高效大通量DJ系列塔板

在乙烯裝置中的應用

姚克儉浙江工業大學2011.6.151一、概述1、我國乙烯產能步入高速擴張軌道

２０１１年，我國將新增乙烯產能１８１萬噸／年。撫順石化８０萬噸／年裂解裝置將于年上半年投產，四川石化８０萬噸／年裂解裝置將于年底投產，蘭州石化將在年內將裂解裝置產能從７１萬噸／年擴至９２萬噸／年。２０１３年，我國將新增２４０萬噸／年乙烯產能，包括武漢石化８０萬噸／年新建裂解裝置，大慶石化將乙烯產能從６０萬噸／年擴至１２０萬噸／年等。另一個主要的乙烯潛在項目是神華集團和陶氏化學在陜西榆林投資達１００億美元的煤化工聯合體項目，計劃于２０１６年投產，將新增５０萬噸／年乙烯產能。２００９～２０１３年我國將新增約９００萬噸／年的乙烯產能，接近當前產能一倍。在此輪擴能高峰后，我國將減少對乙烯下游產品進口的依賴，進口依賴度將從０９年的４４％降至３５％－４０％。232、4

中東地區油氣儲量豐富、產量高，大量的油田伴生氣和天然氣凝液為乙烯裂解提供了充足的輕烴原料。以乙烷和丙烷為主要原料的乙烯裝置生產成本低，使中東的乙烯工業具有很強的低成本競爭優勢。2005年中東地區乙烯生產成本相當于以石腦油為原料的亞洲地區成本的四分之一（以乙烯能力占中東地區59%的沙特為例，多年來其乙烷裂解的現金成本在100美元/噸上下波動。2005年其乙烯生產成本為124美元/噸，遠低于以石腦油為原料的乙烯生產成本）。由此產生和其它地區之間巨大的成本差異，足以使其生產的石化產品在全球范圍內明顯具有其它地區難以相比的競爭實力5

我國從國際大局出發擬與中東海灣六國(沙特、科威特、阿聯酋、阿曼、巴林、卡塔爾)建立自由貿易區，原本就競爭力頗強的中東地區石油石化產品，將以進口零關稅進入中國，勢必在更大范圍和更深層次上沖擊我國石油石化市場。3、自主知識產權和國家戰略安全6二、高效大通量DJ系列塔板在乙烯裝置中的應用

新型高效大通量DJ系列塔板采用多種專利技術，處理能力大幅度提高，塔板效率明顯增加。DJ-3型和DJ-5型塔板的效率與浮閥塔板相當，處理能力可比普通弓形降液管塔板高30%-80%，在改造中可以一對一代換普通浮閥塔板，不動塔體實現擴能25%以上。DJ系列塔板在天津乙烯、廣州乙烯、撫順乙烯、獨山子乙烯、蘭州乙烯和中原乙烯等裝置中獲得了成功的應用，推進了乙烯裝置設備國產化的進程，產生了巨大的社會和經濟效益。7三、乙烯精餾塔乙烯精餾塔要求:塔頂能夠生產聚合級乙烯單體，純度超過99.95%(mol)，產品中甲烷+乙烷+氫氣含量不高于500ppm；同時，為了提高乙烯收率，減少回煉量，一般要求塔釜乙烯排放低于1%;乙烯塔的氣液流動參數可達0.2以上，為典型的大液氣比操作，易起泡，對降液管要求高；改造時要求擴大能力而保持或盡可能提高原有的分離效率。8乙烯精餾塔改造DJ-3型塔板：保留了懸掛降液管液相處理能力大的優點；增加了導流板和空中復合填料；不僅塔板處理能力大而且效率也高于普通浮閥塔板。9乙烯精餾塔改造實例名稱用戶單位裝置能力塔徑mm塔板數量內件形式使用情況乙烯精餾塔中石化天津聯化公司20萬噸/年2450147DJ-32001年開車，運行正常中石油獨山子石化公司22萬噸/年2450147DJ-32002年開車，運行正常撫順乙烯化工有限公司20萬噸/年2200127DJ-32002年開車，運行正常中石化廣州分公司20萬噸/年2700136DJ-32003年開車，運行正常中石油蘭州石化公司24萬噸/年2400125DJ-32003年開車，運行正常10四、丙烯精餾塔丙烯精餾塔要求塔頂能夠生產聚合級丙烯單體，純度高于99.6%(mol)；丙烯、丙烷相對揮發度小，分離難度大，丙烯精餾塔采用的回流比通常達到14以上；丙烯塔的特點：氣液負荷都較高，對塔板氣液兩相通量的要求都較高；同時，塔內各段氣液流動參數都在0.2以上，汽液兩相密度差小，易形成乳化態。11丙烯精餾塔改造要求降液管面積小而通過能力高，以保證足夠大的氣相通道；改造要求塔板在擴能的前提下，保持或盡可能提高原有的分離效率；DJ-3、DJ-5型塔板處理能力大而塔板效率高于普通浮閥塔板，對這一體系非常適用。12丙烯精餾塔改造實例名稱用戶單位裝置能力塔徑mm塔板數量內件形式使用情況丙烯精餾塔中石化天津聯化公司20萬噸/年（汽提段）280054DJ-32001年開車，運行正常20萬噸/年（精餾段）3200153DJ-32001年開車，運行正常中石油獨山子石化公司22萬噸/年（汽提段）320095DJ-32002年開車，運行正常22萬噸/年（精餾段）3200115DJ-32002年開車，運行正常中石化廣州分公司20萬噸/年（汽提段）300088DJ-32003年開車，運行正常20萬噸/年（精餾段）2800112DJ-32003年開車，運行正常中石油蘭州石化公司24萬噸/年3000153DJ-32003年開車，運行正常中石油獨山子石化公司22萬噸/年（精餾段）300088DJ-52004年開車，運行正常中石化廣州分公司22萬噸/年（汽提段）300088DJ-52007年開車，運行正常22萬噸/年（精餾段）2800112DJ-52007年開車，運行正常中原石油化工公司（精餾段）3600127DJ-52008年開車，運行正常13五、脫甲烷塔脫甲烷塔塔頂的乙烯含量決定了該系統乙烯的排放量，影響乙烯收率，一般要求該指標達到1000ppm以下；脫甲烷塔的特點是塔內各段表面張力較小(<7dyn/cm)，物系屬易起泡系統；脫甲烷塔另一特點是塔內操作液氣比極大，部分塔段氣液流動參數甚至超過1，塔板的操作彈性往往由降液管控制。14脫甲烷塔改造塔內件通常采用板式塔或散堆填料，必須具有消泡能力，由于高壓下填料的效率會急劇下降，因此高壓脫甲烷塔一般采用板式塔；降液管能力大、具有較強消泡能力的MD、DJ類多降液管塔板是很好的選擇。15脫甲烷塔改造實例名稱用戶單位裝置能力塔徑mm塔板數量內件形式使用情況脫甲烷塔中石化天津聯化公司20萬噸/年1300/170068DJ-32001年開車，運行正常中石化廣州分公司20萬噸/年1200/220062DJ-32003年開車，運行正常撫順乙烯化工有限公司19萬噸/年1300/160074DJ-32005年開車，運行正常16六、脫乙烷塔脫乙烷塔塔釜的乙烷含量決定了丙烯精餾塔中的乙烯等的含量，一般要求該指標達到100ppm以下；脫乙烷塔塔頂分離C2以下輕組分，因此操作壓力較高而溫度較低。17脫乙烷塔改造改造要求在擴能的同時，在塔板數不變的前提下保持或盡可能提高原有的分離效率；高壓塔各段液氣比均較大且具有乳化態的特性，要求降液管的通量特別高，尤其是塔下部，氣液流動參數往往在0.2以上；因此選用處理能力大而塔板效率高于普通浮閥塔板的DJ-3型塔板是非常合適的。18脫乙烷塔改造實例名稱用戶單位裝置能力塔徑mm塔板數量內件形式使用情況脫乙烷塔中石化天津聯化公司20萬噸/年170060DJ-32001年開車，運行正常中石化廣州分公司20萬噸/年180054DJ-32003年開車，運行正常中石油蘭州石化公司24萬噸/年160057DJ-32003年開車，運行正常撫順乙烯化工有限公司19萬噸/年160062DJ-32005年開車，運行正常19七、脫丙烷塔氣液密度差小、降液管內兩相處于乳化態；含有容易聚合的丁二烯，易堵；通常該塔下段采用不易堵的篩孔塔板。

20脫丙烷塔改造脫丙烷塔的易堵性決定了該塔需要選擇抗堵性能良好的塔板；DJ-2型塔板和DJ-5型塔板的抗堵性能較為突出，其中DJ-5型塔板作為DJ-2型塔板的升級型號，由于采用了新型固定閥作為鼓泡元件，因此塔板效率更高；因此選用DJ-5型塔板對脫丙烷塔進行改造非常合適。21脫丙烷塔改造實例名稱用戶單位裝置能力塔徑mm塔板數量內件形式使用情況脫丙烷塔中石化天津聯化公司20萬噸/年130042DJ-22001年開車，運行正常中石油蘭州石化公司24萬噸/年140056DJ-52004年開車，運行正常22八、丁二烯精餾塔該塔丁二烯含量較高，極易在塔板上方以及弓形降液管的下方轉角處緩流區形成聚合物；在降液管下方的聚合物會堵塞降液管出口，造成塔壓升高，塔板無法操作；即使選擇抗堵性能良好的篩孔塔板仍然無法徹底解決降液管出口的堵塞問題。23丁二烯精餾塔改造DJ型塔板不僅板面采用不易堵的固定閥或篩孔，并采用懸掛型降液管設計，液體出口直接向下流動，不存在緩流區，抗堵性能更為突出；因此處理能力大、抗堵性能好而塔板效率高于普通塔板的DJ-5和DJ-2型塔板對丁二烯系統非常合適。24丁二烯精餾塔改造實例名稱用戶單位塔徑mm塔板數量內件形式使用情況丁二