12 塔板在焦化分馏塔中的应用

1BJ塔板在焦化分馏塔中的应用中国石化工程建设公司易建彬摘要：文中介绍了焦化分馏塔的主要的特殊工艺要求，即要求所采用的塔盘具有抗焦粉和结盐沉积能力、好的操作弹性。结合介绍BJ浮阀的结构特点阐述了BJ浮阀抗焦粉和结盐沉积的机理。概括性的介绍了BJ塔板在焦化分馏塔中的工业应用情况和令人满意的效果。关键词：焦化结焦塔板应用1前言焦化分馏塔是延迟焦化装置中的关键设备之一，选择性能优良的、并得到优化设计的塔内件，对保证装置的长周期运转、保证产品质量和装置生产能力十分重要。焦化分馏塔下部塔段结焦和上部塔段结盐是焦化分馏塔不可避免的问题。焦粉沉积和结盐将影响塔盘的分离效率和装置的处理能力，严重的结焦和结盐使得装置不得不停工检修，严重地制约了焦化分馏塔长周期运行。因此，近年来随着焦化装置的大量建设，都在致力于解决焦化分馏塔中的焦粉沉积和结盐问题，以保证装置的长周期运行。中国石化工程建设公司在焦化分馏塔设计中积累了丰富的经验，在焦化装置的设计中推荐采用本公司开发的BJ塔盘。BJ塔板在焦化装置特别是焦化分馏塔中的应用证实了BJ塔板的优异性能和优势。BJ塔板在抗焦粉聚结、操作弹性、分离效果等方面与其它浮阀相比具有明显优势。本文立足于介绍焦化分馏塔的主要的特殊工艺要求，即要求所采用的塔盘具有抗焦粉和结盐沉积能力、好的操作弹性。BJ塔盘能够很好的满足上述要求。本文在介绍BJ浮阀的结构特点基础上阐述了BJ浮阀抗焦粉和结盐沉积的机理。多套装置的工业应用效果令人满意。2焦化分馏塔的特殊工艺要求焦化分馏塔有自身的工艺要求，只有充分认识到了所针对的工艺过程的特2点，才可能有优化的塔内件设计，为焦化装置的长周期稳定运行夯实基础。焦化分馏塔的主要特殊工艺要求概括如下：抗焦粉夹带和焦粉沉积能力焦粉夹带和焦粉沉积是焦化分馏塔设计中力求解决的难题，特别是分馏塔的下部塔段。严重的焦粉夹带会影响到焦化装置的开工周期。因严重的焦粉沉积，装置不得不停工检修，清除塔板上的结焦。因此，要求所选择的塔板具有强的抗焦粉沉积能力。抗塔板结盐能力由于渣油中金属含量较高，焦化分馏塔塔板上结盐是普遍现象，结盐严重的塔板严重影响塔板的传热和传质。检查采用F1浮阀塔板的焦化分馏塔上部塔段，发现结盐严重，部分浮阀被盐结死。因此，要求所选择的塔板具有强的抗结盐沉积能力。操作弹性要好焦化分馏塔对操作弹性有较高要求，不仅是分离效率的需要，更是可操作性的需要。这是因为装置的生产能力的变化、原料性质的变化、产品方案的变化（如根据市场需要多出柴油等），操作条件的变化（如循环比的变化）等都导致塔内负荷的变化很大，这就要求塔板对操作弹性提出了较高的要求。好的操作弹性可以保证低负荷时塔的可操作性,在高负荷时雾沫夹带少,也就避免了过量的焦粉夹带。3BJ塔板的结构特点BJ塔板技术的核心就是所用的鼓泡元件为BJ浮阀，如图1所示。BJ浮阀从外形上看是一种条形浮阀和舌形浮阀的结合体。气体可从阀体的三个方向通过，不仅提高了气体的通过能力，而且因阀腿上所开设的导向孔朝向与塔板上液流方向一致，因而其对液体的流动可以起到很好的导向作用。BJ浮阀除具有普通条形浮阀所具有的特征外，还具有以下结构特点：图1BJ浮阀示意图3在BJ浮阀的阀腿上开有导向孔，导向孔的开口方向与塔板上的液流方向一致从导向孔中通过的气体对液相流动起到有效的导流作用，而且这种作用是以最佳位置实现的，并且不会因操作负荷的变化而改变。这种对液体流动的导向作用，有利于消除至少是在很大程度上减弱塔板上的液面梯度。消除塔板上的液体滞止区，提高液相流动的均匀性；液相流动的均匀必然导致气相的流动均匀。由此，可以减小局部漏液（特别是塔板入口区域），气相流动的均匀将同样地减小塔板之间的雾沫夹带，提高生产能力。低漏液和低雾沫夹带是塔板传质效率高的必要保证。BJ浮阀的前阀腿所开设的导向孔，不但起到对液流的导向作用，而且由于对塔板表面的吹气，增强对液体的搅动，防止固体沉积，对减少塔板焦粉沉积和结盐沉积十分有利。气相能够从三个方向通过，因而BJ具有更大的气相通过能力。在导向孔的上端保留有侧条，其与阀两侧的侧条按相同方式弯折其可避免因导向孔的开设而导致的漏液增加不利因素，保证了操作下限。同时从导向孔通过的气体与液体接触的方式与从阀体两侧通过的气体与液体的接触方式是一致的，这就保证了传质效率不受影响。前后阀腿设计为不对称的结构通过不对称的结构设计，修正了因开设导向孔而导致的阀体前后的重量差异，使得阀体前后的重量平衡。加之阀体尺寸与阀孔尺寸的良好配合，实现了浮阀力和力矩的平衡，从而保证了阀体能够平稳的升降。4解决焦粉和结盐沉积的机理逐层减小夹带并避免在塔板上聚集是解决焦化分馏塔下部塔段结焦和上部塔段结盐问题的关键。BJ塔板操作弹性大，可用操作弹性可达45~150%，对焦化装置进料原料性质、操作条件的变化等具有很好的适应性，雾沫夹带小，可实现逐层减少焦粉夹带的目的。BJ塔板所采用的BJ浮阀是条形浮阀和舌形浮阀的结合体，BJ浮阀的前阀腿4所开设的导向孔，其开孔的下缘与塔板面平齐（图2所示），因此不但起到对液流的导向作用，而且由于对塔板表面的吹气，增强对液体的搅动，防止固体沉积，可以避免焦粉在塔板上的沉积，可将塔板上的固体颗粒送入降液管中，并逐层带至塔底。图3为普通条型浮阀气体流动示意图，图4为BJ浮阀气体流动示意图，BJ浮阀塔盘的流动避免了返混，促进液体往降液管方向流动，其必将把不断减少的固体颗粒往塔底输送。图2导向孔与塔板配合示意图图3普通条型浮阀气体流动图4BJ浮阀气体流动蜡油抽出以下与换热板以上塔段液体负荷低，BJ塔板对低液相负荷的适应能力强（1），采用BJ塔盘可避免“干板”现象的发生，因而可避免结焦。BJ塔板具有逐层减小焦粉夹带（雾沫夹带）和避免固体沉积、并逐层往下输送固体颗粒的能力，因此BJ塔板可有效的解决焦化分馏塔的焦粉沉积（结焦）和盐沉积（结盐）问题。工业应用的成功经验充分证实了BJ塔板的优良抗焦粉夹带、抗焦粉和结盐沉积能力的设计机理。5工业应用效果BJ塔盘已成功地应用于武汉、荆门、高桥、齐鲁、济南、天津、锦西、克5拉玛依等石化公司的大型焦化装置分馏塔、吸收稳定系统塔系和干气脱硫及溶剂再生塔系。运行一年以上的装置有8套，在建项目有4套，还有几套装置正在设计之中。BJ塔盘的工业应用情况概括性介绍如下。5．1抗焦粉和结盐沉积（2）武汉石化公司延迟焦化装置由40万吨/年处理能力改造为100万吨/年处理能力，全塔共27层塔板，蜡油下回流以下为3层固舌塔板，4~13层更新为BJ塔板（蜡油-柴油段），14层以上（柴油-汽油段）为利旧的F1型塔板。该塔于2002年11月投用并运行良好。操作表明，最大处理能力可达110万吨/年。该装置于2004年随全厂大检修而停工。我们对该塔进行了查看和拍照，发现（1）因厂方在该塔底油出口处放置了鼠笼式焦粉隔离设施，塔底已积满了焦粉，说明焦化分馏塔进料中焦粉的夹带是不可避免的；（2）BJ浮阀塔段与固舌塔板塔段都非常洁净，无焦粉和重油残留，完全没有了改造工程进行前的严重结焦和重油残留现象；（3）而在最上部的F1型浮阀塔段有明显的固体积聚物，这些固体物质为结盐而非焦粉；（4）F1型浮阀有脱落，而BJ浮阀无脱落。该塔的操作说明：（1）BJ浮阀塔板和固舌塔板具有良好的抗固体物聚集能力，而F1型浮阀塔板的抗固体物沉积能力则较差；（2）在BJ塔板以上已无焦粉；（3）证实了BJ塔板处理焦化分馏塔焦粉夹带问题的理论，即避免沉积、逐层减小夹带（往上），并逐层带至塔底。5．2分离效果高桥石化分公司新建设的140万吨/年延迟焦化装置的焦化分馏塔除最下部换热塔板外均为BJ塔板，于2002年9月一次开车成功并运行良好。开工后厂方组织了装置标定，焦化分馏塔的分馏效果达到了国内较高水平，如蜡油350℃馏出量小于5%，证实了BJ塔板良好的分离效率。并根据标定结果，对该塔的操作进行了核算，结果与设计吻合。5．3长周期运行2002年7月，天津石化公司对焦化装置进行扩能改造，采用BJ塔盘更换了分馏塔下部12层塔板，装置渣油处理能力提高了20%。根据厂方的反映：蜡油的残炭指标明显降低，由0.6~0.7%降到0.1%；蜡油中的柴油含量下降。该装置操作平稳，自2002年改造后连续运行了3年。2005年7月装置停工检修，对分6馏塔塔板上的焦粉聚结情况进行了检查，结果发现只有最靠近塔底的几层BJ塔盘上部分区域有少量聚结的焦粉——其厚度相当于1~2张纸的厚度，且为脆性，容易清扫。除该装置操作平稳的原因外，我们认为也与BJ塔盘所具有的强的抗固体物沉积能力密切相关。5．4操作弹性荆门石化公司焦化装置，在开工时由于辐射进料泵的原因，开工负荷只有设计负荷的~35%，但仍然抽出了合格的汽柴油产品，这充分证实了BJ塔板的下限操作弹性。同样的，其下限操作弹性在锦西石化分公司100万吨/年焦化装置改造为150万吨/年处理能力后的开工中也得到了证实。5．5大型化克拉玛依石化分公司150万吨/年延迟焦化装置为国内最大的原油焦化装置，其分馏塔塔径为5400mm，为目前国内最大直径的分馏塔。其内件全部为316材质。因材质高、塔径大，这就对结构设计的合理性提出了更高的要求。中国石化工程建设公司在大直径塔结构设计方面工程经验，保证了结构设计的可靠性。6小结（1）BJ浮阀是条形浮阀和舌形浮阀的结合体，具有更大的气体通过能力和对液相流动的导流作用。导向孔对塔板表面的吹气，增强对液体的搅动，可有效防止固体沉积。（2）BJ塔板抗固体颗粒物沉积能力强，应用于焦化分馏塔可解决焦化分馏塔中存在的焦粉沉积和聚集问题。BJ塔板有很好的操作弹性，雾沫夹带量小，因而焦粉夹带将逐层减小；更重要是BJ塔板能够抗击所夹带的焦粉的沉积，并通过BJ塔板对液体流动的促进作用而将其送入降液管，最终被带至塔底。（3）工业应用表明，采用BJ塔盘优化设计焦化分馏塔是装置长周期运行的必要保证。参考文献（1）易建彬，炼油设计，2002；32（12）：8（2）焦军等，石油炼制与化工，2004；35（9）：67