CTST立体传质塔板在分子筛脱蜡装置上的应用

崔宝静　王勇　贾宝军　刘春辉　张锐

摘      要：中国石油抚顺石化公司石油三厂分子筛脱蜡装置是生产液蜡的二次加工装置，该装置的V-403塔主要作用是分离C₁₃和C₁₄，在运行期间，V-403塔底C₁₄组分中含有大量的C₁₃，无法对目标产品进行有效分离，至高效产品C₁₃组分流失。装置负荷越大，分离效果越差，装置负荷无法提高。该塔采用CTST立体传质塔板后，分离效果大幅提高，达到预期效果。

关  键  词：分离;CTST;塔;目标产品

中图分类号：TQ 053.5       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）07-1492-05

Application of CTST in Molecular Sieve Dewaxing Unit

CUI Bao-jing1， WANG Yong1， JIA Bao-jun1， LIU Chun-hui1， ZHANG Rui2

（1. PetroChina Fushun Petrochemical Company， Fushun Liaoning 113001， China;

2. Shengli Oilfield Shenxing Group Limited Corporation， Dongying Shandong 257000， China）

Abstract： The molecular sieve dewaxing unit in No.3 Refinery of Fushun Petrochemical Company of PetroChina is a secondary processing unit for production of liquid wax， the main function of the V-403 tower is to separate C13 and C14. During previous operation，C14 component in the bottom of the V-403 tower contained a lot of C13， so the V-403 tower was unable to effectively separate the target products， resulting in the loss of component C13 as efficient product. The larger the load was， the worse the separation effect was， and the device load could not be increased. After using CTST in the tower， the separation effect has been greatly improved，and the expected effect has been achieved.

Key words： Separation; CTST; Tower; Target product

1      概述

1.1  裝置简介

抚顺石化公司石油三厂分子筛一套脱蜡装置是以煤油馏分为原料，生产液体石蜡产品的石油二次加工装置。该装置于1995年投产，年产液蜡

15万t。主要产品有轻蜡Ⅰ（nC₁₀～nC₁₃）和轻蜡Ⅱ（nC₁₁～nC₁₄）两种规格，也可以生产富含nC₁₅重蜡，供有关工厂作为化工原料。

分子筛装置后分馏单元的V-403塔为脱C₁₃塔，它的主要任务是将进料中的C₁₁～C₁₃组分从塔顶分离出来，作为轻蜡的主要调和组分，而塔底C₁₄及以上组分作为重蜡进行销售。轻蜡是公司主要互供原料之一，作为下游烷基苯产业链的基本原料，在产量和质量上都有很高的要求。在实际生产中的理想组分是，V-403塔顶C₁₁～C₁₃中C₁₄体积分数<0.5 %，塔底C₁₄及以上组分中C₁₃体积分数<5%。

C₁₁～C₁₃组分是蜡Ⅰ主要组分，即目标产品，而C₁₄组分为副产品。未改造前，原V-403塔底C₁₄组分中含有大量的C₁₃，造成高效产品C₁₃组分流失。装置负荷越大，分离效果越差，装置负荷无法提高。

1.2  工艺流程

从上游装置来的≥C₁₁组分至V-403塔进料，V-403塔顶分离出C₁₁-C₁₃组分，塔底产品为≥C₁₄组分的正构烷烃。塔顶压力控制为分程控制，塔底为再沸器加热，其工艺流程图见图1。

V-403塔顶C₁₁～C₁₃是本装置下游生产装置——烷基苯装置的主要原料，如果V-403塔分离精度不高，C₁₃组分落入塔底随≥C₁₄组分外送，将会造成较大的效益流失。

2  装置运行主要问题

分子筛脱蜡一套装置V-403塔的塔板是NS复合倾斜长条塔板。在使用过程中发现，V-403塔底C₁₄组分中含有大量C₁₃，其体积分数达到30%以上。

在V-403塔进料量为12 t·h^-1，回流比为1.0的条件下，其塔顶、塔底物料组成详见表1、表2。

从表1数据分析，在回流比为1.0的条件下，进料量为12 t·h^-1的条件下，塔顶组分中C₁₄体积分数均值为0.48%，含量较高，且存在出现>0.5%的不合格产品，有雾沫夹带现象存在，需要降低塔底热量，减小气相负荷，增加回流量。

从表2的数据分析，塔底组分中C₁₃体积分数均值在26.13%，含量较高。而且C₁₁、C₁₂组分同时存在，有漏液现象存在，需要提高塔底热量，增加气相负荷，降低回流量。

表1和表2为同一时间V-403塔顶底的分析数据，单独分析其中之一得出的结论截然相反。综合表1和表2数据，说明在该塔内雾沫夹带现象与漏液的现象同時存在，塔内气液相分布十分不均。

在V-403塔进料 12.7 t·h^-1，回流比1.1的条件下，其塔顶物料组成详见表3，塔底物料组成详见表4。

表3和表4为同一时间的分析数据，在回流比为1.1，进料量为12.7 t·h^-1的条件下，塔顶组分中C₁₄体积分数均值在0.63%，含量增加，所有产品均大于0.5%，为不合格产品，已表明塔内雾沫夹带现象加剧。塔底组分中C₁₃体积分数均值在28.74%，含量增加，而且C₁₁、C₁₂组分含量也上升，表明塔内漏液的现象加剧。雾沫夹带现象与漏液现象的同时加剧，说明增加气液相负荷，加剧了这种不充分分离现象。

在V-403塔进料 13.3 t·h^-1，回流比1.0的条件下，其塔顶物料组成详见表5，塔底物料组成详见表6。表5和表6为同一时间的分析数据，在回流比为1.0，进料量为13.3 t·h^-1的条件下，塔顶组分中C₁₄含量均值在0.47%，有不合格品，存在雾沫夹带现象。塔底组分中C₁₃体积分数均值在39.68%，含量明显增加，而且C₁₁、C₁₂组分含量也上升，表明塔内漏液现象明显加剧。

综合以上数据，V-403塔无论加工负荷大小，还是气液相负荷大小，塔内都存在雾沫夹带现象和漏液现象，说明塔盘上气液相接触较差，气液相分布十分不均。在进料量不大于12 t·h^-1，回流比不大于1.0的条件下，雾沫夹带和漏液现象程度较低，损失较小。无论进料量还是回流比在此基础上的增加，都会对产品质量和经济效益产生不利影响，该塔的分离效果严重制约装置的运行负荷。为解决以上问题，需要使用通量大、分离效率高的精馏塔。

3  CTST塔板

对于精馏塔，处理量与塔径有关，分离精度与塔高有关。处理量的增加，塔径也会相应地增加（或同样塔径下塔板的开孔率适当增大）。V-403塔如果要通过加大塔径，来满足装置处理量增加的要求，需要将V-403塔更换为更大塔径的塔，设备总体的投资以及现场施工费用较高，施工周期较长。如果利用现有的塔体，而只更换V-403塔里面的塔内件，来满足提高处理量的要求，则是一个既省钱又省时的改造方案。

V-403塔塔径为DN1600，该塔为浮阀板式塔，原有65层塔板，板间距600 mm。由于CTST立体传质塔板允许的过孔气速较浮阀大很多，雾沫夹带少，需要的板间距比浮阀小很多。通过对V-403塔的工艺模拟计算，确认V-403塔改造方案为保持原有塔体不变，只更换塔内的内件，将原有的塔板更换为95层立体传质塔板。

3.1  CTST塔板结构

CTST立体传质塔板为独特的立体空间结构，其核心部件为梯形喷射罩，是气液相接触、传质传热的元件^[1]，其结构如图2所示。

该塔板的上部为分离板，它的作用是提供气液接触空间，使气液两相能够得到有效的分离，从而减少雾沫夹带。塔板侧面为带筛孔的喷射板，两端端面为梯形结构。在喷射板和塔板间有一定的缝隙，是液体进入的通道，在喷射罩下方的塔板上为矩形开孔^[2]。

3.2  CTST塔板传质机理

气体自塔板上的开孔进入喷射罩中，由于缩流，在板孔附近形成低压区;液体受罩体内外压差和板面液面高度的作用，从罩底缝隙进入罩内;在罩内气体拉膜提升液体，在提升过程中液体被气体破碎成为液滴，液滴和气体共同上升，在上升过程中碰撞到分离板并折返，液滴和气体从喷射板上的筛孔向斜上方喷出，在喷射罩之间，喷射出的液滴和气体相互碰撞，喷出喷射罩后，液滴回落到板面，向下一层塔板流动，气体则绕过分离板，向上一层塔板流动。

3.3  CTST塔板优势

3.3.1  空间利用率大

在CTST立体传质塔板上，传质区域发生在塔板至喷射罩顶的立体空间内，而传统的板式塔，其传质区域为板面上的液层，与传统的板式塔相比，CTST立体传质塔板大大提高了空间利用率。

3.3.2  气相通过能力大

由于分离板的存在，使喷射出的气体和液滴能够有效分离，减小的雾沫夹带，提高了塔的操作上限，增加了气相通过能力。

3.3.3  液相负荷大

由于塔板上液层为清液，几乎不含有气泡，进入降液管里的液体，也几乎不含有气泡，降液管中液体通过能力大，使CTST塔板液相负荷增大。

3.3.4  塔板压降低

在CTST塔板的传质过程中，液体是以液滴形式存在的，为分散相，气体为连续相。与传统的板式塔相比，由于气体不需要穿透液层，其压降可大幅降低。

此外，由于该塔板开孔大，气液喷射速率高，不易堵塞。其独特的传质机理，还使其具有消泡性能。

4  改造效果

将原有塔板更换为CTST立体传质塔板后，对V-403塔的分离效果进行了标定，其标定条件见表7。标定时，V-403塔进料量为13.8 t·h^-1，进料量符合设计要求（设计负荷12～15 t·h^-1），在回流比为1.0条件下，其塔顶、塔底物料组成详见表8、表9。

由表7可见，主要标定条件与原设计值基本相当，塔顶温度232 ℃（设计值为235 ℃），塔顶压力38 kPa（设计值为33 kPa），塔底溫度288 ℃（设计值为284 ℃），即该塔在更换CTST立体传质塔板后，未改变主要操作条件。

表8和表9为同一时间的分析数据，改造后的塔顶组分中，C₁₄体积分数均值在0.16%，不再含有不合格品;塔底组分中，C₁₃含量大幅降低，其体积分数在2%以下，且不再含有C₁₁、C₁₂组分，高效组分损失大幅减少，达到了预期效果（塔顶组分中C₁₄体积分数≯0.5%，塔底组分中C₁₃体积分数≯5%）。

为寻找该塔最佳回流比操作条件，保持其余操作条件不变的情况下，仅调整回流比，在回流比增加到1.2条件下，其塔顶、塔底物料组成详见表10、表11。

表10和表11为同一时间的分析数据，改造后在回流比为1.2的条件下，塔顶组分中C₁₄体积分数均值为0.14%，塔顶组分合格;塔底组分中C₁₃体积分数均值在4.69%，含量有所增加，且出现了C₁₃体积分数为5.09%的临界值。

保持其余操作条件不变，回流比减少到0.8条件下，其塔顶、塔底物料组成详见表12、表13。

表12和表13为同一时间的分析数据，改造后在回流比为0.8的条件下， 塔底组分中C₁₃体积分数均值在0.24%，其含量有所降低，高效组分损失减少;塔顶组分中C₁₄体积分数均值为0.46%，其含量有所增加，且出现了C₁₄体积分数为0.61%的不合格品。

综合以上数据，回流比在0.8～1.2范围内，能够满足该塔的分离要求。在未改变塔的主要操作条件情况下，保持原有塔体不变，仅通过更换塔板及相关内构件，可以使塔的分离效果大幅提高。

5  应用前景展望

目前，CTST立体传质塔板已在常减压装置的初馏塔、常压塔^[3]，催化裂化装置的吸收塔、稳定塔，干气脱硫塔，胺溶剂再生塔，污水汽提塔，PTA装置尾气常压吸收塔^[4]等炼油化工装置中成功应用。应用结果表明，CTST立体传质塔板具有板效率高、处理能力大、抑制溶液发泡等优点。企业在应用过程中，由于可以不改变原塔外壳，甚至不改变降液管、支撑圈、支撑梁等塔内支撑件^[5]，其改造工期短，现场施工费用低，为各企业在扩能改造过程中提供了优良选择。

塔板是板式塔的核心设备，其性能的好坏直接影响塔的处理量、分离效率及能耗，进一步影响到全装置的产能、产品质量、能耗及生产成本。CTST立体传质塔板采用独特的立体结构，是一种高效空间利用率的塔设备，其发展前景良好。

6  结 论

分子筛脱蜡装置脱C₁₃塔，在保持原有塔体不变只更换塔内件的情况下，用CTST立体传质塔板替换原有塔板。更换后，塔底组分中C₁₃体积分数由39%降低至3%，有效减少了有效组分的流失，可满足C₁₃和C₁₄的有效分离。而且由于解决了制约装置操作负荷的瓶颈问题，可提高装置的负荷，使装置可以满负荷生产，装置在高负荷下，确保了有效组分不流失，企业效益实现了最大化。

参考文献：

[1] 刘文军.浅析CTST塔盘在变脱硫塔改造的应用[J].气体净化，2006，6（3）：16.

[2] 李春利，马晓冬.大通量高效传质技术——立体传质塔板CTST的研究进展[J].河北工业大学学报，2013，42（1）：19-28.

[3] 张文林，吕建华，李柏春，等.立体传质塔板在常压蒸馏装置扩改造中的应用[J].天然气化工，2005，30（6）：30-34.

[4]  於扣红，吕建华. 立体传质塔板在PTA尾气常压吸收塔的应用[J].聚酯工业，2012，25（4）：8-10.

[5] 吕建华，刘继东，张文林，等.立体传质塔板CTST技术及其在炼油装置中的应用[J].化工进展，2006，25（z 2）：13-16.

收稿日期： 2020-03-20

作者简介： 崔宝静（1989-），女，辽宁省抚顺人，工程师，2013年毕业于大连理工大学化学工程与工艺（化学工艺）专业，研究方向：炼油技术。E-mail：cuibj-sysc@petrochina.com.cn。