催化柴油帶水形成分析及對策

1、ARGG裝置柴油帶水形成分析及對策巴陵石化公司 陳旺關(guān)鍵詞：ARGG 柴油帶水 餾出終端水汽分壓關(guān)鍵詞：ARGG 柴油帶水 餾出終端水汽分壓冷回流摘要：本文詳細論述了 ARGG 柴油帶水形成的現(xiàn)象、原因。并推導(dǎo)出水汽分壓、最小冷 回流計算公式，提出了控制一定的冷回流即可解決分餾塔析水的辦法。一、前言從 1998 年 6 月份 ARGG 裝置投產(chǎn)試運后，裝置經(jīng)歷了多種生產(chǎn)方案及加工 不同原油的變化。ARGG裝置主分餾塔的操作也經(jīng)歷了各種變化，遇到了許多有 礙生產(chǎn)的問題。其中柴油帶水便是其中一個較大的問題。其危害主要表現(xiàn)在以下 幾個方面：一是封油帶水的問題。由于熱油泵采用柴油做封油，但封油罐未設(shè)脫

2、水包， 必須人工脫水。帶水時工作量就很大，而且脫水若不及時，可能造成封油帶水， 使熱油泵抽空，給生產(chǎn)帶來極大的隱患。二是水在塔板上形成液層，增加了塔板的壓降。 三是影響分析結(jié)果。柴油帶水后，對恩氏蒸餾結(jié)果影響很大。使分析數(shù)據(jù)與 實際情況有較大偏差。這對質(zhì)量控制帶來了很大的難度。四是對柴油的計量產(chǎn)生重大影響。在與外單位進行計量時有矛盾發(fā)生。 五是水可能使柴油乳化，產(chǎn)品質(zhì)量直接受到影響。不難看出，柴油帶水所帶來的弊端是明顯的，解決柴油帶水的問題也成為一 個必須解決的問題。二、柴油帶水形成分析 1、柴油帶水時的現(xiàn)象（1）、柴油帶水時，封油罐存水多。2）、分析室能明顯反應(yīng)水的存在。3）、從分餾塔的操作

3、上來看，操作參數(shù)亦有明顯的變化，變化情況見表1表1帶水與不帶水塔內(nèi)參數(shù)變化情況對比項目帶水下數(shù)據(jù)不帶水數(shù)據(jù)TI1219D140 C129 CTI1228140 C129118C從上表中的對比數(shù)據(jù)可以看出，塔內(nèi)操作參數(shù)變化有非常明顯的界限。其中TI1219D是柴油從分餾塔的餾出溫度指示，在正常工況下不低于140C操作，而 一旦出現(xiàn)帶水，該溫度迅疾下跌至129C以下。TI1228是柴油氣提塔底溫度，其 帶水與不帶水時變化與 TI1219D 趨勢相同。（4）、分餾塔頂部循環(huán)回流帶水。這可以從頂循泵的電流上反應(yīng)出來，帶水后電 流偏大。頂循采樣亦可分析出來。以上幾點是柴油帶水時可以明顯感受到的。2、柴油

4、帶水形成分析從熱力學上知道，蒸汽在一定壓力下有一定的飽和溫度。對于蒸汽和其它組 分的混合物來講，即蒸汽在一定的分壓下有一定的飽和溫度，當溫度等于或低于 該飽和溫度時，便有水從混合物中析出來。從分餾塔的分離情況來講，塔內(nèi)即是 蒸汽與催化裂化油氣的混合物。當操作時水汽分壓下的操作溫度低于該分壓下的 飽和溫度時，分餾塔內(nèi)便會出現(xiàn)積水情況。（1）、分餾塔的終端餾出分析從分餾塔的餾出情況來看，分餾塔最上方一層塔盤至進入油氣管線前這一段 稱為分餾塔的餾出終端段。從塔的氣液負荷分布圖可以知道，在塔的終端餾出段， 油氣負荷最小，即在終端餾出段，油氣分壓最小，而水汽分壓最大。而終端餾出 段的溫度又最低，不難看出

5、，水在終端餾出段最先析出。因此，若要解決塔內(nèi)帶 水的問題，必須解決終端餾出析水的問題，以下分析均分析分餾塔的終端餾出狀 況，以徹底解決分餾塔帶水的問題。（2）、水汽情況分析ARGG 工藝設(shè)計的蒸汽量較大。沉降器采用低壓操作，其注汽量也較大，一般 占總進料的 610%，以降低油氣分壓。 以下表 1提供的數(shù)據(jù)是設(shè)計提供的出分餾 塔的蒸汽總量構(gòu)成（使用的蒸汽品質(zhì)為 1.0Mpa 蒸汽）。表2出分餾塔蒸汽總量統(tǒng)計用汽地點正常用汽量最大用汽量沉降器底放空吹掃0. 025沉降器防焦蒸汽0.25沉降器頂放空吹掃0. 05汽提段汽提蒸汽3.24.0汽提段錐體松動0. 24待生立管松動0.135石腦油霧化蒸汽及

6、吹掃0. 050. 15原料油霧化蒸汽6.219.9油漿霧化蒸汽及吹掃0. 46終止劑霧化及吹掃0. 050. 15提升管預(yù)提升蒸汽1. 842.34油氣管線放空吹掃0. 1油氣管線排空吹掃0.025分餾塔攪拌蒸汽1. 2柴油汽提塔1.0合計可以看出正常狀態(tài)下出分餾塔的總蒸汽量為。若加上一些不確定因素，主要 有油漿蒸汽發(fā)生器可能泄露，原料油攜帶水分揮發(fā)至分餾塔，不合格油回煉時攜 帶水分至分餾塔，冷回流入塔攜帶的水分等，這些因素對水汽總量影響較大。尤 其時油漿蒸汽發(fā)生器可能內(nèi)漏造成較大的沖擊，冷回流含水量也影響較大?？梢?看出，由于ARGG工藝上的特殊要求，使得餾出終端的水汽總量比普通的重油催化

7、 裂化要大得多（普通的重油催化裂化注汽量僅為 35%），這給分餾塔析水提供了 客觀條件。（3）、油氣情況分析前面我們分析了分餾塔餾出終端的水汽總量情況，知道水汽總量大。但是水 汽總量并不完全決定水汽分壓。因此我們必須來研究決定水汽分壓的另一個重要 因素：油氣總量?？梢粤斜韥矸治龇逐s塔餾出終端的油氣情況。列于表 3。表3分餾塔餾出終端油氣組成及影響因素油氣名稱影響因素穩(wěn)定汽油量處理量及生產(chǎn)方案液態(tài)烴量處理量及生產(chǎn)方案干氣量處理量及生產(chǎn)方案終止劑量操作方式冷回流量操作方式預(yù)提升干氣量操作方式從上表中可以看出，產(chǎn)品量穩(wěn)定汽油、液態(tài)烴、干氣的量主要受處理量及產(chǎn)品方案限制，一般屬于不可調(diào)節(jié)因素。但終止劑

8、量、冷回流量、預(yù)提升干氣量則 屬于操作方式，有很大的變化余地。在原有的操作情況下，處理量大時，前三個 量較大，使總的油氣分壓較大，水汽分壓小，一般不會析水。處理量小時，前三 個量較小，而后三個量又未做恰當調(diào)整，使油氣分壓較小，水汽分壓較大，易出 現(xiàn)析水現(xiàn)象。（4）、分餾塔終端餾出溫度較低。分餾塔終端餾出溫度可以用塔頂餾出溫度 TC1202 表示，由于采用柴油方案， 頂溫一直控制較低，由于分壓與飽和溫度的對應(yīng)關(guān)系，這使蒸汽析水的臨界分壓 也相對變小，即蒸汽更容易析水。（5）、原因小結(jié)通過上述分析，可以看出析水的原因是：在分餾塔的餾出終端段，由于終端 餾出溫度較低，在處理量較小時，餾出終端處油氣分

9、壓減小，水汽分壓增大，當 水汽分壓大至該分壓下對應(yīng)的飽和溫度高于實際終端餾出溫度時，分餾塔便有水 析出。當該狀態(tài)所處達到一定程度后，從餾出終端析出的水沿塔板下行，最終與 柴油一起餾出塔外。在分餾塔的一種操作狀態(tài)下,分餾塔終端餾出段的水汽分壓是 一定的，蒸汽在該分壓下有一定的飽和溫度，當分餾塔頂溫度（既分餾塔終端餾 出溫度）實際操作溫度低于或等于該飽和溫度時，在餾出終端段便開始析水。析 出的水沿塔板下行，部分氣化上升，部分繼續(xù)沿塔板下行，在較低的塔板上被氣 化后繼續(xù)上升。而這些在不同位置被氣化的水重新進入餾出終端后（塔頂），使餾 出終端的水汽分壓進一步增大，使餾出終端的析水量進一步增大，水量能夠

10、攜帶 至的塔板層數(shù)也越來越低，直至達到柴油餾出層后，水便隨柴油一起從分餾塔餾 出。若操作狀態(tài)不做改變，就出現(xiàn)柴油帶水的現(xiàn)象。利用上述理論，可以解釋分餾塔帶水的各種不同情況。當操作溫度離水汽分 壓下的飽和溫度不大時，析水量不大。會出現(xiàn)間歇帶水的現(xiàn)象。從上面的分析可 以看出，從析水開始到水攜帶至柴油餾出斗上有一個過程。當析水量很小時（基 本上處于飽和溫度操作時），可能出現(xiàn)頂循以上段帶水的情況，但是水無法繼續(xù)下 行，就重新被氣化上去了。這種狀態(tài)下水汽的循環(huán)處于一種平衡狀態(tài)。等量的水 從塔頂析出后，在頂循以上段被氣化至塔頂。這種平衡狀態(tài)一直可以沿塔板下行。 水能夠攜帶至塔的某一個空間，都有一種對應(yīng)的循

11、環(huán)狀態(tài)。離餾出終端越遠，循 環(huán)的量也越大，此時塔頂?shù)乃謮阂苍酱?。當這種平衡的循環(huán)狀態(tài)剛延伸至柴 油抽出斗時，一部分被氣化上去，一部分和輕柴一起餾出塔外，由于這種狀態(tài)下 平衡被打破，既餾出水量增加，而只有部分被氣化上去，餾出終端的水汽分壓復(fù) 又減少，餾出的水量也減少，其水、汽平衡會向上移動，柴油抽出斗沒有水餾出。 此時柴油帶水是間斷性的（這其中也要考慮操作的波動）。若終端操作實際操作溫 度與該狀況下的飽和溫度更大時，餾出終端的析水量更大，其在塔內(nèi)建立的水汽 平衡超過柴油抽出斗以下時（假設(shè)不設(shè)柴油抽出斗），柴油會出現(xiàn)連續(xù)帶水的現(xiàn)象。三、有關(guān)的公式推導(dǎo)及預(yù)防柴油帶水的對策1、關(guān)于氣體混合物分壓的

12、計算公式P =P*YiI式中Pi為氣相混合物中某組分的分壓，絕對壓力KPaP 為氣相混合物的總壓力，絕對壓力 KpaYi為某組分占混合物的摩爾分率2、將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入上公式，計算水汽分壓F7/18P 水 =P 總 * （ 1 ）式F1/100+F2/49.4+F3/13.79+F4/108+F5/108+F6/13.79+F7/18式中 P 總為分餾塔頂總壓力F1為穩(wěn)定汽油流量t/hF2為液態(tài)烴流量t/hF3為干氣流量t/hF4為終止劑流量t/hF5為冷回流流量t/hF6為預(yù)提升干氣流量t/hF7為出分餾塔蒸汽總量t/h該公式可用于計算分餾塔頂最高析水溫度。將各流量值代入公式后，可計算 出該狀況

13、下的水汽分壓，根據(jù)水分壓情況可查出塔頂?shù)淖罡呶鏊疁囟?。以上式?分子量由設(shè)計數(shù)據(jù)提供。3、最小冷回流公式F5= (P 總/P 水*F7/18- (F1/100+F2/49.4+F3/13.79+F4/108+F6/13.79+F7/18) *108( 2 )式，該式由第一式推導(dǎo)來。式中各項與( 1)式中同，其中 P 水由表查出。用分餾塔實際塔頂溫度去查 P 水 值。四、預(yù)防分餾塔析水的對策在前面的分析中已經(jīng)得出，決定析水的因素主要有分餾塔餾出終端的水汽分 壓及塔頂?shù)牟僮鳒囟取Ｇ懈罘桨敢筝^低的塔頂溫度。因此我們只有降低水汽分 壓。而水汽分壓由決定于水汽總量和油氣總量。在水汽總量不變的情況下，油

14、氣 量越大，水汽分壓就會越小。因此要解決析水的問題，思路就是要提高油氣分壓。 前面我們也分析了油氣分壓的組成情況，產(chǎn)品量是無法改變的，終止劑受制于反 應(yīng)系統(tǒng)的生產(chǎn)方式，預(yù)提升干氣受制于氣壓機的能力及吸收系統(tǒng)的能力。只有冷 回流可作為調(diào)節(jié)手段。冷回流的取熱和頂循之間可以相互補充。對操作方式影響 不大。因此，在某一種操作狀態(tài)下，只要我們控制一定量的冷回流量，就可以解 決塔內(nèi)析水的問題。具體量可以應(yīng)用公式( 2)來計算最小冷回流量。五、結(jié)論1、本文分析了柴油帶水的各種現(xiàn)象及形成的原因 ,提出了分餾塔終端餾出的概 念。分餾塔在一定的操作狀態(tài)下有一定的水汽分壓，該分壓下有一定的飽和 溫度。當實際的塔頂操作溫度等于或低于該飽和溫度時，塔頂便會開始析水 并在塔內(nèi)建立一定的水汽循環(huán)的平衡。操作溫度愈低，其平衡能夠建立的塔 盤數(shù)就愈