烷基苯裝置脫烷烴塔效率下降原因分析及改進措施

(中國石化 金陵石化有限公司 烷基苯廠， 江蘇 南京 210046)

經驗交流

烷基苯裝置脫烷烴塔效率下降原因分析及改進措施

蔣鋒

(中國石化 金陵石化有限公司 烷基苯廠， 江蘇 南京 210046)

對烷基苯裝置脫烷烴塔分離效果的影響因素進行了分析，指出分離效果不佳的原因是由塔內件設計、分配器以及填料選型等方面存在問題所導致。采取了增加閃蒸進料器、更換三級導板窄槽式液體分布器以及更改新型填料等措施，工業應用的結果表明，塔頂烷基苯的損失小于0.5%(質量分數)且塔底粗烷基苯中不含烷烴，這兩項指標均達到預期工藝設計的目的。在烷基苯回收率得到大幅度提高的同時，整個烷基苯裝置的操作費用也有所降低。

烷基苯裝置； 脫烷烴塔； 分離精度； 故障診斷； 改進措施

金陵石化烷基苯廠烷基苯聯合裝置于1976-10全套引進美國環球油品公司(UOP)技術，由意大利歐洲技術公司承包，采用了脫氫-烷基化工藝生產烷基苯，初始設計生產能力為5萬t/a，經過2010年擴能改造，生產能力達到15萬t/a。

脫烷烴塔的作用是將未反應的烷烴與粗烷基苯分離。UOP原設計要求，脫烷烴塔的塔頂餾出物中不含烷基苯，塔底產品粗烷基苯中烷烴的質量分數不得大于0.5%。2011年，烷基苯裝置擴能改造至20萬t/a后，該塔分離效果一直不佳，塔頂烷基苯損失質量分數平均為2%，文中對此進行了討論與分析。

1 烷基苯裝置簡介[1]

1.1

工作原理

烷基苯聯合裝置由脫氫單元和烷基化單元組成，脫氫單元主要是將C10～C13直鏈烷烴脫氫后，含質量分數10%左右的脫氫油送至烷基化單元，烷基化單元采用氫氟酸-烷基化法，在催化劑氫氟酸存在的條件下，苯和C10～C13直鏈烷烯烴混合物中的烯烴進行烷基化反應，生成工業直鏈烷基苯的混合物，經過脫苯、脫烷烴、烷基苯精餾等過程，制取高質量的工業直鏈烷基苯。

氫氟酸-烷基化法工藝流程示意圖見圖1。

圖1 氟化氫-烷基化法工藝流程示圖

1.2脫烷烴塔簡介

脫烷烴塔為負壓操作，壓力在8 kPa(絕)附近，其流程示意圖見圖2。

塔頂端設置一段接觸式全凝段，內部裝填規整填料，用冷回流接觸取熱，冷凝后進入頂部集油箱，被塔頂泵抽出，第一部分作為熱回流至精餾段上方，第二部分作為塔頂出料返回至脫氫單元重復使用，第三部分進入冷卻器被冷卻后以冷回流進冷凝段循環取熱。塔底粗烷基苯送至下游分餾塔進行精制。

若該塔分離不好，頂部烷烴中烷基苯含量過高，除了產品損失外，還會使脫氫單元的脫氫催化劑結焦失活加快，影響運轉周期，同時還造成產品烷基苯質量下降。塔底的烷基苯對烷烴含量有著嚴格要求，超過0.5%(質量分數)即視為產品不合格。

圖2 脫烷烴塔流程示圖

2011-11，烷基苯裝置擴能改造時，對脫烷烴塔進行了整體更換。更換后塔分離效果不佳，塔頂中烷基苯的質量分數大約為2%，造成一定的烷基苯損失。2012-04，再次對該塔內件進行檢查整改，但分離效果未見好轉。為此，提出了在脫烷烴塔下游串聯1個附加塔(烷烴再分離塔)的解決方案。

經過此次改造后，脫烷烴塔降溫操作，保持塔頂烷烴中含少量烷基苯(小于0.5%)，塔底約含8%烷烴的粗烷基苯送至烷烴再分離塔進行再次分離。烷烴再分離塔頂帶少量烷基苯物料返回至脫烷烴塔，塔底粗烷基苯送至下游裝置繼續分離，保證了塔底物料烷烴含量不大于0.5%。

2013-10，針對脫烷烴塔分離效果不佳，增加1個烷烴再分離塔所帶來的高能耗情況，再次進行了詳細的原因分析，并提出了對應的整改措施。

2 脫烷烴塔效率下降原因分析

2.1

脫烷烴塔處理量

該塔進料組分中烷烴與烷基苯的質量分數之比接近6∶1(與設計值相符)。因此，精餾段與提餾段的氣液負荷相差很大。2011-11更換塔體時，考慮到氣相負荷相對較大、液相負荷相對較小的特性，將原精餾段、提餾段直徑均為5.2 m改成了精餾段直徑為6.4 m，提餾段直徑為5.2 m，即上大下小的塔體結構。

為了消除處理量超負荷造成分離效果不佳的影響，一方面對裝置進行了降量生產，降回至15萬t/a處理量，仍未發現有好轉跡象。另一方面聯系相關設計院，利用填料的氣液相參數對最大氣相負荷因子進行核算。核算結果表明，該塔在設計處理能力的情況下，其氣液負荷遠未達到設計的極限負荷。由此說明，該塔的設計塔徑足夠大，處理量不是造成分離不佳的因素之一。

2.2安裝質量[2]

填料塔對內件的安裝有一定要求，主要考慮塔內是否有不良液體分布、周邊噴淋點離塔壁的距離及填料堆放角度等是否滿足要求。

2012-04開塔檢查時，對分布器、再分布器、密封墊等安裝質量，分布器水平度，填料堆放角度及防壁流情況進行了整改，投運后分離效果仍無實質性改善。因此，可排除因塔內件安裝質量引起塔效下降的因素。

2.3進料分配器

該塔的進料溫度為230 ℃，為過熱進料。進料組分中烷烴含量較高，約占85%(質量分數)。經過進料控制閥減壓后，烷烴迅速絕熱汽化，體積急劇膨脹， 氣化率的理論計算值大于86%，進塔氣相流速高達600 m/s。

雖然2011-11在裝置擴能改造中將塔精餾段擴徑至6.4 m，若使用普通進料分配器及原750 mm進料管徑，則管內氣速過大，無其他分離防護措施情況下會存在霧沫夾帶、偏流及湍流等不安全狀態[3-5]，對塔的正常傳質傳熱形成不良影響，使分離效果變差。因此，進料分配器管徑太小是造成塔頂含烷基苯超標的原因之一。

2.4液體分布器

原分布器選用了槽盤式液體分布器。此分配器對大塔徑的塔水平度要求較高，且需制作精良。氣液兩相間傳質主要在填料表面流動的液膜上發生，要形成良好的液膜，填料表面必須被液體充分地濕潤，而濕潤狀況取決于液體噴淋密度以及填料表面的潤濕性能[6,7]。

低氣液負荷下的物系均勻分布問題對于不同物系、不同類型和規格的填料，噴淋點最低密度要求是不盡相同的，特別對于大塔徑時，不僅要解決均勻分布，而且還要解決填料表面潤濕問題，過低噴淋點密度極易造成液膜形成不好，基至部分區域填料表面可能出現干板現象[8]。普通液體分布器無法很好解決上述問題，氣液相無法在塔內均勻有效接觸，造成填料無法充分發揮其潛在效率。因此，選擇合適的液體分布器至關重要。

2.5傳質單元數

傳質單元數主要取決于物質體系、填料幾何特性和操作條件[9,10]。根據工藝模擬計算，該塔烷烴與烷基苯的分離并不困難，所需的傳質單元數并不多，只要能滿足設計條件，完全可以達到設計指標的要求。

原塔精餾段、提餾段設計均為兩段各4 000 mm的JKB-250Y，計算結果表明，精餾段、提餾段的水力學性能可以滿足分離要求?？稍谟嬎氵^程中發現，該塔精餾段的氣液負荷相對已經較高，在噴淋點密度已經很高的情況下，選用比表面積較高的250Y型填料，同樣易造成填料內部液膜形成不均甚至出現夾帶、返混現象，分離效果變差，這是造成分離不佳的又一原因。

綜上所述，液體分布器選型不合適是造成分離不佳的主要原因，進料氣速過大和填料選型與該物系不匹配也加劇了該塔分離效果不佳。

3 改進措施

3.1

增加閃蒸進料器

該塔進料汽化率的理論值大于86%，為了消除因烷烴迅速絕熱汽化而形成高速氣流的影響，需在塔內增加1套能使氣液相分離的進料器。

選用一種雙切向環流式閃蒸進料器，該進料器可以準確控制液體在進料區域停留時間，直至汽液兩相完全分離，起到1塊理論板的效果[11,12]。

鑒于該進料分配器要求進料氣速不能過大，因此，擴大了進料口管徑，將進料口管徑由750 mm調整為1 000 mm，管徑總截面積擴大近4倍，大幅降低了氣速，并在該區域留有一定的蒸發空間，以提高進料位置氣液分離效率，見圖3。

圖3 進料管徑及分配器示圖

3.2更換為三級導板窄槽式液體分布器[13-15]

為很好解決低氣液負荷下物流的均勻分布和表面潤濕問題，選用一個三級導板窄槽式液體分布器。該分布器為深圳誠達公司2012年專利技術產品，主要由液體預分布管、主槽、窄槽及導流管組成，在窄槽上、下部的兩側壁上分別開有兩排大小不等的溢流孔，同一垂直線上的小孔用導液管罩住，其結構見圖4。

圖4 三級導板窄槽式液體分布器

與傳統的窄槽式液體分布器相比，三級導板窄槽式液體分布器分布效率可提高10%～60%，操作彈性比可達3∶1，可在導板底緣形成非常均勻、連續性的液膜，特別對于低液量工況，還能在導板底緣形成與槽平行、均勻的液滴，液滴下降距離越長則效率提高的越大，這種結構能很好地協調、選擇槽上孔數、孔徑、孔間距的結構布置，以達到液體分布均勻及對填料表面潤濕的要求。在很低液量的情況下，三級導板上還設有按照一定規則排列的凹型坑，能消除液體在金屬表面上收縮導致的不均勻分布，從而有效地防止液體分布不均，部分消除工業安裝分布器時水平度誤差所引起的不均勻度。

3.3更換高效填料

根據該塔不同氣液負荷，在不同位置選用不同型號的填料。在全凝段，因需將氣相完全冷凝，液體噴淋點密度較大，而且還要保證一定的氣液接觸面積。因此，選取了傾角小的填料，第1冷凝段采用CDP-FX型填料，第2冷凝段則采用了CDP-FX、CDP-DX、CDP-BX型填料。

為確保分離效果，保證有足夠的傳質單元數，對精餾段采用稍大傾角而比表面積中等的CDP-HZ型規整填料進行改造，對提餾段選用一種分離效果較好、比表面積較大而阻力降很小的CDP-JY型填料進行改造。因該塔塔徑較大，為防止填料內氣液兩相分布不均，使物料在收集和再次分布過程中完成氣液兩相的橫向接觸，消除因壁流、溝流等引起的不均勻分布，消除氣液兩相中的橫向濃度差，在改造中繼續沿用了填料分段安裝方法。

改造前、改造后脫烷烴塔塔內結構件的示意圖見圖5。

圖5 改造前后脫烷烴塔塔內結構示圖

4 運行效果

脫烷烴塔改造后于2013-12-16投運，2013-12-23生產出合格的烷基苯，主要運行數據見表1。

表1 脫烷烴塔改造前后相關參數

從表1可見，①改造后裝置處理量提升，比設計值高出10 t/h。②塔頂含烷基苯量下降，小于0.1%，降低了烷基苯損失,保障了脫氫催化劑長周期運行。③塔底不含烷烴，保證了烷基苯質量合格。④塔壓有所上升，但符合設計值。⑤回流量降低約33%，極大降低了該塔能耗。⑥塔底產品合格，取消了烷烴再回收塔，降低了裝置整體能耗。

5 結語

脫烷烴塔改造運行至今，塔分離效果明顯改善，未發現頂底互帶超標現象，提高了烷基苯回收率，滿足了工藝生產需求。取消了烷烴再回收塔，每年可以節約操作費用約400萬元，經濟效益顯著。

[1] 蔣鋒．烷基苯裝置循環苯純度下降原因分析[J].精細石油化工進展，2016，17(4)：11-14.

(JIANG Feng. Analysis on the Reason of the Decrease of Circulating Benzene Purity in Production of Linear-Alkylbenzene[J].Advances in Fine Petrochemicals，2016，17(4)：11-14.)

[2] 王樹楹．現代填料塔技術指南[M]．北京：中國石化出版社，1998：191-194.

(WANG Shu-ying. The Technique Guidebook of Modern Packed Tower [M].Beijing:China Petrochemical Press Co. Ltd.，1998：191-194.)

[3] 隋秀華，黃云前，曾現偉，等．基于流體動力學的液體分布器分布孔結構對出流均勻性的分析[J].科學技術與工程，2016，24(1)：245-250.

(SUI Xiu-hua，HUANG Yun-qian，ZENG Xian-wei，et al．The Analysis of Hole Structure in Liquid Distributor on Uniformity of Out flow[J]. Science Technology and Engineering，2016，24(1)：245-250.)

[4] 王翊紅，黃維秋，王文捷，等．噴淋密度對吸收塔液體分布器分布性能的影響研究[J].科學技術與工程，2015，35(15)：218-224.

(WANG Yi-hong，HUANG Wei-qiu，WANG Wen-jie，et al．Experimental Researching of the Influence of Sprinkle Density to the Distribution Performance of the Liquid Distributor in the Absorption Liquid Tower[J].Science Technology and Engineering，2015，35(15)：218-224.)

[5] 孫磊，王兵，白冰冰，等. 液體分布器布液均勻性影響因素綜合分析[J]. 山東化工，2016，45(10)：76-78，82.

(SUN Lei，WANG Bing，BAI Bing-bing，et al. The Comprehensive Analysis of Liquid Distributor Liquid Distribution Uniformity Factors[J]. Shandong Chemical Industry，2016，45(10)：76-78，82.)

[6] 李群生.新型高效填料塔的研究及其應用[J]．維綸通訊,2006, 26(2)：33-37．

(LI Qun-sheng. Research and Application of New Type High Efficiency Packing Tower[J].Vinylon Communication，2006，26(2)：33-37．)

[7] 蘭仁水，朱慧銘，王樹楹．精餾塔塔型及塔內件選擇[J]．石油化工設計，1993，10 (1)：16-21.

(LAN Ren-shui，ZHU Hui-ming，WANG Shu-ying. Type Rectifying Tower and Tower Internals Selection[J]. Petrochemical Design，1993，10 (1)：16-21.)

[8] 李小龍．烷基苯裝置脫烷烴塔塔效降低原因分析及解決方法[J].精細石油化工進展，2004，5(6)：39-43.

(LI Xiao-long．Analysis and Resolzvent of Lower Efficiency of Paraffin Tower in LAB Plan[J].Advances in Fine Petrochemicals，2004，5(6)：39-43.)

[9] 郭強，祁貴生，劉有智，等. 不同規整填料旋轉床的傳質性能對比[J]. 化工進展，2016，35(3)：94-100.

(GUO Qiang，QI Gui-sheng，LIU You-zhi，et al. Comparative Study of Mass Transfer Performance of Different Structured Packings in Rotating Packed Bed [J]. Chemical Industry and Engineering Progress，2016，35(3)：94-100.)

[10] Mayurkumar S Gandhi，Arijit A Ganguli，Jyeshtharaj B Joshi，et al．CFD Simulation for Steam Distribution in Header and Tube Assemblies[J].Chemical Engineering Research and Design，2012，90：487-506.

[11] 李學斌，李放，陳新,等．填料塔中的液體分布器[J]．氯堿工業，2006(3)：44-45.

(LI Xue-bin，LI Fang，CHEN Xin，et a1. Liquid Distributor in the Packed Column[J]．Chlor-Alkali Industry，2006(3)：44-45.)

[12] 秦總根，涂偉萍．填料塔內液體分布器的改造與探討[J]．化學工業與工程，2003，20(6)：85-89.

(QIN Zong-gen，TU Wei-ping. Modification and Research of Liquid Distributor in the Packed Column[J]．Chemical Industry and Engineering，2003，20(6)：85-89.)

[13] 錢建兵，朱慎林.窄槽式液體分布器的設計與應用[J].石油化工設備，2004，33(1)：27-30.

(QIAN Jian-bing，ZHU Shen-lin. Design and Application of Orifice Trough Liquid Distributor[J].Petro-chemical Equipment，2004，33(1)：27-30.)

[14] 孫希瑾，陳建娟，秦嶺．大型填料塔液體分布器的設計應用[J]．石油化工設計，2002(1)：10-15．

(SUN Xi-jin，CHEN Jian-juan，QIN Ling. Design and Application of Liquid Distributor in Large-sized Packing Tower[J]．Petrchemical Design，2002(1)：10-15.)

[15] 董誼仁．填料塔液體分布器的設計[J]．化工生產與技術，1998(1)：1-10．

(DONG Yi-ren. The Design of Liquid Distribution in Packed Columns[J]．Chemical Production and Technology，1998(1)：1-10．)

(許編)

AnalysisandRectificationMeasuresofLowerEfficiencyofParaffinTowerinAlkylbenzenePlant

JIANGFeng

(LAB Plant of Jinling Petrochemical Corporation, SINOPEC, Nanjing 210046, China)

Through the analysis of various factors and affect separating of paraffin tower of alkylbenzene unit, causes existing in tower internal design, liquid distributor and packing type selection were found and corresponding improvement measures including adding flash feeder,replacing of slot liquid distributor with three-stage guide plate and new type of packing etc. were taken. Industrial application showed that expected process design indexes were achieved with a tower top loss than 0.5%(mass fraction) and no alkanes in tower bottom crude alkylbenzene. As a result, alkylbenzene recovery rate has been greatly improved as well as operation cost of the whole unit has been reduced.

alkylbenzene unit; paraffin tower; separation accuracy; trouble-shooting; improvement measures

TQ050.7； TE962

B

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.04.012

1000-7466(2017)04-0063-05①

2017-03-10

蔣 鋒(1983-)，男，寧夏中衛人，工程師，碩士，主要從事烷基化工藝技術管理工作。