丙烷脫氫裝置中產品分離塔操作要點淺析

劉玉花，張志恒，肖紅

（北洋國家精餾技術工程發展有限公司，天津300072）

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丙烷脫氫裝置中產品分離塔操作要點淺析

劉玉花，張志恒，肖紅

（北洋國家精餾技術工程發展有限公司，天津300072）

摘要：針對丙烷脫氫裝置產品分離塔的特點，提出了產品分離塔的操作原則；結合實際開車過程中遇到的問題，進一步探討了產品分離塔的操作要點，為今后丙烷脫氫裝置中產品分離塔及相關精餾裝置的操作運行提供了建設性意見。

關鍵詞：丙烷脫氫；產品分離塔；精餾；操作原則；操作要點

丙烯是一種重要的石油化工中間體，是三大合成材料的基本原料，主要用于生產聚丙烯、丙酮、丙烯酸、丙烯腈、異丙醇、羰基醇、異丙苯和環氧丙烷等化工產品。近年來，由于丙烯下游產業的迅猛發展，帶動了國內丙烯的需求量激增，蒸汽裂解工藝和催化裂化工藝等傳統丙烯生產工藝已不能滿足市場需求［1］。丙烷脫氫制丙烯工藝由于具有技術成熟、產品質量好、轉化率高、副產物少等優點，迅速脫穎而出，其市場占有率不斷增加。

目前比較成熟的丙烷脫氫制丙烯工藝有：UOP公司的催化脫氫（Oleflex）連續移動床工藝、CBI lum?mus公司的Catofin循環多反應器系統工藝、Krupp Uhde公司的STAR工藝、Linde-BASF公司的PDH工藝等［2，3］。

國內某公司擁有一套丙烷脫氫裝置，采用的是CBI lummus公司的Catofin丙烷脫氫工藝，該工藝分為反應、壓縮、回收和精制4部分，其工藝流程如圖1所示。

圖1　Lummus公司Catofin工藝流程

目前該裝置處于高負荷穩定運行中。本文主要是針對丙烷脫氫裝置產品分離塔的特點，提出了產品分離塔的操作原則；結合實際開車過程中遇到的問題，進一步探討了產品分離塔的操作要點，為今后丙烷脫氫裝置中產品分離塔及相關精餾裝置的操作運行提供了建設性意見。

1　產品分離塔的介紹

丙烷丙烯產品分離塔是丙烷脫氫裝置中的核心塔器，其運行狀態關系到整套裝置的穩定性并影響到整套裝置的經濟效益。產品分離塔的進料來自于脫乙烷塔塔釜，其主要組成是丙烷和丙烯以及少量的乙烷及碳四等重組分；產品指標要求為：塔頂丙烯純度99.6%（mol），塔釜丙烷中丙烯含量3% （wt）。

丙烷丙烯產品分離塔一般有兩種工藝，一是常規的高壓精餾分離工藝，其具有操作壓力高、溫度高等特點；二是低壓熱泵精餾工藝，相比高壓精餾，其所需的能耗較低，但一次投資較大［4］。本裝置采用的是高壓精餾分離工藝，操作壓力1.8MPaG兆帕。與傳統丙烯生產工藝一樣，由于丙烷丙烯的相對揮發度接近于1，因此丙烷丙烯產品分離塔需要較大的回流比和較多的塔板數。本裝置的回流比約為22，上下兩塔串聯，塔板數240層左右。與傳統工藝不同的是，丙烷脫氫裝置的設計噸位一般較大，丙烷丙烯產品分離塔不但塔板數多，塔徑也較大。

串聯的上下兩臺大塔形成了一個龐大的系統，因此在實際操作中，系統的反應比較慢，滯后性明顯，這對實際的生產操作提出了較高的要求。

2　產品分離塔的操作原則

通過對產品分離塔的試車、開車和生產操作經驗進行總結發現，保證該塔的物料、熱量平衡是系統穩定操作的基礎。在裝置運行中，必須掌握好該塔的操作原則，才能保證系統的穩定性。鑒于此塔系統大，反應慢，并根據實際開車中遇到的問題，我們總結產品分離塔的操作原則為：慢調微調。無論是增減回流量、調整處理量、加減蒸汽量，都要做到慢調微調。系統冷熱負荷的大小要根據處理量的變化進行相應的調整，且要注意調節順序，以保證調節過程中產品達標。準備提高系統的處理量時，先微調回流量，待回流量增大后，再緩慢增加處理量與蒸汽量；準備降低系統的處理量時，先微調處理量，待處理量減小后，再緩慢減少蒸汽量與回流量。因調整負荷時改變了物料平衡，要建立新的氣液平衡，達到一個新的平衡點需要一定的時間。所以負荷調整宜小不宜大，宜緩不宜急，做到微調慢調，以保證產品質量。

3　產品分離塔的操作要點

在產品分離塔的試車、開車和生產操作期間，在與現場操作人員的溝通中發現操作人員對影響此塔平穩運行的主要因素把握不好，遇到相關問題，不知道該如何操作調節。因此本文將在此闡述影響產品分離塔的主要因素及操作要點，為同類裝置的現場操作人員提供指導，以保證裝置的穩定運行。

影響產品分離塔平穩運行的主要因素有：處理量（進料量、塔頂采出量、塔釜采出量）、操作壓力、回流比、塔頂冷負荷（塔頂溫度）、塔釜熱負荷（塔釜溫度）。主要操作要點如下。

3.1處理量

處理量影響的主要是產品分離塔的物料平衡及塔內的氣液負荷。當處理量變化時，塔頂采出量及塔釜采出量應隨之相應變化，以保持塔的物料平衡。處理量最好保證處于設計范圍內，以保證塔盤效率的發揮和塔的穩定運行。當處理量較設計值低時，可通過增大回流量，以維持塔內的氣液平衡，保證塔板效率的充分發揮，從而保證分離效率和產品指標。若現場想試探塔的上限，在緩慢調大處理量的同時，要著重注意觀察產品指標及塔板壓降。

3.2操作壓力

產品分離塔的正常操作是基于一定壓力進行的，塔的壓力是產品分離塔控制最重要的指標。產品分離塔的操作，必須先把塔壓控制在規定的指標內，再相應調節其它參數。裝置運行中，如果塔的操作壓力發生波動，將影響全塔的物料平衡、熱量平衡及產品質量。

若開車過程中，出現塔壓過高，首先要考慮是熱平衡的問題。若相對于塔釜輸入的熱負荷，塔頂輸入的冷負荷較小，則塔頂氣相無法完全冷凝下來，將導致塔頂壓力升高，此時需要檢查冷熱負荷。若出現塔壓過低，需要緩慢增大塔釜熱負荷，減小塔頂冷負荷或通過塔頂壓力控制旁路實現。

本裝置產品分離塔塔頂壓力控制類型為熱旁路控制法，其連接方式為產品分離塔塔頂氣相主管線經塔頂冷凝器冷凝后進入回流罐，在主管線引一支管道回流罐頂部，此管線上設一調節閥，取壓點在塔頂或主管線上，具體連接方式如圖2所示。

圖2　塔頂壓力熱旁路控制圖

熱旁路控制法的作用原理為：調節主副管線內的物料量實現塔頂壓力控制。如果塔頂壓力小于設計值，調節閥開大，回流罐的壓力立即與塔頂壓力相等。由于冷凝器位置低于回流罐，回流罐內的物料，從罐底流入冷凝器內，并充滿冷凝器，使冷凝器的冷卻管不能對產品分離塔的氣相物料冷凝，塔頂的氣相物料則無法被冷凝而憋壓。而此塔塔釜仍在供熱而產生大量上升氣量，因此塔頂的壓力增加。若精餾塔頂壓力高于設定值時，則熱旁路上的調節閥需完全關閉。

此裝置的產品分離塔，在運行的一個階段內，熱旁路的控制閥完全關閉后，塔壓依然高于設計壓力，尤其是提高處理量時，塔壓升得更高。根據前述的分析，現場對塔頂的冷凝器和冷卻介質進行了檢查后發現，冷卻介質循環水的水質出現了問題，導致傳熱性能下降，從而導致塔頂冷負荷不足，進而導致塔壓升高。

3.3回流比

在一定操作壓力下，回流比是影響產品分離塔產品質量的關鍵因素。裝置運行中，可通過調節回流比來調節、控制產品的質量。在允許負荷內，增大回流比，有助于提高產品質量；但若塔內負荷超過允許氣液負荷，增大回流比，反而會引起塔盤效率的下降，甚至會導致塔內液泛及塔壓超限，破壞塔的正常操作，因此對回流比的控制要靈活，不能過于教條。當生產狀況比較穩定時，要摸索需要的最小回流比，以降低裝置能耗；當生產狀況波動較大時，是適當加大回流比，以保證產品達標。

3.4塔頂溫度、塔底溫度

在一定的操作壓力下，塔內操作溫度與組分是相關的。當塔頂溫度升高時，說明塔頂物料中重組分變多。若塔釜溫度也隨之升高，說明系統的冷熱負荷不平衡而導致，此時需要緩慢增大冷負荷，調小熱負荷。若塔釜溫度降低，則說明整塔的分離效率不足，輕重組分未分開，此時需檢查塔板壓降是否增大，并緩慢降低處理量。當塔頂溫度降低時，說明塔頂物料中重組分變少。若塔釜溫度也隨之降低，說明系統的冷熱負荷不平衡而導致，此時需要緩慢增大熱負荷，減小冷負荷；若塔釜溫度升高，則說明分離效率變好。

3.5塔頂冷負荷、塔釜熱負荷

塔底上升蒸汽和塔頂液體回流保證了產品分離塔內的氣液傳質，是維持精餾過程穩定操作的必要條件。塔底熱負荷是產品分離塔熱量的主要來源，通過調節塔底熱負荷，可以控制上升蒸汽量及塔底產品指標。塔頂冷負荷是實現塔頂回流的必要條件。通過調節塔頂冷負荷的大小，可以控制塔頂的回流量或回流溫度，從而控制塔頂產品指標。在操作過程中，冷熱負荷大小的調節一般是分別通過調節循環水量和加熱蒸汽量實現的。在冷熱負荷的調節過程中，由于產品分離塔系統較大，一定要微調慢調。

當進料量、進料組成或進料熱狀況發生變化時，塔頂的冷熱負荷均應隨之變化，以維持系統的熱量平衡，實現系統輸入的冷量與輸入的熱量相等。

本裝置在運行的過程中，遇到過這樣一個問題：在炎熱的夏天，塔釜部分板壓降隨著日曬的時間而出現周期性的變化。仔細分析，我們就會發現這是由于系統輸入的冷熱負荷不平衡而導致的。夏日中午氣溫較高，循環水的水溫上升，導致系統輸入的冷負荷較其它時間段減少，而此時塔釜的熱負荷并未減小。即相對于系統輸入的冷量，輸入的熱量較多，塔釜上升蒸汽量較大，因此塔釜的氣液負荷較大，從而造成塔釜部分板壓降較其它時間段稍高。

由于本系統較大，在實際運行中，若遇到此種情況，只要塔處于穩定運行中，產品指標達標，則可以維持這種操作，不必因此去調整塔釜的熱負荷。

3.7塔板壓降

對于產品分離塔這一加壓塔而言，塔板壓降影響的主要是傳質效率與能耗。對于板式塔而言，一定的塔板壓降有助于提高傳質效率，但過高的塔盤壓降，則會導致能耗增大且影響塔的穩定操作。因此在保證板效率的前提下，要力求減小板壓降以降低能耗及改善塔的操作性能。

此外，實際生產中，塔板壓降是可快速并及時反映塔內操作狀態的一個重要參數。塔板壓降會隨著塔內氣液負荷的增大而緩慢增大，這種現象是合理的，遇到這種現象不必驚慌，只要整塔處于穩定操作，產品指標合格即可。

但若塔板壓降快速增大，首先要考慮的是整塔液泛，此時一定要先逐漸降低處理量，然后慢慢降低塔釜熱負荷，再次相應漸漸降低塔頂的回流量。若經過這樣調整后，整塔恢復平穩運行，則說明之前的處理量已達到上限。

4　結論

4.1針對丙烷脫氫裝置產品分離塔系統大的特點，提出了產品分離塔的操作原則為微調緩調，調節幅度宜小不宜大，宜緩不宜急。

4.2結合實際開車過程中遇到的問題，進一步探討了產品分離塔的主要影響因素有處理量、操作壓力、回流量、塔頂冷負荷及塔釜熱負荷。

4.3圍繞著主要影響因素，闡述了系統的操作要點，為今后丙烷脫氫裝置中產品分離塔及相關精餾裝置的操作運行提供了寶貴的經驗及關鍵性指導意見。

參考文獻：

［1］李麗.丙烷脫氫制丙烯的技術經濟型探討［J］.化工管理.2015，1∶109.

［2］AITANI A M.Advances in Propylene Production Routes［J］.Oil Gas European Magazine，2004，20（1）：36-39.

［3］王培超，曹世凌，伍寶洲，劉潤玲.丙烷脫氫制丙烯的工業應用探討［J］.中外能源.2015，20（5）∶85-89.

［4］劉閣飛.丙烯塔采用熱泵工藝與常規精餾工藝的對比分析［J］.現代化工.2008，28（1）∶102-104.

Analysis of operating points of product separation column in propane dehydrogenation unit

LIU Yu-hua，ZHANG Zhi-heng，XIAO Hong
（National Peiyang Distillation Technology Engineering Limited Company，TianJin 300072）

Abstract:According to the characteristics of product separation column in propane dehydrogenation unit，operating principles of product separation column was proposed.Combined with problems encountered during actual production，Operating points of product separation column was further explored.All those provide guidance to the operators of product separation column in propane dehydrogenation unit and related distillation units.

Key words：propane dehydrogenation；distillation；rectification；operatingprinciples；operatingpoints

doi：10.3969/j.issn.1008-1267.2016.01.011

中圖分類號：TQ051.8+1

文獻標志碼：C

文章編號：1008-1267（2016）01-0031-04

收稿日期：2015-09-15