气体分馏装置应用高效新型塔盘及新技术的优化改造

张 兵

(中国石油大庆石化分公司，黑龙江 大庆 163711)

气体分馏装置应用高效新型塔盘及新技术的优化改造

张 兵

(中国石油大庆石化分公司，黑龙江 大庆 163711)

介绍了炼油厂气体分馏装置扩能改造和能量优化的情况。工业应用结果表明：通过更换高效塔盘、降液管等塔内件的方式，能够使装置处理量从128.17 kta提高至172.32 kta，并保证产品质量合格；同时利用催化裂化装置顶循环油作脱丙烷塔热源，停止使用1.0 MPa蒸汽对热水进行加热，装置综合能耗大幅降低，从4 303.7 MJt降至1 634.4 MJt。

气体分馏 催化裂化 处理量 能耗 优化

炼油厂的气体分馏装置一般是催化裂化装置的配套装置。近年来由于汽油品质升级的要求，我国大量的催化裂化装置进行了升级改造，气体产量增大，这就要求其配套的气体分馏装置也进行相对应的扩能改造。同时，在能源危机日益严重的形势下，节能降耗、综合利用已经成为炼化企业的工作重点，这要求气体分馏装置在扩能改造的同时，进一步降低装置能耗。本文提出更换高效塔盘、优化供热流程等措施，以增大装置处理量，提高能源利用率。

1 改进依据

中国石油大庆石化分公司Ⅱ套气体分馏装置建于1992年，原设计规模为115 kt/a，2004年大庆石油化工设计院对装置进行了丙烯塔改造，改造后装置处理能力为127 kt/a。2009年Ⅰ套催化裂化装置进行MIP技术改造后，液化气产量增加到170 kt/a，因此Ⅱ套气体分馏装置必须进行适应性配套改造，提高装置的处理能力。

气体分馏装置温度较低，是很好的低温热阱， 但本身的热源不能满足装置的需要，而催化裂化装置温度较高，有足够的低温热可以输出，在大系统范围内进行热匹配，也就是通常所说的热联合，使这些热阱充分利用低温余热源，实现优化匹配[1-3]。原Ⅱ套气体分馏装置热源流程设计不合理，不仅催化裂化装置的低温热不能充分利用，而且气体分馏装置消耗大量1.0 MPa蒸汽。因此，必须对Ⅱ套气体分馏装置的热源进行改造，运用三环节过程能量结构理论进行能量综合优化，进一步完善催化裂化-气体分馏装置热联合，降低Ⅱ套气体分馏装置能耗。

2 改造的技术特点

(1) Ⅰ套催化裂化装置应用MIP技术改造后，Ⅱ套气体分馏装置原料量大幅增加。为了降低改造费用，本次改造没有更换塔体。装置在不改变塔径和管口方位的情况下，保证原有产品质量，并使处理量提高30%以上。

除对丙烯塔配套部分设备、仪表管道及阀门进行更换外，还采用复合孔微型阀高效塔板更换原塔板，塔板采用双溢流结构。

这是一种采用以多个半圆孔光滑连接的曲线为周边的微型浮阀作为基本气液接触单元的高效精馏塔板。具有复合孔周边的微型阀可以有效地将一个阀孔流出的气体分为多股细小的气流，从而大大增加气液接触面积，提高塔板的传质效率和流通能力。该塔板具有分离效率高、流通能力大、雾沫夹带少、压降低等特点，使产品精度、节能降耗等方面有明显的提高。

除复合孔微型阀外，本高效塔板还采用底部多折边的倾斜式降液管以增加塔板鼓泡面积，改造时将现有降液管下部挖去一部分，上部仍旧保留，将折弯的降液管直接焊接在保留的降液管之上，形成一种多折边倾斜降液管(见图1)，解决普通降液管的液体流动死区问题，消除气体流动的不均匀性，提高传质效率。降液管出口处安置三角形鼓泡促进器以加快气体与刚刚流出降液管的液体的混合。该降液管具有流通能力大、节约塔盘活性面积、改善液体分布效果等特点。

图1 改造前后降液管示意

(2) 脱丙烷塔重沸器改用催化裂化顶循环油作为热源；脱乙烷塔、丙烯塔重沸器采用催化裂化装置直接来的热水作为热源(见图2)。重沸器热源原来均使用经过1.0 MPa蒸汽加热的催化裂化装置热水。

图2 气体分馏装置利用催化裂化装置外供热流程

(3) 装置现有的脱乙烷塔塔顶不凝气排至燃料气管网，其中70%以上组分是C3，其余的是C2，这样就造成了高附加值产品C3的浪费。改造时增加由脱乙烷塔回流罐至催化裂化装置气压机出口油气体分离罐的流程(见图3)，当脱乙烷塔塔顶需要排放不凝气时，能够实现C3的回收。

图3 改造后脱乙烷塔塔顶流程

(4) 增设原料-碳四、碳五换热器，充分回收热量，减少热水和循环水消耗。

(5) 在丙烯塔塔底增设1台丙烯塔塔釜罐，与丙烯塔塔釜并联，从而保证丙烯塔塔底液体停留时间在3 min以上，达到防止丙烯塔中间泵抽空的目的。

3 装置运行状况分析

本次Ⅱ套气体分馏装置改造和Ⅰ套催化裂化装置MIP改造同步进行，开工一次成功，运行安全平稳。

3.1 物料平衡

装置优化改造前后的处理量分别为128.17 kt/a和172.32 kt/a，见表1。

表1 装置改造前后的物料平衡数据 kt/a

3.2 产品质量

气体分馏装置产品质量主要考察C3H6和C3H8纯度优化改造后C3H6纯度为99.85%，比设计值高0.33百分点；C3H8纯度93.45%，比设计值高0.18百分点(见表2和表3)。在装置处理量大幅提高的同时，产品质量能够满足工艺要求。

表2 丙烯塔塔顶组成 w，%

表3 丙烯塔塔底组成 w，%

3.3 能 耗

装置优化改造前后的能耗见表4。由表4可知，装置改造前后的能耗分别为4 303.7 MJ/t和1 634.4 MJ/t，改造后能耗大幅降低。这其中的主要原因，一是脱丙烷塔塔底重沸器改用重油催化裂化装置顶循环油作为热源；二是优化热水流程，避免了用蒸汽加热热水带来的能耗，使装置正常生产时，彻底不使用蒸汽。

表4 装置改造前后的能耗 MJ/t

4 结 论

通过更换新技术塔盘，装置处理能力大幅提升，从128.17 kt/a提高至172.32 kt/a，并能保证产品质量合格；同时，装置综合能耗大幅降低，从4 303.7 MJ/t降至1 634.4 MJ/t，取消了气体分馏装置能级高的蒸汽热源，使炼油厂热能的梯级利用更趋合理。装置改造后，有良好的经济效益和社会效益。

[1] 曾敏刚，华贲，尹清华，等.催化裂化-气体分馏热联合装置的能量优化方案[J].石油炼制与化工，2000，31(11)：30-33

[2] 尚建龙,王婷,沈琳,等.利用夹点技术优化催化裂化装置的换热网络[J].石油炼制与化工,2015,46(7):89-94

[3] 王哲,赵权利,徐品德.MIP工艺在吉林石化1.40 Mt/a催化裂化装置的工业应用[J].石油炼制与化工,2015,46(11):30-34

OPTIMIZATION AND TRANSFORMATION OF GAS FRACTIONATION UNIT BY APPLICATION OF HIGH EFFICIENT NEW TRAYS AND NEW TECHNOLOGIES

Zhang Bing

(PetroChinaDaqingPerochemicalCompany，Daqing，Heilongjiang163711)

This paper introduces the capacity expansion and optimization of the FCC gas fractionation unit of Daqing Refinery. The new high efficient trays， downcomer and other measures are adopted in the revamping. The transformation increases the capacity from 128.17 kt/a to 172.32 kt/a， and ensure the product quality. By using the top cycle oil from FCC unit as the hot source of the de-propane tower to heat the hot water instead of 1.0 MPa steam， the comprehensive energy consumption of the unit is greatly reduced from 4 303.7 MJ/t to 1 634.4 MJ/t.

gas fractionation； FCC； capacity； energy consumption； optimization

2016-04-13； 修改稿收到日期： 2016-06-12。

张兵，工程师，从事催化裂化工艺管理工作。

张兵，E-mail：lyzb-ds@petrochina.com.cn。