氣體分餾裝置脫丙烷塔進料由飽和態改為過熱態的技術與節能探討

【摘 要】中石化勝利油田分公司石油化工總廠8×104噸/年氣體分餾裝置，以重油催化液化氣為原料，生產精丙烯產品。經過優化運行參數，以及節能技改技措，實現了裝置在生產負荷達設計負荷1.5倍的條件下，運行平穩，產品質量合格，實際能耗僅為設計能耗的72.07％，裝置取得了良好的經濟效益。為了進一步降低裝置能耗，對脫丙烷塔進料溫度參數進行了提高，并進一步優化脫丙烷塔的運行參數，將裝置的能耗降低了4.06％，達到了進一步降低裝置能耗的目的。

【關鍵詞】氣體分餾;進料;飽和態;過熱態;節能降耗

0.前言

中石化勝利油田分公司石油化工總廠8×104噸/年氣體分餾裝置，于1995年建成投產，原設計以油田輕烴為原料生產正丁烷產品，1999年后因下游裝置的原因一直處于閑置狀態。2003年中國石化工程建設公司（SEI）對該裝置進行改造設計，改造后的裝置以重油催化液化氣為原料，生產精丙烯產品，加工能力不變。2004年7月裝置改造竣工投產，一次開車成功，裝置生產平穩，產品質量、收率、加工規模均達到設計指標。2005年9月對重催熱水的利用上進行了進一步的技術改造，將脫丙烷塔進料加熱器、脫乙烷塔重沸器熱源由蒸汽改為重催低溫熱水，實現了對低溫熱的進一步利用。2005年起總廠催化液化氣產量逐漸增加，氣分負荷加大，通過不斷優化調整操作參數，在滿足產品質量和收率指標的前提下，氣分裝置處理能力逐步提高，處理量已達到設計值的1.5倍，仍能保證裝置平穩運行。同時，通過采取各項節能措施，裝置能耗降至設計能耗的75％以下，取得了良好的經濟效益。

經過節能技術改造，氣分裝置只有脫丙烷塔底重沸器在使用蒸汽。經過統計計算，蒸汽在氣分能耗中所占的比重21.47%，所以脫丙烷塔是整個裝置能耗的主要消耗點。為了進一步的降低氣分裝置能耗，挖潛增效，自2009年1月起，氣分裝置逐步嘗試將脫丙烷塔進料溫度提高，增加重催熱水的取熱，降低蒸汽消耗，從而降低氣分裝置的綜合能耗。

1.脫丙烷塔的現狀

脫丙烷塔是氣體分餾裝置加工處理液化氣的第一個分餾塔，原料為重催液化氣。其主要作用是將液化氣中的碳三及碳三以上的輕組分分離出來，作為脫乙烷塔的進料。脫丙烷塔高63米，塔的中部有三個進料口，塔內有103層塔板。塔底重沸器使用0.4MPa飽和蒸汽為熱源，塔頂部采用空冷冷卻塔頂氣相，進料為經進料加熱器加熱至70℃左右的飽和態液化氣。脫丙烷塔進料加熱器的熱源為總廠提供的低溫熱水。脫丙烷塔的設計操作壓力為1.90MPa，但是實際操作壓力在1.70Mpa，塔底操作溫度在101℃左右，塔頂操作溫度在46℃左右。

2.脫丙烷塔進料改為過熱態的實踐探索

2.1脫丙烷塔進料改為過熱態的技術分析

脫丙烷塔的塔板數較多，精餾段有足夠的塔板數進行汽液相接觸，所以提出了將脫丙烷塔進料由飽和態改為過熱態的設想。

根據能量守恒定律，進入脫丙烷塔的總熱量應該等于離開脫丙烷塔的總熱量，即：

Q入=Q出+Q損失

由于脫丙烷塔的保溫效果較好，散熱量與總熱量相比，數值很小，可以忽略不計，所以，Q入=Q出

在氣體分餾裝置中，進入脫丙烷塔的總熱量Q入為從脫丙烷塔底重沸器獲得的熱量Q重沸器和進料液化氣從脫丙烷塔進料加熱器獲得的熱量Q進料之和，即：

Q入=Q重沸器+Q進料

為了保證脫丙烷塔的分餾效果不變，維持現有的操作平衡，所以進入脫丙烷塔的總熱量Q入不變，在保證進入脫丙烷塔的總熱量Q入不變的情況下，適當的增加液化氣從脫丙烷塔進料加熱器所獲得的熱量Q進料，就可以相應減少脫丙烷塔從塔底重沸器獲得的熱量Q重沸器，從而達到減少塔底重沸器減少蒸汽用量的目的。

氣分裝置脫丙烷塔進料進料加熱器的加熱介質為重催裝置來的低溫熱水。適當增加重催熱水的取熱，減少塔底對蒸汽的消耗，可以降低氣分裝置的煉油綜合能耗。

2.2脫丙烷塔進料改為過熱態的實踐探索

氣分裝置脫丙烷塔進料液化氣的溫度一直控制在68-70℃，這也是液化氣組分在1.70MPa下的飽和溫度。2009年1月份開始，氣分車間逐步將脫丙烷塔進料加熱器的熱水閥門的開度適當開大，將脫丙烷塔進料溫度由68-70℃提高至73-75℃。調節之后，脫丙烷塔底重沸器的蒸汽用量由2.5t/h左右降低至2.0t/h 左右，初步降低蒸汽消耗0.5t/h。

2.2.1脫丙烷塔操作參數調整

脫丙烷塔進料溫度提高后，中部精餾段的溫度有所升高，根據采樣分析，塔頂餾分中的重組分略有增加，化驗分析塔頂回流罐中的碳四組分含量由調節前的1.0％以下，升高至2.0％左右。針對這一變化，采取了將脫丙烷塔進料口下移，由原來的中進料口改為下進料口，增加了脫丙烷塔精餾段的塔板數，用以保證脫丙烷塔的精餾效果。經過下移進料口的調節，在不增加塔頂回流量的情況下，脫丙烷塔頂回流罐中的碳四組分含量下降至1.5％左右，少量的碳四組分進入丙烯塔后，對丙烯塔的操作沒有影響。在將脫丙烷塔的回流比適當提高后，塔頂回流罐中的碳四組分含量下降至調節前的1.0％。以下經過以上兩種措施改進，脫丙烷塔在保證分餾效果的前提下，塔底重沸器蒸汽用量減少了0.5t/h 左右，達到了預期的目的。

2.2.2脫丙烷塔頂底產品分析對比

更改進料狀態前后的實際值對比表

2.2.3脫丙烷塔蒸汽消耗分析對比

蒸汽的能耗指標按2763.0MJ/t計算。

隨著脫丙烷塔進料狀態的改變，脫丙烷塔的分離效果有所下降，雖然在進料改為過熱態后，操作回流比有所增大，但是塔頂產品中的碳四含量和塔底碳四餾分中的丙烯含量均有所增加，而塔頂產品中的碳四組份造成了丙烯塔底丙烷中的碳四含量增加，丙烯塔底溫升高。但由于丙烷不單獨作為產品外賣，而是和碳四餾分混合后銷售，因此丙烷中碳四組份的增加不會影響裝置的產品質量，僅造成丙烯塔能耗略有增加。

4.結論

⑴氣分裝置將脫丙烷塔進料溫度由飽和態改為過熱態，減少了裝置的蒸汽消耗，降低了裝置的綜合能耗。按照氣分裝置每年運行8400小時計算，每年因為該運行優化，可以降低蒸汽消耗4200噸，按照勝利石化總廠內部蒸汽價格260元/噸計算，每年降低加工成本109萬元。

⑵從運行優化后氣分裝置運行情況來看，在原料性質相同、目的產品相同的要求下，該優化方案非常成功，完全滿足設計條件下的產品質量和收率要求。

⑶運行優化后的氣分裝置操作彈性雖然有所降低，但是仍舊滿足了高負荷生產的要求，在設計處理量1.5倍的情況下產品質量合格，收率高，裝置實現連續平穩生產。

⑷通過優化脫丙烷塔的進料溫度參數，裝置生產能耗與以往同期相比，下降了4.06％，提高了氣分裝置的經濟效益。

⑸因為石化總廠氣分裝置的脫丙烷塔為103層塔板，精餾段較長，有較為充分的汽液相接觸空間，可以保證分餾效果。 [科]