導向梯形固閥塔板在丙烷脫氫裝置中的應用效果分析

張國甫（寧波海越新材料有限公司，浙江　寧波　315800）

導向梯形固閥塔板在丙烷脫氫裝置中的應用效果分析

張國甫
（寧波海越新材料有限公司，浙江寧波315800）

對魯姆斯公司Catofin固定床丙烷脫氫工藝來說，理論丙烯平衡濃度為44%左右，導致丙烯分離塔的丙烯進料濃度較低、丙烯分離塔塔徑大、氣液通量大等后果。導向梯形固閥塔板具有塔板效率高的優(yōu)勢，結合六溢流布置方式，可滿足大通量、高精度的分離要求。針對國內(nèi)第二套引進的某丙烷脫氫裝置，導向梯形固閥塔板在丙烯分離塔中被首次成功應用，打破了國外壟斷。

丙烷脫氫；丙烯分離；導向梯形固閥

丙烯是石化工業(yè)的重要產(chǎn)品和原材料之一，除蒸氣裂解、催化裂解過程可獲得大部分丙烯產(chǎn)品外，另一重要來源是丙烷在催化劑作用下直接脫氫制得。目前，世界上已工業(yè)化的丙烷脫氫技術［1］包括UOP公司的Oleflex工藝、魯姆斯公司的Catofin流程、林德公司的林德工藝、菲利浦石油公司的Star流程及俄羅斯和意大利公司聯(lián)合開發(fā)的FBD-3工藝等。

浙江某新建石油化工廠丙烷脫氫裝置（以下簡稱PDH）是國內(nèi)第二家采用魯姆斯的Catofin丙烷脫氫工藝的工廠，設計年產(chǎn)60萬t丙烯（75 t/h），年操作時間8000 h，操作彈性為60%～110%。反應器制取的丙烯產(chǎn)品經(jīng)過壓縮、干燥、冷箱分離、輕組分脫除后，以40%左右的丙烯質(zhì)量分數(shù)進料至丙烯分離塔。

丙烯分離塔用于丙烯和丙烷的分離，是裝置的核心分離設備，具有塔徑大、丙烯進料濃度低、丙烯/丙烷相對揮發(fā)度相近、塔板氣液相通量大等特點。專利商工藝包中指定必須使用高通量逆流塔板，推薦的合格供貨商為兩家國外供貨商。經(jīng)過多次攻關論證后采用國內(nèi)某廠商的導向梯形固閥塔板，成功開車并通過性能考核，打破了國外壟斷。

1　流程簡述

丙烯分離塔采用上塔和下塔兩段式設計，含40.5%左右的丙烯丙烷混合物料進入下塔上部，下塔塔釜設置多臺再沸器提供熱量，由上塔塔釜接力泵向下塔提供回流，下塔塔釜丙烷物料返回前系統(tǒng)。下塔塔頂氣相直接進入上塔塔釜氣相空間，上塔塔頂設置多臺循環(huán)水冷卻換熱器，合格的丙烯產(chǎn)品自塔頂回流罐經(jīng)回流泵加壓后少量抽出，大部分為上塔提供回流。流程見圖1。

圖1　丙烯分離塔流程示意圖

2　導向梯形固閥塔板特點

導向梯形固閥是在噴射型導向梯形浮閥基礎上發(fā)展起來的一種導向閥。其閥體具有獨特的結構：

（1）閥體為梯形結構，短邊與液流方向一致。

（2）閥體上可開有導向孔，導向孔的方向也與液流方向一致。

（3）其特殊的結構決定了該固閥具有良好的導向作用。

導向閥體與傳統(tǒng)浮閥相比主要有以下優(yōu)點：

（1）導向作用規(guī)定了氣相通道，這將有效降低塔板上的氣液相返混、氣流相互沖擊和鼓泡程度。

（2）導向作用可使塔板上的液體快速地流向降液管方向，可降低塔板上的液層高度、減小液面梯度，從而保證了塔板上的氣液傳質(zhì)效率。液面梯度是塔板效率降低的重要原因，由于液面梯度的存在，導致塔板上氣液分布的不均勻，降低了分離效率。

本裝置的丙烯產(chǎn)品分離塔塔徑大，上塔直徑8700 mm，下塔直徑9000 mm，滿負荷時的塔頂氣相負荷高達1680 t/h。采用專利商指定的高通量逆流塔板，固然可以適應較大的氣液負荷操作，但其塔板效率較低，需要290層塔板。

導向梯形固閥塔板的板效率可達85%以上，塔板設計為六溢流形式，塔板數(shù)減少至240塊。由于塔板數(shù)減少，全塔高度同步降低了21.5 m，塔基設計載荷相應降低，大幅降低了土建投資和設備投資。

3　應用效果分析

該套60萬t/a丙烷脫氫裝置自2014年8月投入運行以來，已連續(xù)穩(wěn)定運行20個月，證明該塔板完全滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)采集見表1：

表1　主要運行參數(shù)

通過上述數(shù)據(jù)可以看出，在滿負荷和超負荷工況下，在回流比、熱負荷與原工藝包規(guī)定的參數(shù)相近的情況下，采用240層高效導向梯形固閥塔板后，塔頂塔釜的指標均滿足或優(yōu)于原設計值。

4結語

采用高效組合導向梯形固閥塔板，塔板數(shù)降低50塊后，完全可以滿足產(chǎn)品質(zhì)量和操作彈性要求。全塔高度降低了21.5 m，大幅節(jié)省了裝置投資。

本裝置的成功運行，證明了國產(chǎn)技術攻關成功，為國內(nèi)其它丙烷脫氫裝置的建設提供了可供借鑒的實例。

［1］馮娜.丙烷脫氫制丙烯技術分析［J］.中國化工貿(mào)易，2014，6（11）:140.

Analysis of the Application Effect of Directed Trapezoidal Fixed Valve Tray in Propane Dehydrogenation Unit

ZHANG Guo-fu
（Ningbo Haiyue New Material Limited Company，Ningbo，Zhejiang 315800，China）

In Lummus Catofin process with fixed catalyst bed,propylene equilibrium concentration is only 44%in theory,which result in low propylene concentration feeding to splitter and lead to big tower diameter and high gas and hydraulic load in tray.The directed trapezoidal fixed valve tray has an advantage of high tray efficiency,meet the demands of high hydraulic load and high product purity combined with six pass tray configuration.In view of the second sets of the introduction of a propane dehydrogenation unit,the directed trapezoidal fixed valve tray in the propylene splitter was successfully applied for the first time, breaking the foreign monopoly.

propane dehydrogenation；propylene splitter；directed trapezoidal fixed valve tray

1006-4184（2016）7-0037-02

2015-03-20

張國甫（1978-），男，工程師，主要從事大型化工裝置生產(chǎn)管理。E-mail:zhanggf@nbhireal.com。