乙烯初分馏塔改造简述

2007 ,173)杨宏泉等乙烯初分馏塔改造简述47{技 术乙烯初分馏塔改造简述《改造《杨宏泉孙琰中国石化集团宁波工程有限公司宁波315103摘要介绍广州乙烯扩能改造I程中初分馏塔的改造情况,并详细说明初分馏塔的工程改造方案。为现有乙烯装置初分馏塔的改造提供参考。关键词乙烯装置 初分馏塔 技术改造初分馏塔是裂解气进入分离工段的第一个.料油和重质燃料油在塔内冷凝并回收中位能量。塔,位于乙烯装置的咽喉部位,其流程和结构设塔的中下段主要用循环急冷油泠却裂解气,上段计直接影响到乙烯装置的稳定运转和能量消耗。用回流汽油进一步冷 却裂解气,使出塔裂解气的初分馏塔属于传热控制的”传热一分馏型”,而温度降至103C左右。各段分别喷入温度为且从国内外多套新建和改造装置初分馏塔运行状82C、127C、177C 的急冷油冷却裂解气,使之况的不理想的事实说明该塔的设计和改造存在相达到出口要求。裂解气中的焦粒由循环急冷油带当的技术难度。出并经过滤器除去,为了防止聚合生成高分子物在广州乙烯装置由150kt/a 扩能至210kt/a .质,还在回流汽油中加入阻聚剂。原塔工艺参数的改造中, 初分馏塔的改造是整个乙烯装置改造见表1。的关键之一。在对该塔进行详细分析、大量调研、计算和论证的基础.上,提出该塔的改造方表1 初分馏塔工艺参数案。通过精心设计和施工，该塔-次投运成功,项参数达到设计指标。操作压力塔顶(正常/最大),MP(G)0.049/0.08塔底(正常/最大)MP(G)0.062/0.081功能操作温度塔顶,;C103+3塔底;C195~215该塔的功能主要为:①冷却来自裂解炉的裂设计压力MP:( G)0.35/ -0.05解气,回收利用裂解气携带的热量,降低装置能设计温度,C340塔体材料CS耗;②分离出裂解气中的燃料油组分,得到燃料塔内径mm4800/5200油产品。塔高mm2860022块波纹( RIPPLE塔盘该塔采用双循环急冷油回路的设计,这样使原塔板类型(理论板9块)重燃料油组分在塔较低的部分得到冷凝,塔釜温度较高,并且较好地控制急冷油粘度,因此可以原初分馏的运行状况一直良好,操作参数与最大程度回收初分馏塔底的热量来生产稀释蒸设计参数基本一致,说明设计是比较合理的,流汽;中油循环回路不仅可以减少低压蒸汽用量,程简图见图1。而且可以减少汽油回流量。全塔根据功能可分为2扩能后存在问题及 分析三个操作段:下部为急冷油冷却段( 19~ 22板),中部为中油冷却段( 11~18板),上部为中国煤化工210kt/a后,初分馏汽油冷却分馏段(1~10板)MHCNMH G/h ; 操作压力为167来自裂解炉区的裂解气经油冷器冷却,与急kPa;操作温度为430C。改造后进料物流的组冷油混合物由格栅板下面进入初分馏塔,轻质燃成见表2。杨宏泉:工程师。1997 年毕业于厦门大学化工工艺专业。- 直从事石油化工设计工作。联系电话:(0574 ) 87974858。48CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2007 173)裂解气去水洗塔在进行了详细的工艺及流体力学计算后,其模拟结果见表3。-回流汽油由表3可见,该塔原波纹塔盘和气液分布器1**原塔盘号8*循环中油难以满足处理能力和分离要求，全塔压降达到23kPa,而且各段的温度将严重偏离原设计值,并发生严重的偏流和液泛。由此可见,初分馏塔处理能力明显不足,分离效果下降,无法满足改g*C-1210-中-造后正常的操作要求，因此必须对该塔进行改裂解气.造。循环急冷油<3改造方案和运行状况LE3.1改造方案图1初分馏塔操作示意图由于该塔改造前后进料工况变化较大,结合工艺和水力学模拟计算结果,原板式塔盘难以满表2改造后进料物流参 数组分含量足扩能的要求,必须进行扩径改造。国内外近期初分馏塔改造实践中填料已被广泛应用,取得了水0. 467697异丁烷5.79E- 05氢气0.082413正丁烷0.001442较好的效果,说明只要在设计中充分注意填料的-氧化碳0.000421环戊二烯0.003932结焦堵塞问题,并对应采取合理的措施,在初分甲烷0.139541异戊二烯0.001915乙炔0.002987顺-1,3-戊二烯 0.001389馏中采用填料结构是可行的。乙烯0.1578981-戊烯0.001063根据国内外的相关资料和国内乙烯装置改造乙烷0.025684异戊烷0.000481 .丙炔0.001828正戊烷0.000968情况,充分考虑初分馏塔的特点,最终决定采用丙二烯0.001164苯0.012468拆除塔内原全部波纹筛板( RIPPLE)塔盘,改丙烯0.051291甲苯0.007211为4段填料,并增加气液分布器和局部塔体改造丙烷0.001596二甲苯0.0046461,3-丁二烯0.013167顺-2-丁烯0.000798方案。改造后自上而下分别为第- -汽油冷 却分馏1-丁烯.0.0032972-甲基己烷0.002333段、第二汽油冷却分馏段、中质油取热段、急冷异丁烯0.005763NBP88 - 4000.005499油循环段。各段填料规格见表4、规整填料水力反-2-丁烯0.001053注:NBP88-400代表沸点在88-400C的物质,为复杂混学计算结果见表5和散堆填料水力学计算结果见合物。表6。表3改造后初分馏塔模拟计算结果理论板温度流量( kmol/h)热负荷(C)液相气相进料出料( M kcal/h)104.9320.6541.5L④6478.2V125.7238.96257.3137.92143.96175.61726.6P- 7.9189151.22271.06354.0163.2504.96481.11726. 6P①187.62680.46441.6中国煤化工- 6.0350191.92740.16506. I197.52776.06565.8MYHCNMHG5940. 6V2278 .8P9R207.56601.76.51472278. 8P②2111.0P③注:①循环中质油;②去裂解气急冷器急冷油;③循环急冷油;④回流汽油。2007 ,173)杨宏泉等乙烯初分馏塔改造简述49表4各段填料规格名称第一汽油冷却分馏段第二汽油冷却分馏段中质油取热段急冷油循环段TUPAC2.2Y 0.2mTUPAC2.0X 3.0m填料型号IMTP50#6.1m1.1m .垂直格栅4mTUPAC1.0X 1.0mTUPAC2.2Y 0. 2m塔内径, mm48005200填料高度, mm650015004000最大通量%124121128136全塔压降<8 kPa表5规整填料水力学计算 结果负荷kg/h)密度( kg/m3 )_粘度(cP) 表面张力xpFVliq.填料层气相液相气相_ 液相气相_ 液相_ (mN/m) (%) Pak ( m/m2h)FP说明顶1795523904891.4 748 0.01 0.4319.953.6 2.33 28.8490.094中质油TUPAC2.0X底2080294148941.5 738 0.01 0.3818.859.8 2.61 31 .0680.09取热段2080291.54 738 0.01 0.3851.8 2.57 31 .0680.091100%TUPAC1.0x底232433416856 1.66 732 0.01 0. 361855.3 2.77 31.470.085 负荷急冷油2344765971391.61 740.010.4 .851.4 2.42 37 .8430.119循环段垂直格栅底2718396220081.81 737 0.02 0.371755.8 2.64 39 .740.11315462468587.1.4 748 0.01 0.4364.32.834 .619).094TUPAC2.0x底249635 .4978731.54 738 0.01 0.38.8.871.1 3.09 37.28124963562.2 3.09 37.281120%底2789205002271.66 732 0.01 0.3666.4 3.32 37. 7640.085负荷281371716567.1.61 7430.010.461.6 2.9 45.412底3262077464101.81 737 0.02 0. 3773.17 47 .688表6散堆填料水力学计算结果填料层.负荷( kg/h)密度( kg/m3 )2粘度cP)表面张力P( mN/m)( m)第一汽油冷却50#198955 459831.57570.01290.3920.980.0105 4 .264裕度20%分馏段IMTP第二汽油冷却50#19673440162.1.331810.0136.0.44221. 140.008424.41裕度19%3.1.1第一汽油冷 却分馏段干点上升比较多。改造保留此段并且作为单独功从工艺模拟计算得知,该段填料的上端气液能区对待,这样有利于保证塔顶汽油干点合格,负荷最大,是全塔的瓶颈部位。考虑到抗堵塞和并能保证柴油有较高的质量。将来检修方便,塔顶采用新型抗堵塞、高操作弹考虑到抗堵塞和将来检修方便,该段也采用.性的槽式液体分布器，用50井矩鞍环填料50#矩鞍环填料,高度为1.1m,并在其上端和(6.1m)替换原1~8块塔盘,计算该段填料最下端分别各采用0.2mTUPAC2.2Y型规整填料。大负荷为120% ,原塔径满足扩能后要求。同时计算结果表明,在塔径4.8 m不变的情况下,能为保证气液分布均匀,在散装填料的上端和下端满足110%的负荷要求,最大负荷为119%，所分别各采用0.2mTUPAC2.2Y型规整填料。以本段也不扩径。在填料上部设置槽盘式气液分3.1.2中国煤化工再分布,同时采出柴模拟计算结果表明,原设计的第8~ 10块塔MHCNMHG盘有独到之处,对该塔的汽油和柴油质量指标具3.1.3有很重要的意义。该段位于柴油采出和中质油循计算结果表明,该段液体喷淋密度较大( 28环入塔口之间,如不设置,则汽油干点将上升;~ 31m'/m2h),当负荷为110%时，F因子为而且柴油与中质油之间没有分离段,也会使柴油3.53 Pal2 ,采用散装填料不能满足要求。规整50CHEMICAL ENGINEERING DESIGN化工设计2007 173)填料较散装填料传热和传质效率高、通量大、压为了不影响塔釜液位的稳定,其下方设能量吸收力降小,具有明显的优势。在其他乙烯装置初分器,确保气液分布均匀。另外,由于该气体分布馏塔也有应用, 实践证明使用效果很好。根据以器还具有固气分离的作用,可将裂解气夹带的大往经验,该段没有聚合物生成或生成量较小,且量焦粉捕集下来,使其直接落至塔釜而不会随气由于液体喷淋密度大,填料段不会存在干区,不相上升到填料层中造成堵塞,起到保护上层填料会发生结焦现象。另外,中质循环油中如存在小层的作用。为了减少压差和防聚合、脏物积聚,颗粒焦粉(大颗粒焦粉可在塔外循环用过滤器除填料支承和填料压圈均采用栅板式结构。去),而且TUPAC2.0X和TUPAC1.0X填料的在新增塔体.上新开物流口两个:塔顶回流口波纹峰高较大,在中质油取热段采用不会造成堵P3N,柴油采出口P10N。为了方便填料的安装塞。因此对该段采用规整填料进行改造,中质油和检修, 新开人孔4个,应调整增加部分平台。循环段上端采用槽盘式气液分布器,对液体进行改为填料塔后, 全塔重量增加不多,原塔裙收集、再分布。座、固定螺栓和基础经核算满足要求,不需加固由于该段填料的下端负荷较上端负荷大，则改造。改造后初分馏塔简图见图2。.自上而下选用TUPAC2.0X和TUPAC1.0X型高通量规整填料,高度分别为3m和1 m。计算[ 23-0能量吸收器结果表明,在塔径4.8 m不变的情况下,可保证22-0双切向环流气体分布器21-0填料支承(E)满足110%的负荷要求，最大负荷可达128% ,_20 I垂直格栅坑料 TRIL28L.19-0填料压圈口)因此该段不需扩径。18 0 I 精式液体分布器(E)]17-0急冷油分布管3.1.4急冷 油循环段16-0波体收集器本段急冷油中含焦粉较多,气液负荷较大15 TUPACI.ON18.214 TIUPAC.O054.3m(喷淋密度37~ 40 m'/m2h, F因子在110%负荷[ 13-0中质油分布管12PC2.2Y时为3. 46Pa/2 ),因此需要采用通量大、抗堵塞50#IMIP19.9的填料和液体分布器。流体力学计算结果表明10 JUPAC.2Y9-0情盘式气波分布器2该段填料采用M64X在120%负荷时可以满足负出三8-0 填料支承(一)7 TUPAC.2荷要求,而TUGRID2.0型垂直格栅填料通量较6塔节δ=16↔| 50#1VIPM64X大,而且已成功地用于天津200kt/a乙烯的油洗塔和水洗塔中,最大负荷可达136%，可3-0填料压圈(-)32-0槽式液体分布器(-) 1同时保证传热和传质要求,因此该段不扩径，上1-0回流管件号」名称数量端采用新型抗堵塞槽式液体分布器,填料采用垂直格栅填料,同时改造外部循环急冷油过滤器尽量减少随急冷油循环的焦粒。图2改造后 初分馏塔简图3.1.5 其它改造由于改为填料后,各段填料都需要新增气液3.2改造和运行状况分布器和支撑梁,塔内件比原板式塔占用高度增在初分馏塔的改造施工中, 由于改造方案和大,因此在塔顶封头处新增加一段塔径为4.8详细设计中都已经考虑改造施工的要求,所以施m,高度为4 m的塔节。同样因为上部塔体加高工比较顺利,得到了施工单位和建设单位的肯定。和内件的改动,并经实际测量壁厚核算后发现原中国煤化工年4月底一次开车成变径段塔体强度无法满足要求，所以更换变径,MHCNMHG计负荷,已平稳运行段。位于变径段之上的原集油盘利旧。至今。其中初分馏塔运行状况良好,而且通过了为了保证裂解气进入塔体后分布均匀,防止高负荷生产运行考核。从实际运行情况和参数来气体涡流和急冷油段填料发生偏流,在塔釜进气看,操作参数优于设计控制参数。全塔压降明显口高度设置双切向环流式进气初始分布器, 同时(下转第39页)2007 ,173)刘莉基于PDS系统公制库的建立与应用39(3) modifier项和pds__ sort_ .code 项在用尺寸库中的相应数据在模型文件中放置模型。于表示长度时,也应采用毫米为单位。2.4标准注释库(4)表后缀、几何标准和材料标准项,要用标准注释库包含了-系列代码列表文件。需国内的方法表示，具体内容在下面的标准注释库.要修改的代码列表如下:中定义。(1)材料代码表建立了国内的材料代码。2.1.3 管道作业规格表(2)几何标准代码表建立了国内管件的几何(1 )温度-压力界限表定义了管道材料等级标准代码,范围为28000 - 31999。的温度和压力范围。(2)公称直径表包含了全部管道材料等级的(3)表后缀代码表建立了公制库的表后缀代码,缺省值定为65 ,其它顺序向后排。合法的公称直径,采用毫米为单位。(3)分支表根据国标定义了分支类型。3应用情况(4)垫片厚度表根据公称直径和所承受的最公制库建立以后,在牡丹江10kt/a赖氨酸、大温度定义了垫片厚度,采用毫米为单位。吉化电石厂有机硅、吉林燃料乙醇有限责任公司(5)流体代码表包含了全部管道材料等级的燃料乙醇工程、吉联公司60kt/a AES装置扩产合法的流体代码。改造等50多个项目的施工图设计中得到应用,2.1.4 RDB Tables完成了以上项目的3D配管建模、提取平立面( 1 )管段中心线最短长度表定义了模型中所允图、抽取单线图和综合材料表等项工作,取得了许的管段中心线的最短长度,采用毫米为单位。良好的效果。目前，公司的施工图设计工作(2)最短管段表定义了模型中所允许的管段80%都采用该软件。最短长度,采用毫米为单位。(3)螺栓长度表是螺栓长度的圆整表,圆整4结语数值取自我国通用螺栓长度系列。通过对PDS的二次开发,实现了用PDS系.2.2物理尺寸库统进行国内项目的施工图设计工作,所生成的综定义了模型文件中所需的全部管子和管件的合材料表及单线图，设计人员再也不需进行公、物理尺寸,它是由大量数据表组成的。全部数据英制的手工转换了,而且缩短了配管设计及统计采用GB系列。在PDS中将我公司公制库的几何材料的时间,使施工图阶段的配管工作更加高效标准代码定为28000 - 31999。和准确。2.3图形产 品库参考文献(略)(收稿日期2007-03- 13)通过使用PDS所提供的Eden语言读取物理(上接第50页)低于原设计值,塔釜和各段填料的温度、抽出中阻力低等优点;只要解决好气液分布问题,使塔油和柴油温度、急冷油粘度和循环量都在正常范中气液相分布均匀,并且针对各部分不同情况,围内,而且控制反应较灵敏,全系统运行状况良采置T同竹杭田污物聚集的高效率填料,中国煤化工好,表明初分馏塔已经达到设计指标。YHCNMHG]分馏塔由板式塔改为填+哈定叫的，儿只胆口于装置扩能技术改造可大幅度提高生产能力,而且综合效益十分显著。由于填料塔具有生产能力大、分离效率高、(收稿日期2007-03 - 26)