降低。尤其是立体传质塔板有较大的开孔率和较大的操作区间，适于塔的扩能改造，只需将塔板换成立体传质塔板，塔壳无需更换，即可大幅度提高产能。因此，该塔板的推出即刻被诸多炼油化工企业采用，并取得了较好的效果［2－5］。山东石大科技集团有限公司催化裂化装置经过改造，分馏塔操作平稳，装置处理能力大幅提高，产品质量合格，操作弹性提高1倍，取得了较好的应用效果。本文通过对立体传质塔板基本原理及在其催化装置分馏塔上的实际应用的简单介绍，希望对其他炼化企业有所帮助。

1 立体传质塔板CTST技术

1.1 立体传质塔板工作原理［1］

CTST塔板是一种新型高效喷射型塔板，它的结构为立体结构，核心部件是一个梯形喷射罩。喷射罩的横截面为矩形，端板为梯形，喷射板上部开有喷射孔，喷射板下端与塔板间为液体进入罩内的通道，喷射板的上部装有分离板，在喷射板与分离板间设气液通道，如图1所示。

图1 CTST塔板结构

CTST塔板在塔内的排布如图2所示。气体自塔板上的矩形孔进入喷射罩内，在板孔处缩流形成低压区。液体在罩体内外压差作用下，自罩底间隙进入罩内，在塔板至罩顶完成传质过程。在塔板上气液经历拉膜→破碎→碰顶折返→喷射→对喷→分离6个过程，CTST的塔板间的空间利用率可达到20%～60%。由于结构特殊，雾沫夹带量和水平方向吹入的漏液量减少，提高了塔板的处理能力和操作弹性，塔板上气液传质效率得到有效提高。

1.2 塔板性能特点

1.2.1 塔板通量大

CTST的气体通道—塔板开孔为矩形，单孔面积大，矩形孔大于40mm×120mm，开孔率超过20%。在分离板的作用下，喷射出的气液得到有效分离，减小了雾沫夹带，较大程度提高操作上限。

图2 CTST塔内布置图

1.2.2 塔板效率高

气液在罩内及罩外充分接触，气体把液体分散成小液滴，提高了气液两相接触面积，在激烈的喷射工况下，使液滴的表面不断更新，以维持高的传质、传热推动力。

1.2.3 操作弹性大

CTST塔板在开孔率11%时，CTST的操作下限为板孔动能因子4.7～6.3，操作上限为34，其操作弹性达到5.4～7.2。相对而言，F1浮阀塔板下限为4.0～4.8，操作上限为17，其操作弹性仅为3.4～4.3。

1.2.4 抗堵塞能力好

由于CTST的流通空间大，空间利用效率高，不容易被大颗粒、易结焦、易自聚的物料堵塞。

1.2.5 塔板压降低

由于CTST塔板特殊的喷射型操作工况，CTST塔板的单板压降比较低，相同负荷下比F1浮阀塔板低20%以上。

1.2.6 节省投资，改造方便，施工周期短

采用CTST进行新塔设计，在同样生产能力及分离要求的条件下，可节省设备投资30%以上。

2 CTST塔板在催化裂化分馏塔上的应用

2.1 分馏塔概况

催化裂化装置分馏塔规格尺寸为Φ2 000×42 050，29层单流BVT蝶型浮阀塔盘，分馏塔示意图见图3，其工艺流程为：反再系统沉降器来的反应油气进入分馏塔底部，通过人字型挡板与循环油浆逆流接触，洗涤反应油气中的催化剂并脱除过热，使油气呈饱和状态进入分馏塔上部进行分馏。塔顶为富气和粗汽油，侧线有轻柴油和回炼油，塔底为油浆。分馏塔内多余的热量分别由塔顶循回流、中段回流及油浆循环换热系统取走。

图3 催化裂化主分馏塔示意图

我们对分馏塔基础工况进行了计算机模拟，主要存在以下问题。

2.1.1 塔盘效率低

工艺核算结果表明分馏塔的实际操作效率只有65%左右，操作点严重偏离了塔板最佳操作工况。受塔板开孔率的影响，塔内部液相在塔板上分布不均匀，很容易出现沟流的现象。气相进入塔板时分布也不均匀，气液相不能充分接触使塔板的传质效率降低，而且在雾沫夹带大的情况下，气体不能很好地在降液管内从液相中及时分离出来，使塔板的传质效率进一步降低。

2.1.2 分馏塔操作弹性小

催化裂化装置处理量提高到18万t／a后对分馏塔进行水利学模拟计算。结果显示分馏塔的操作弹性为30%～40%，显然不能满足分馏平稳操作的需要。

2.2 改造方案

（1）充分利用现有设备。现有塔体及塔内支撑件全部利用现有装置设备。

（2）采用大通量、高效立体传质塔CTST。原塔塔体、降液板、支撑圈和位置等不变的情况下将29层浮阀塔板全部更换为立式传质塔板CTST型塔板。

（3）改造后，分馏塔设计加工能力为装置进料25t／h，并达到70%～120%的操作弹性，即装置进料为17.5～30t／h。汽油和柴油蒸馏馏程合格，汽油干点控制在190～205℃；柴油95%点控制在325～335℃。

2.3 应用效果

经过改造后的分馏塔一次开车成功，分馏塔操作平稳，产品质量合格。改造前后催化裂化装置物料平衡数据对比如表1，分馏塔操作条件对比如表2所示。

表1 物料平衡数据对比

表2 分馏塔操作条件对比

从统计结果和生产过程可以得知：

（1）CTST塔板加工能力大，改造后比改造前处理量提高了3t／h；

（2）采用CTST塔板，塔板上的汽液相分布合理，产品收率提高，液化气和汽油收率均提高0.3%左右，总液收提高0.66%，同时干气和油浆收率都有所降低；

（3）汽柴油重叠消失，自改造以来，再未出现过柴油抽不出及汽油中含有柴油组分的现象；

（4）CTST塔板压降低，从分馏塔操作条件对比可以看出，采用CTST塔板，分馏塔压降低6kPa；

（5）CTST塔板抗干扰能力强。分馏塔改造完成后运行平稳，分馏塔没有出现冲塔现象；

（6）操作弹性大。采用CTST塔盘设计进料量范围17.5～30t／h，操作弹性达到了70%～120%。

3 结语

（1）CTST塔板技术成功地应用于两段提升管催化裂化分馏塔的扩能改造，提高了该装置的处理能力、改善了产品质量，且操作弹性提高了1倍。

（2）通过对催化裂化分馏塔的改造，液化气和汽油收率均提高0.3%左右，总液收提高0.66%，同时干气和油浆收率都有所降低，经济效益显著。

（3）针对催化裂化主分馏塔的具体特点，采用CTST塔板技术，体现了节约改造投资、缩短施工周期及节能降耗等设计原则，拓宽了催化裂化分馏塔扩能改造的思路。

［1］李柏春，李春利，吕建华，等.立体传质塔板［P］：中国，ZL012219215，2001.

［2］吕建华，刘继东，张文林，等.立体传质塔板CTST技术及其在炼油装置中的应用［J］.化工进展，2006，25（增刊）：13－16.

［3］吕建华，张文林，刘继东，等.立体传质塔板（CTST）水力学性能与吸收塔的应用［J］.化工进展，2005，24（增刊）：135－138.

［4］张文林，李柏春，吕建华，等.立体传质塔板在气体分馏装置的应用 ［J］.炼油技术与 工程，2003，33（11）：48－49.

［5］张明超.立体传质塔盘在减压塔底汽提段的应用［J］.硅谷，2009（13）：117.