摘要：介绍了某公司树脂项目C9加氢装置处理C9原料脱重塔的设计情况。设计中并没有采用国内类似装置常规设计的减压精馏塔，而是将炼油项目中常减压装置减压塔设计型式移植到本项目中，拓展了思路。设计投产一次成功，减压塔釜温度明显降低，物料结焦情况有较大缓解，对类似装置设计具有参考借鉴意义。
关键词：C9分离 减压塔 结焦 全塔压降
1．概述
炼油中常减压装置的减压塔为保证高真空，一般设计为若干段规整填料，常规设计为顶部为顶循段，以下分别设一中、二中等循环段，燃料型减压塔侧线产品一般不单独设填料段，只随顶循及中段一并抽出，润滑油型减压塔为保证分离精度，在中段循环下还另设有填料，减压塔顶一般不设产品抽出，无塔顶回流，塔顶气相流量因而较小，因此塔顶残压可以维持在较低的压力，相应的减压塔蒸发段压力亦可降至很低。
化工行业的树脂合成项目，在树脂原料预处理单元一般也设有减压塔，其减压塔的设计都是按常规减压塔的结构型式进行：塔顶设有顶部冷回流，树脂原料自塔顶冷回流抽出，塔体内设有若干填料段及部分塔板。由于树脂原料一般含有大量胶质、烯烃，其易聚合的特性要求其塔釜温度尽量低，减轻聚合的趋势，而常规减压塔的设计由于塔顶气相冷凝器压降较大，除非进一步提高真空泵入口真空度，否则减压塔蒸发段真空度的水平无法做到很高。
出现上述这种情况主要由于国内设计行业一般分工较细，炼油与化工专业基本为两条线。分工明确有益于专业做精做细，但也造成两者间交流较少，彼此一些可以借鉴的设计方法无法移植。在本次树脂项目设计中采用了炼油中减压塔的设计理念，装置开车一次成功，全塔压降降为40mmHg（含塔顶气相系统压降），塔釜温度控制在158℃，同时有效的缓解了塔底结焦的发生。
2．设计思路
2.1减压系统设置思路
减压塔内件设置因受介质特性所限，因树脂原料含有大量胶质及烯烃类介质，其在高温下易聚合，因此减压塔内件采用全规整填料其易堵的特性难以解决，本设计减压塔内件考虑采用复合型内件，精馏段采用规整填料，提馏段采用塔板型式，其全塔压降约能控制在40mmHg（5.2KPa）左右，继续降低全塔压降对内件要求很高，因此通过降低减压塔顶残压来降低减压塔蒸发段残压是一种更为可行的手段。
本次设计思路即在如何降低塔顶残压来展开，真空泵采用一级抽真空，塔顶缓冲罐残压真空泵入口按55mmHg（7.2KPa）考虑。
由于塔顶树脂油为主要产品，其占了原料的70%以上，这就造成了如果采用常规减压塔流程设置，这部分产品以及回流均需自塔顶气相采出，经塔顶冷却器冷却冷凝后一部分返回减压塔作为回流，一部分作为产品采出，其中塔顶冷却器负荷约为2.7MW，该流程减顶气相压降主要为塔顶冷却器压降，按常规换热器选型其气相侧压降为6KPa（45mmHg）左右，此时塔顶残压为115mmHg（15KPa）左右。
而改用减顶循采出流程，真空仍由塔顶缓冲罐气相抽出，而树脂油产品自减压塔最上段填料下方集油箱采出，经侧线减顶循冷却器冷却后一部分返回塔顶作为减顶循回流，一部分则作为树脂油产品采出。此流程优势在于塔顶气相主要为不凝气及少量夹带油气，因此塔顶气相管径可设置较小，同时冷却器气相负荷较小，仅为12KW左右，塔顶冷却器按常规选型其气相侧压降仅为0.1KPa（1mmHg）不到。在塔顶缓冲罐真空泵入口仍为55mmHg（7.2KPa）时，塔顶残压仅为65mmHg（8.5KPa）左右。
2.2根据树脂装置要求两种减压塔系统设计流程示意见下图：
本减压系统中，减压塔最上段填料为换热段，该段填料目的主要为了取热，分离效率相对会低些，为保证分离效果，在设计中将精馏段另外两段填料高度适当加高，可保证与原减压系统达到同等分离效果。
2.3两种减压塔系统设置数据对比。
我们利用ASPEN-PLUS流程模拟软件对两种减压塔模型分别进行了模拟，相关参数见下表：
常规减压塔操作数据与本减压塔操作数据对比：
3.本装置采用该减压塔型式后操作工况以及类似装置采用常规减压塔操作情况。
国内类似装置一般塔釜操作温度在172℃左右，控制较好的约168℃，塔顶真空泵入口残压与本装置相差不大，均为7KPa左右，而本装置投产后，其塔釜温度基本能稳定在158℃上下，塔釜再沸器停工清焦周期大幅延长，对装置长周期运行提供了硬件保障。
4.结论
本减压系统适合对真空度要求较高、需控制塔釜温度，塔釜介质为热敏性介质的减压塔设计，特别对塔顶产品负荷较大时尤为适用。
采用本减压系统时，由于塔顶循部分填料主要作用为换热，因此在原有塔板需适当增加1~2块理论板，以满足分离精度要求。相较常规减压塔，本减压塔需增加一套顶循系统，但塔底再沸器及塔顶冷凝器面积均可大幅减小，同时由于塔顶气相流量较小，气相管径也可大幅缩小，故此两种减压系统投资上是差不多的。
本项目采用新减压系统后，塔釜残压可降低8~10KPa左右，减压塔蒸发段及塔釜温度至少可降低10℃，有效的缓解了C9物料结焦现象。同时也可降低塔釜再沸器的换热面积。
工程设计不同于研究部门，其主要任务是将成熟的技术工程化，如能将不同领域的成熟优点工艺相互移植，既可提高装置的竞争力，相对风险亦可控，值得设计人员借鉴。
参考资料
1．张德义．《常减压蒸馏技术问答》，中国石油化工总公司常减压科技情报站，1991.6
2．炼油装置工艺设计参考资料，石油工业部第二炼油设计研究院。
论文作者:罗家勇,周兵
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/13
标签：塔顶论文; 装置论文; 填料论文; 气相论文; 树脂论文; 常规论文; 冷却器论文; 《基层建设》2018年第36期论文;