丙烷脫氫裝置脫乙烷塔系統操作優化設計

丁長喜 惠生工程(中國)有限公司北京分公司 北京 100032

張 健 凱萊英生命科學技術有限公司 天津 300450

丙烷脫氫技術(PDH)是丙烯生產的主流技術之一。目前，全世界已工業化的丙烷脫氫裝置主要采用UOP的Oleflex工藝和Lummus 的Catofin工藝，前者丙烷脫氫反應器采用移動床技術，后者丙烷脫氫反應器采用固定床技術[1，2]。本文介紹的某60萬t/a PDH裝置采用了UOP的Oleflex工藝。

1 丙烷脫氫工藝流程簡介

PDH工藝流程簡圖見圖1。

圖1 PDH工藝流程簡圖

丙烷在冷箱系統配氫氣后，經換熱進入加熱爐加熱后進入反應器脫氫，脫氫產物經過壓縮，脫氯、干燥后進入冷箱分離系統，分離出來的C2+液體產品，輸送至脫乙烷塔系統進行分離，脫乙烷汽提塔塔底液相進入丙烯-丙烷分離塔，采用熱泵系統得到丙烯產品。

2 脫乙烷塔系統工藝流程

脫乙烷塔系統工藝流程簡圖見圖2。

圖2 脫乙烷塔系統工藝流程簡圖

UOP的Oleflex工藝的脫乙烷塔系統主要由脫乙烷汽提塔、脫乙烷精餾塔、丙烯壓縮機組成，脫乙烷汽提塔塔頂氣相經脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)冷凝后進入脫乙烷精餾塔塔底部，脫乙烷精餾塔塔底物流回流至脫乙烷汽提塔，塔頂經脫乙烷精 餾塔冷凝器冷凝后進入回流罐，回流至脫乙烷精餾塔。脫乙烷精餾塔冷凝器由丙烯壓縮機提供冷態丙烯，汽化后返回丙烯壓縮機入口。

3 脫乙烷塔系統優化模擬分析

脫乙烷汽提塔冷凝器采用空冷器設計，空冷器的電機一半為定頻，一半為變頻，可以通過調整變頻電機的轉速或者變頻電機投用的臺數來調節空冷器工藝介質出口的溫度，此溫度的調整將造成以下影響：

(1)脫乙烷汽提塔再沸器的熱負荷變化將影響塔底再沸器蒸汽量的變化。

(2)進入脫乙烷精餾塔工藝介質的液相分率發生變化，從而影響脫乙烷精餾塔塔頂冷凝器的熱負荷，影響丙烯壓縮機的功率。

空冷器電機功率、脫乙烷汽提塔再沸器低壓蒸汽消耗量、脫乙烷汽提塔冷凝器的負荷、脫乙烷精餾塔冷凝器熱負荷隨脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)出口溫度的變化見表1。

表1 脫乙烷汽提塔冷凝器出口溫度對脫乙烷系統的影響

以第一列脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質出口溫度為橫坐標，其它五列變量為縱坐標繪圖，結果見圖3。

從表1和圖3中可以看出，隨著脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質出口溫度的降低：①脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)功率增加；②脫乙烷汽提塔再沸器熱負荷增加，脫乙烷汽提塔再沸器低壓蒸汽用量增多；③脫乙烷精餾塔冷凝器熱負荷降低，丙烯機的功率降低，丙烯機循環水用量減少。

圖3 脫乙烷汽提塔冷凝器出口溫度的影響

從而可知，脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質出口溫度存在最優值。

4 脫乙烷塔系統操作費用分析

考慮到脫乙烷塔系統的能量消耗主要包括：低壓蒸汽、電能、循環水，三者單位價格不同，故存在最低的操作費用。

脫乙烷塔系統操作費用基于低壓蒸汽、電能、循環水(丙烯機用)的單價見表2。

表2 低壓蒸汽、電能、循環水單價

以脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質出口溫度59.5℃時的操作費用為基準，從59℃到40℃各操作溫度分別與59.5℃的對比分析，脫乙烷塔系統操作費用的變化結果見表3。

表3 空冷器工藝介質出口溫度與操作費用

從表3可知，當脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質出口溫度為56℃時，脫乙烷塔系統的操作費用的增加值最小。

5 結語

丙烷脫氫裝置的脫乙烷系統的操作費用受脫乙烷汽提塔冷凝器工藝介質出口溫度的影響，當出口溫度為56℃時，脫乙烷塔系統的操作費用最小。