氣體分餾裝置影響丙烯收率的因素及對策

邢海平

摘 要：通過對我公司20萬t/a氣體分餾裝置的運行分析，主要針對影響丙烯產量的原因進行分析，提出了氣體分餾裝置操作優化和調整的方案和技術改造的措施，從降低裝置丙烯攜帶的角度考慮，提高丙烯產品收率。

關 鍵 詞：氣體分餾裝置；丙烯；拔出率

中圖分類號：TQ 052 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2014）10-2435-03

Factors and Countermeasures for Effect of Gas

Fractionation Unit on Yield of Propylene

XING Hai -ping

（Changqing Petrochemical Company， Shaanxi Xianyang 712000，China）

Abstract： Running conditions of 200 t/a gas fractionation unit in our company were analyzed as well as main reasons to influence the yield of propylene； optimized operation process and adjustment scheme and technical transformation measures of the gas fractionation unit were put forward to increase the yield of propylene product.

Key words： Gas fractionation unit； Propylene； Yield

長慶石化公司20萬t/a氣體分餾裝置是由中石化洛陽設計院設計，2003年12月投產。裝置原設計以80萬t/a催化裝置生產的液化石油氣為原料，生產純度≥99.6%的精丙烯。目前，裝置生產的混合C4C5作為 MTBE裝置的原料，部分丙烷用作溶劑脫瀝青裝置的溶劑。

2005年140萬t/a催化裝置投產后，裝置的加工負荷大幅度增加，最高達到了125%以上。氣分裝置暴露出了加工能力不能滿足需要的問題，主要是影響裝置的丙烯拔出率[1]。由于近年來市場需求的變化，丙烯的價格遠遠高于液化氣的價格，因此，氣體分餾裝置的丙烯產品就成為主要的利潤挖潛點。優化操作控制，提高丙烯收率就成為裝置技術攻關的重要課題。氣分裝置設計和實際運行情況對比表見表1。

表1 氣分裝置設計和實際運行情況對比表

Table 1 Contrast between design condition and actual operation of the gas fractionation unit

設計值 運行值

原料中丙烯含量，% 35.51 39.57

丙烷中丙烯含量，% ≤2% 4.82

C4C5中丙烯含量，% ≤2% 5.80

丙烯 收率，% 34.1 22.32

加工負荷，% 100 113

1 現狀分析

1.1 裝置工藝簡介

目前，我公司氣體分餾裝置以140萬t/a催化裂化裝置生產的液化石油氣為原料，由于生產需要，裝置的質量控制點主要有兩個；第一、由于脫丙烷塔底的混合C4C5全部作為MTBE裝置的原料，因此，混合C4C5中的C3含量要求控制在0.5%以下。第二、生產純度≥99.6%精丙烯產品。生產工藝上采用脫丙烷塔、脫乙烷塔和丙烯精餾塔的三塔流程。

脫丙烷塔底部熱源采用1.0 MPa蒸汽，脫乙烷塔和丙烯精餾塔塔底重沸器熱源采用催化裂化裝置所產105 ℃熱水。

140萬t/a催化裂化裝置生產的液化石油氣經產品精制裝置脫硫后直接進入氣體分餾裝置。

1.2 裝置生產現狀

目前，氣體分餾裝置的年平均加工負荷在113.81%，由于加工量大，進料量大幅度波動，熱源溫度及流量的不穩定，都是造成裝置生產波動的主要因素，造成裝置的丙烯收率較低且波動較大[2]。

2012年裝置加工量和丙烯收率的變化見圖1。

圖1 2012年裝置加工量和丙烯收率的變化圖

Fig.1 2012 device processing capacity and the yield of propylene

表中的數據顯示，裝置的加工量在7-10月份波動很大，全年的丙烯收率變化比較大，在19.5%到26.2%之間波動。

2 影響裝置丙烯收率的原因分析

2.1 原料中乙烷氣的影響

實際生產中，進料中乙烷氣含量較多時對丙烯收率影響大，進料中的乙烷氣含量在0.5%以下時，裝置的丙烯收率能達到到平均：22.32%的水平，當進料中乙烷氣含量達到1%～3%的情況下，對操作的影響程度比較大，丙烯收率下降的百分點能達到7%～8%。統計2012年1-6月份氣體分餾裝置液化氣進料中乙烷氣含量較高（≥1%）的情況下，氣分裝置丙烯收率的數據，做統計圖，圖2為 乙烷濃度與丙烯收率對比圖。

圖2 乙烷濃度與丙烯收率對比圖

Fig.2 Concentration of ethane and propylene yield comparison chart

2.2 T-2002壓力控制系統攜帶損失

T2002的主要作用是將經過脫丙烷塔分離的混合C2C3組分進行再次分離，脫去其中的乙烷組分。分離出來的乙烷氣組分全部通過V2003頂的壓控線排放出去。統計2012年全年混合C2C3的分析數據，其中的丙烯含量在68.2%左右，最高的時候達到了89.2%，2012年混合C2C3餾分主要組分百分含量見表2。

T2002頂回流罐V2003壓力控制的氣體進行放空（乙烷氣），放空的乙烷氣中乙烷不是主要組分，其中丙烯的含量平均高達83.7%以上，最高達到了93.8%，2012年T2002頂乙烷氣中各組分含量見表3。

正常生產情況下，乙烷氣排放在系統內進行循環，原則上沒有損失，只是導致裝置能耗的增加。但是，在系統內長期循環，催化穩定崗位操作調整不及時時，氣分裝置原料中乙烷氣攜帶嚴重，這種情況下脫乙烷塔頂回流罐V2003放空是要直接進行排火炬，裝置的丙烯損失很大[3]。V2003壓力控制流程圖3。

實際操作調整顯示，T2002頂冷后溫度的高低，對于裝置排放的乙烷氣中的丙烯影響很大，其次就是塔頂壓力的影響。

表2 2012年混合C2C3餾分主要組分百分含量

Table 2 Mixed C2C3 fractions main component percentage in 2012

項目 甲烷 C2組分 丙烷 丙烯

最大 13.68 15.84 32.45 89.26

最小 0 0 6.14 56.06

平均 1.839 97 0.919 44 25.534 03 68.203 73

表3 2012年T2002頂乙烷氣中各組分含量

Table 3 2012 T2002 oxide content in the gas composition

項目 甲烷 C2組分 丙烷 丙烯

最大 21.96 43.67 28.14 93.8

最小 0 0 2.13 32.73

平均 1.676 83 3.887 02 10.654 1 83.772 8

圖3 V2003壓力控制流程圖

Fig.3 V2003 pressure control flow chart

2.3 丙烷質量的影響

丙烷中的丙烯含量多少也是造成丙烯損失的主要環節。由于丙烯精餾塔只進行丙烷和丙烯兩組分的分離，分餾難度和精度都比較高。設計上，因此采用較大的回流比，帶來的問題是塔底組分容易攜帶輕組分，導致丙烷中的丙烯含量高。

丙烯精餾塔底采用的是催化裂化裝置的熱水提供熱源。但是，在實際操作過程中，丙烯精餾塔所需要的熱量大，熱水循環量在330 t/h左右。由于控制的局限性和熱水溫度的波動大，容易造成裝置操作和質量上的波動。影響丙烷中的丙烯含量，丙烷中的丙烯含量平均1.07%，最高達到了13.74%[4]。2012年全年的丙烷分析情況見表4。

表4 2012年丙烷組分分析數據統計

Table 4 Propane component analysis data statistics in 2012

項目 丙烷 丙烯 異丁烷

最大 98.56 13.74 29.73

最小 32.13 0.09 0.03

平均 89.087 32 1.079 80 4.712 03

3 措施及對策

通過丙烯收率影響因素的分析，綜合裝置長周期運行的實際狀況，提出以下的措施及對策。

3.1 消除乙烷氣影響措施

3.1.1 加強催化吸收穩定的操作

催化裂化吸收穩定崗位，要加強裝置平穩生產的控制。首先，要保證液化氣質量的合格，盡量控制液化氣中乙烷組分的含量在0.5%以下，保證原料質量穩定。其次，不斷優化催化裝置的操作，穩定液化氣的組成，減少乙烷氣的影響。

3.1.2 V2001改造建議

如果進料攜帶的乙烷氣含量較高，氣體分餾裝置進行操作調整的時候，就要在液化氣進分餾塔前進行乙烷氣的排放處理，以減少乙烷氣對丙烯純度的影響。因此，建議在V2001頂部增加排放乙烷氣流程。

對V2001進行工藝改造，增加排放乙烷氣流程，流程去向可以走兩路，一路去氣體分餾裝置低壓泄壓線，一路去火炬系統。當需要進行乙烷氣排放的時候，可以根據情況具體調整排放方向，原料攜帶乙烷氣量過大的時候，要直接向火炬線進行控制排放，以保證裝置后續加工的平穩，保證丙烯收率。

乙烷氣攜帶影響按照每月一次計算，影響時間一班次的丙烯產量20 t，解決這一問題，對丙烯收率的貢獻達到0.12%。

3.2 優化脫乙烷塔T2002操作

3.2.1 調整T2002進料位置

經過計算，當采用13層塔板的進料口時，較目前的15層塔板進料口，丙烯產品產量相對較多，乙烷氣中的丙烯含量降低，同時脫乙烷塔的能耗也將相應降低。故建議調整進料口位置至13層塔板。

3.2.2 控制T2002頂冷后溫度

通過實際操作調整，在保證塔頂壓力的情況下，T2002冷后溫度高低對于乙烷氣中的丙烯含量影響較大。當溫度控制在44～46 ℃情況下，乙烷氣中的丙烯含量下降近20%，對于裝置的丙烯收率有很大的貢獻。

實施前后產品收率變化見表5[5]。

表5 實施前后產品收率變化

Table 5 Yield before and after the change

項 目 實施前 實施后

加工量/（t·h-1） 28.87 31.57

原料中丙烯含量（mol），% 32.39 30.62

丙烯產量/（t·h-1） 6.692 6.981

丙烯產品純度（mol），% 99.8 99.6

丙烯回收率，% 84.42 85.07

3.3 優化丙烯精餾塔T2003操作

在目前裝置運行前提下，對于裝置操作參數進行相應的優化控制，對于降低丙烷中的丙烯含量，提高丙烯的收率有著重要的作用。經過對操作參數對應的丙烷分析數據分析統計，T2003操作參數優化優化參數見表6。

表6 T2003操作參數優化

Table 6 T2003 operation parameters optimization

項 目 運行

參數 優化后

參數

塔底溫度/℃ 56～58 58～61

中間回流/（t·h-1） 150～158 145

頂回流量/（t·h-1） 150～158 142～150

丙烷中丙烯含量，% 1～1.5 ≤0.8

丙烯收率提高，% - 0.16

通過對數據進行分析，優化運行參數后，丙烯收率提高0.16%，優化并降低回流量，對于塔頂冷卻負荷有一定的降低，利于丙烯的拔出率。

4 結 論

通過對影響丙烯收率的因素進行分析，提出相應的建議及操作優化措施，解決乙烷氣的問題，可以提高丙烯收率0.12%，T2002進料調整的優化，可以增加丙烯回收率0.65%左右。優化丙烯精餾塔的操作，降低塔T2003B頂回流量以及提高塔T2003A底溫度，降低塔底攜帶的丙烯量，可以提高丙烯收率0.16%。多措并舉，可以提高丙烯收率0.9%以上，提高裝置整體丙烯的收率和經濟效益。

參考文獻

[1]由宏軍，郭志軍，李豐華.氣體分餾裝置標定分析[J].當代化工，2003，32（3）：163-165.

[2]鐘錫海，陳奮龍，等.乙烯裝置丙烯塔運行運行問題分析與對策[J]. 石化技術與應用，2005，23（5）：380.

[3]劉秀喜、林明喜.高純氣體的性質、制造及應用[M].北京：電子工業出版社，1997-06.

[4]于數人.氣體分離工藝流程改造及效益分析[J].煉油設計，1998，28（6）：38.

[5]褚雅志.氣體分餾裝置若干問題的探討[J].年煉油設計， 1998，28（2）：18.