氣體分餾裝置工藝優(yōu)化技術(shù)研究與運用

王衛(wèi)鳳

摘 要：結(jié)合氣體分餾裝置的實際特點，通過創(chuàng)新一體化價值技改模式， 提出丙烯塔上移抽出口、使用微分浮閥塔盤等多種技術(shù)創(chuàng)新方案，對氣體分餾裝置的工藝技術(shù)措施進行壓力、溫度等操作精準參數(shù)優(yōu)化，確保主產(chǎn)品丙烯的產(chǎn)量和純度，降低各塔熱負荷總和，既能滿足煉化生產(chǎn)的技術(shù)指標，又能實現(xiàn)石油煉化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效益的大力提升。

關(guān)鍵詞：氣分；裝置優(yōu)化；技術(shù)改進；增產(chǎn)保質(zhì)；參數(shù)精準

近年來，隨著聚丙烯工業(yè)的發(fā)展和液化氣的廣泛應用，市場對高純度丙烯、丙烷的需求日趨增升。進行氣體分餾過程工藝技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化研究，實現(xiàn)合理回收高純度丙烯帶來的可觀的生產(chǎn)經(jīng)營效益目標。

1流程概述

氣體分餾裝置的流程及分餾工藝原料氣組成分別見圖1。

由圖1可知，液化氣由蒸氣預熱到87°C，由泵打入脫丙烷塔T101，操作壓力一般在2.0MPa，溫度48°C，塔頂產(chǎn)物為乙烯、乙烷、丙烷和丙烯的混合物，塔底產(chǎn)物C4、C5組分進入C4精餾塔T104。塔頂餾出物進入脫乙烷塔T102，在壓力為3.0MPa、溫度59°C下進行操作，塔頂主產(chǎn)物為乙烷，塔底產(chǎn)物主要為丙烷和丙烯。T102的塔底產(chǎn)物進入丙烯塔T103，操作壓力1.5MPa，溫度30°C。Tl03的塔頂產(chǎn)物為精丙烯，純度為99.6%，塔底主產(chǎn)物為丙烷。脫丙烷塔T101的塔底產(chǎn)物泵入脫戊烷塔T105，操作壓力0.7MPa，操作溫度為56℃，T105塔底主產(chǎn)品為戊烷，組成塔頂產(chǎn)物是丁烯餾分。

根據(jù)以上分析，提出以下優(yōu)化方案：

首先，降低脫丙烷塔壓力。降低壓力，可以使輕重組分的相對揮發(fā)度增大，使之更容易分離。這樣，在滿足分離要求的前提下，可以減少回流比，也就減少塔頂冷凝器、塔底再沸器的熱負荷，減少其公用工程用量。根據(jù)優(yōu)化計算，該塔壓力由2.0MPa降低到1.5MPa，回流比由原設(shè)計值3.33調(diào)優(yōu)為2.3。

其次，降低丙烯塔壓力。同理，降低丙烯塔壓力，塔的壓力由原來的1.5MPa調(diào)整為1.2MPa，回流比由原來的22調(diào)整為19。

2 氣分裝置當前運行情況及存在問題

2.1脫丙烷塔進料中含有烯烴和二烯烴，在重沸器內(nèi)易發(fā)生聚合反應，產(chǎn)生的聚合物附著在管壁上，使重沸器導熱系數(shù)降低，熱阻增加。塔底重沸器結(jié)垢嚴重時導致塔底溫度升不上去，影響裝置處理量。出現(xiàn)這種狀況時，需要被迫停工清掃重沸器，工期一般需要5d，要停工清掃3～4次，這影響了整個氣分裝置的大負荷長周期運行。

2.2脫乙烷塔塔底重沸器使用1.0MPa蒸汽作為熱源，用量是7t/h，l.0MPa蒸汽價格約80元/1，增加了裝置運行成本。

2.3丙烯塔塔頂?shù)睦浜鬁囟雀撸瑢е卤┧僮鲏毫Ω撸绊懙奖┧到y(tǒng)的正常運行和丙烯、丙烷的產(chǎn)品質(zhì)量。由于粗丙烯的需求量增加，現(xiàn)有的側(cè)線抽出量增大，影響了丙烯塔的氣液相負荷和物料平衡，導致粗丙烯純度不合格。

3 各塔操作參數(shù)技術(shù)創(chuàng)新

3.1 脫丙烷塔新增加重沸器

在脫丙烷塔塔底采用阻垢劑，可減緩重沸器內(nèi)的結(jié)垢速度，但不能消除結(jié)垢現(xiàn)象，于是增加了一臺脫丙烷塔底重沸器。當在用的重沸器出現(xiàn)結(jié)垢時，可切換到備用的重沸器上。同時，將結(jié)垢的重沸器切除后進行清掃，作為備用重沸器使用。從實際運行來看，改造前后脫丙烷塔操作條件基本不變，新增加的重沸器可以滿足正常的生產(chǎn)要求。

3.2脫乙烷塔改用低溫位熱水加熱

脫乙烷塔的改造主要是塔底重沸器停用1.0MPa蒸汽，改由重油催化裝置87℃低溫位熱水加熱，原熱水經(jīng)水廠冷卻后返回裝置，脫乙烷塔底重沸器滿足生產(chǎn)要求。改造前使用1.0MPa蒸汽加熱，由于蒸汽溫位較高，易使重沸器內(nèi)烯烴和二烯烴聚合，導致重沸器結(jié)垢，改由重油催化裝置的低溫位熱水加熱，減少了水廠的冷卻負荷。由于熱水溫位較低，易控制，有利于脫乙烷塔的平穩(wěn)操作。改造前l(fā).0MPa蒸汽的用量是7t/h，蒸汽價格約80元/t，裝置開工運行時間按8000h/a計算，則每年可節(jié)約加工費用448萬元。

3.3丙烯塔上移抽出口

根據(jù)粗丙烯的需求量，在丙烯塔（B）增設(shè)一個第144層的粗丙烯抽出口，增加了粗丙烯的產(chǎn)量。

從表1中可以看出，抽出口由原來的136層和132層移至合適的144層，調(diào)整了塔內(nèi)的氣、液相負荷，改善了產(chǎn)品組成和分布，不僅提高了粗丙烯的抽出量和純度，滿足了生產(chǎn)需求，還提高了丙烷的純度。

4熱泵流程在丙烯塔系統(tǒng)中的運用

熱泵流程適宜于塔頂和塔底溫差值較小的分餾系統(tǒng)，因熱泵流程能將低溫位熱變成高溫位熱，以較少的能量獲得較多的可利用熱量。因此，在氣體分餾裝置的丙烯塔上用熱泵流程較為合理。目前，氣體分餾裝置中，熱泵流程大部分用于丙烷一丙烯餾分的分離，采用的流程多為開路壓縮式，壓縮工質(zhì)既有采用塔頂產(chǎn)品的也有采塔底產(chǎn)品。

在丙烯塔系統(tǒng)中，可以采用以塔底產(chǎn)品丙烷為工質(zhì)的開式熱泵流程，丙烯塔底高溫物料丙烷經(jīng)過節(jié)流控制閥絕熱膨脹，吸收自身熱能減溫減壓后，與塔頂?shù)木哂械蜏匚粺崮艿谋┰趽Q熱器一冷凝蒸發(fā)器內(nèi)換熱。丙烷吸收了丙烯的熱能后，由液態(tài)變成氣態(tài)，經(jīng)壓縮機施加一部分高品位熱能后返回塔底作為加熱的熱源；丙烯在換熱器內(nèi)冷卻后變?yōu)橐簯B(tài)，由回流泵送回塔頂以實現(xiàn)精餾過程。通過以上步驟，起到了利用低溫熱源給高溫物體加熱的目的，將塔頂冷卻器與塔底重沸器合二為一，節(jié)省了投資，大大降低了裝置能源，節(jié)約了加工成本。丙烯塔系統(tǒng)采用了熱泵精餾代替常規(guī)精餾，使塔壓由2.0MPa降為1.5MPa，提高了組分的相對揮發(fā)度，減小了回流比，冷卻水消耗量比常規(guī)流程減少75%，熱量節(jié)約80%，使裝置能耗下降約40%。

為了提高塔盤及機泵操作彈性的提高，有針對性使用清華大學發(fā)明的微分浮閥塔盤。將氣分裝置精餾塔的塔盤由普通的F1浮閥塔盤改造為采用微分浮閥塔盤。微分浮閥在閥頂開小孔，使氣液接觸更充分，其局部采用帶有導向作用的微分浮閥，可減小甚至消除塔板上的液面梯度和液體滯止區(qū)，提高鼓泡均勻度和分離效果，擴大處理能力。

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