催化裂化吸收塔CTST塔盘改造效果及分析

摘 要：催化裂化装置扩量改造以后，出现了产品分布变化、质量难以控制等问题，严重时出现干气带液的情况。通过采用河北工业大学开发的立体传质塔盘（CTST）进行改造后，催化裂化吸收塔操作更平稳，产品质量得到改善，产品分布更趋合理。

关键词：吸收塔；立体传质塔板；改造；效果

1 前言

山东石大科技集团有限公司两段提升管催化裂化装置于2002年4月进行技术改造，蜡油处理量由15万吨/年提高到18万吨/年。处理量增加之后，吸收塔的气相和液相负荷增大，产品质量难以控制，气温较高时，时常出现再吸收塔（T304）带液的情况，给吸收塔的平稳操作带来很大困难。在2008年采用河北工业大学研究开发的高效立体传质传热塔盘（CTST），该塔盘具有处理能力大、塔板压降低、传质传热效果好的特点。通过改造吸收塔处理能力提高15%～30%以上，装置操作平稳，产品质量合格，取得了良好的经济效益。

2 原吸收塔概况

催化裂化吸收塔为Φ800×22750，30层单流浮阀塔盘（HTV）。富气经压缩机压缩后冷却至40℃左右，然后进入气压机出口油气分离器（R301）进行气、液分离，分离后的气体从吸收塔底部进入， 塔顶用粗汽油和稳定汽油作吸收剂进行吸收，气液两相通过各层塔板进行分离。30～40℃的干气从塔顶馏出，50℃左右的吸收塔底油经泵升压冷却后送至R301，在塔的中部只设有一个中段循环回流。

3 存在问题

3.1 只设一个中段回流取热分配不合理

吸收塔中段回流取热量的多少是影响平稳操作的关键因素之一。改造前吸收塔只设置一个中段回流，塔内的热量虽能全部取出，但塔上部和下部热量存在不均匀的情况。这一方面会导致塔内汽液相负荷分布不均匀，使塔上部的汽液相负荷偏大，而中下部的液相负荷偏小，另一方面在操作不稳定的情况下，塔顶气体容易出现带液的情况。

3.2 操作弹性小，塔盘效率低

装置处理量提高到18万吨/年后气液相负荷增大，偏离了塔盘的最佳操作工况，核算发现吸收塔的操作效率仅为70%左右。通过水利学模拟计算，吸收塔的操作弹性为20%～30%，不能满足吸收塔平稳操作的需要。

4 CTST塔盘的特点

CTST型塔板采用悬挂式辅助降液通道， 由单个或多个矩形组成，降液管的排列方向为上下相邻2层塔板互相垂直且平行错开， 新型立体高效固定阀为塔板上采用的鼓泡元件。液体在辅助降液管中的流动模型和固定阀及辅助降液管的平面布置如图1所示。

4.1 处理能力大

（1）气相通过能力大。气液能够有效分离是由于帽罩和分离板的存在，雾沫夹带量大幅度减小，操作上限提高，气相通过能力增大。若以雾沫夹带10%为操作上限，浮阀板孔动能因子为17，CTST型板孔可达34，即在相同开孔率条件下，CTST型塔板的操作上限比浮阀塔板高1倍。开孔率为11%时， CTST型塔板和浮阀塔板動能因子与雾沫夹带量之间的关系如图2所示：

（2）液相通过能力大。降液管的通过能力反映了塔盘处理能力，矩形板孔和管形降液管的通过能力均较大，对提高吸收塔的处理能力有利。降液管的主要作用：液体与气泡在降液管中分离，使液体流到下层塔板上。气相质量分数在F1浮阀塔板上及降液管内不低于50%，浮阀塔板的设计停留时间不能少于5s，在CTST型塔板上气体直接进入帽罩而不通过板上的液层，流到降液管中的液体基本不含气泡，设计停留时间最小可达2.4s，所以降液管的通过能力可提高1倍以上。因此，立体传质塔盘与浮阀塔板相比无论是气相和液相通过量均可提高80～100%[1]。

4.2 塔板效率高

CTST型塔板采用立体传质结构，塔板上的开孔呈矩形， 带筛孔的梯形喷射罩设置在孔上方， 带筛孔的喷射板安装在罩的侧面， 两端设置梯形端板，上部为分离板， 气液通道设置在喷射板与分离板之间。液体从喷射板与塔板间的底隙进入，分离板提供气液接触的空间，可使气液两相有效分离，减少雾沫夹带[2]。CTST型塔板的工作原理如图3所示：

气体自塔板上的矩形孔进入喷射罩中，在板孔处形成缩流和低压区，液体由底隙进入喷射罩内，在整个塔板上气、液经过拉膜提升、破碎、碰顶返回、喷射、互喷和分离6个过程。在这6个接触过程中，气、液两相处于湍流状态，相间的传质、传热包括了塔板至喷射罩及分离板的整个空间，不同于传统塔板传质区域只局限为平面型式，使塔板间的空间利用率高达40% ～60%。在空间内， 气体为连续相， 细小液滴为分散相。液体在塔板面上为清液层，CTST塔板的特殊结构使漏液量和雾沫夹带量减少，塔板的处理能力和操作弹性提高，使气液接触传质的效率大幅度提高。

4.3 操作弹性大

CTST塔盘和F1浮阀的操作上限受过量雾沫夹带控制，操作下限同样受塔板漏液控制。F1 浮阀的操作上限为17，下限为4.0～4.8 ，其操作弹性达3.4～4.3 。实验研究表明，以雾沫夹带10%为操作上线，CTST板的操作上限为34， 操作下限为4.7～6.3，其操作弹性达5.4～7.2。

5 改造情况及效果分析

5.1 改造情况

催化装置利用停工检修对吸收塔进行改造，在保持吸收塔塔径（Φ800）不变的情况下，将浮阀塔板全部更换为CTST型塔板，同时增加吸收二中段回流。改造后工艺流程简图如图4所示：

5.2 效果分析

吸收塔经过改造后装置一次开车成功，改造后操作平稳，产品质量全部合格。改造后操作数据变化情况见下表。

从统计结果和生产过程得知[3]：（1）回流取热分配合理，一中、二中段返塔温度降低到35℃左右，塔板上的汽液相分布合理。吸收塔顶温度较低，干气带液的情况消失；（2）CTST塔板加工能力大，改造后比改造前处理量提高了3t/h；（3）操作弹性大。本次吸收塔改造后设计的进料量范围17.5-30t/h，操作弹性达到了70-120%。

6 结论

吸收塔改造后操作平稳，产品质量合格，全塔取热分配更合理，干气带液情况基本消失，充分体现了CTST塔板具有立体通量大、传质效率高、处理能力大、操作弹性强等特点。改造后装置处理量提高3t/h，每年创造经济效益500万元以上。因此应用CTST塔板对一些老塔进行扩能改造，投资小，见效快。

参考文献：

[1]刘继东，李春力等.新型立体传质塔板（CTST）的气相提升能力[J].化工学报，2002（22）增刊.

[2]刘继东，吕建华等.新型立体传质塔板及其流体力学性能[J].化工学报，2005，56（06）.

[3]吕建华，张文林等.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.

作者简介：朱伟（1979—），男，山东东营人，在职研究生，工程师。