丙烯裝置操作優化與節能

趙俊云

山東泰特爾新材料科技有限公司 山東東營 257091

本公司丙烯裝置于2006 年2 月初建成，年加工量10 萬噸。隨著原料緊缺，公司外購的原料組成和作為設計依據的原料組成偏差較大，C2 等不凝氣及其它組分偏多，導致實際產出的丙烯比設計純度降低。為改變這種狀況，本人帶領團隊對丙烯裝置的操作參數進行了重新核算，針對不同原料情況、不同原因采用不同措施進行優化，取得了較好效果。

1 原料組份的對比優化

丙烯裝置由催化裂化生產的裂解氣經過三次精餾后最終在精丙烯塔頂得到高純度的工業丙烯。原設計中的丙烯原料組成與實際生產中的丙烯原料組成有所不同，丙烯原料組分中乙烷乙烯含量增加0．52%，丙烷含量下降了1．25%，而丙烯含量卻下降了8．15%，合計碳三組分摩爾百分含量合計下降9．40%，而碳四以上的烷烴含量增加3．03 個百分點，碳四以上的烯烴組分含量增加5．85 個百分點，合計碳四以上的烷烴烯烴組分摩爾百分含量增加8．88%，由此可以看出丙烯裝置的原料摩爾質量變重，裝置原料性質變化是：碳二等輕組分變多，碳三組分變少，碳四碳五組分變多，整體單位質量變重，在物料性質發生變化的情況下原設計院給出的設計操作溫度、壓力、回流比與實際操作參數就產生了偏差。例如設計院依據設計時物料組成給出T201 的操作壓力是2．10MPa，塔底溫度是108℃，T201 精餾塔的用途是將物料組分中的乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等C2、C3 從塔頂精餾出來，而C4、C5 及硫化氫等分子質量大的組分從塔底餾出。而物料性質變化后，物料中C2、C3 等物料組分變少，在精餾塔內分離時所需的熱量就變小，致使塔底重沸器在加熱升溫時，所需的溫度就不需要像設計時的溫度那樣高，因此說設計溫度高于最佳的理論操作溫度，需要降低塔底操作溫度，實際裝置操作中的最佳溫度是105±3℃；T201 的理論設計溫度高于了最佳操作溫度，造成更多的C4、C5 組分蒸到塔頂組分當中，為了塔頂餾出組分合格，就需要增大回流量將塔頂溫度降得更低，方可將過多的C4、C5 組分壓回塔底，這樣就導致塔頂回流量大于最佳理論回流量；在塔底溫度過高、塔頂回流量增大情況下，整塔的負荷上升，塔頂塔底的壓降增大，造成塔頂壓力高于最佳理論值，需要更多的塔底能量，浪費了蒸汽[1]。T202、T203 的情況也與之類似，由于組分的變化、加工量的變化，實際最佳操作溫度也與設計院給出的理論值產生較大偏差。此外，裝置根據市場情況的變化及要求，丙烯純度由99．6%降為99．2%，這對我們降低能耗、提高裝置效益進一步拓寬了優化操作的空間，因此實際操作進一步優化的潛力很大[2]。

2 計算適宜回流比，優化操作

當市場要求變化時，我們首先在T203（丙烯精餾塔）頂餾出產品上開始進行調整，我們依據從“回流量——→塔頂溫度——→塔頂壓力——→塔底溫度”的思路來逐個進行計算，再進行實際操作的調整，先進行T203—→到T202——→再到T201，從后到前不相互影響的順序進行。

2.1 優化回流，提高丙烯產量

根據原料液化氣中各組分的含量和相對揮發度，利用化工分離來核算回流量、操作壓力和操作溫度。按照多組分精餾計算方法，對于丙烯精餾塔，采用Kirkbride 經驗公式計算軟件，并繪制成了粗略估算丙烯精餾塔（塔盤數為160-170 層）回流量的C-R 曲線從丙烯純度與回流比的計算結果可以看出，當丙烯純度由99．6%下降到99．2%時，回流比可由14 下降到11，則回流量也可降低20%。當丙烯加工量為3．9 噸/小時時，設計回流量為31．3 噸/小時，這樣可計算的回流量為25 噸/小時，當加工量為4t/h-4．5t/h 時考慮到設計時給定的各參數都有余量，從實際運行中也發現，在低于設計回流量20%的情況下，丙烯裝置仍可生產純度為99．6%的精丙烯。因此在實際操作運行中把該值作為操作上限進行了一系列的調整。從實驗調整開始，我們對丙烯裝置的各塔的低溫、頂溫、頂壓及回流量參數進行了實驗研究，在保持丙烯精餾塔塔底溫度和塔頂壓力相對平穩的情況下，共進行了四種加工量（4 噸/小時-4．5噸/小時）下的12 種方案（回流量從23．33 噸/小時調整到28 噸/小時）的試驗，每種方案進行6-10 天，共持續了近4 個月（為保證數據準確可靠，對操作有較大波動的數據都進行了篩選）。

實驗證明：①在這幾個優化方案下操作，丙烯裝置整體物料收率相對較高，各精餾塔的操作也相對平穩，同時也可以看出：加工量（在12t/h-13．5t/h 之間）越大，丙烯產量也越高，但當加工量超過13．5t/h 時，由于脫乙烷塔塔底擋板高，丙烯精餾塔進料控制閥量程小以及塔頂冷卻器效果差等原因，操作平穩率會急劇下降，反而影響丙烯收率；②隨著回流量的減少（70t/h-84t/h）產品液化氣中丙烯含量有所下降，說明丙烯拔出率有所增加，但隨著回流量的減小，丙烯純度對蒸汽波動更加敏感，會造成丙烯純度下降，反而會影響丙烯產量和質量。

在實際操作中，這些方案只能作為參考，因為對于這樣一個對分離精度要求如此高的精餾塔來說，抗干擾能力相對較弱，任何大的干擾如外界氣溫、原料中的乙烷乙烯含量、丙烯含量、丙烷含量等都會直接影響各精餾系統的平穩操作，影響到操作參數的選取和丙烯的產量，甚至化驗分析數據的間斷性也制約著各個參數的準確性和可信度，所以以上數據還有待進一步摸索證實，不過從整體調整思路來看，本次對丙烯裝置操作參數的優化對丙烯產品質量和裝置平穩運行是非常必要的，且是可行的。

2.2 回流與節能

從能耗角度考慮，各精餾塔的溫度、壓力、回流量的降低能顯著降低裝置能耗。而操作壓力降低能增大原料組分的相對揮發度，反過來能進一步促使回流比的降低，有利于組分的分離[3]。適當提高各精餾塔進料溫度，可減少物料熱損失，減少塔底熱源蒸汽用量。計算表明，丙烯裝置各精餾塔回流量每降低1 噸，加熱能耗負荷可降低80-100KW；降低操作溫度能增大傳熱溫差，提高熱源利用率，減少熱源用量。我收集了從2013 年8 月份至2016 年12 月份裝置摸索回流量期間的能耗數據進行分析論證，在上述12 種方案下，對丙烯裝置丙烯精餾塔的溫度、壓力、能耗進行了比較，得出以下結論：

（1）回流量越小，操作壓力越低，分離所需要的溫度也越低，能耗也越低；

（2）回流每降低10 噸，塔壓可降低0．1-0．2MPa，能耗可減少1 個單位；

（3）在可控范圍內，進料溫度提高，塔底熱源能耗降低；

（4）在滿足要求的情況下，將脫乙烷塔塔底熱源蒸汽改用凝結水，充分利用凝結水的潛熱，減少熱損失；

回流量在一定范圍內調整時，頂底溫差基本保持不變，說明塔內丙烯分布變化不大，優化后的參數仍能滿足產品要求。從收率和能耗兩個方面綜合考慮，在保證產品質量合格，裝置平穩運行的情況下，能耗最低的為最佳。

經過對丙烯裝置各精餾塔操作的深度優化和理論結合實踐證明，在保證各產品質量和各精餾塔系統平穩操作的前提下，刨除統計數據期間的非正常開停工狀態和因其他特殊外界因素的影響，丙烯裝置的平均丙烯產量由調整前的87．61 噸/天，調整后增加到91．51 噸/天，增產3．90 噸/天（平均）；而裝置能耗也由原來的平均70．1kgEO/t（原料），下降為68．3kgEO/t（原料），下降了近2 個單位，比設計的91kgEO/t（原料）下降了22．7 個單位，節能降耗效果非常顯著。

3 結語

生產實踐證明，通過對丙烯裝置各精餾塔操作參數進行分析并實驗優化，不僅使丙烯產量由每天87．61 噸增加到了91．51 噸，而且裝置能耗也由70．1kgEO/t 降到了68．3kgEO/t，將丙烯裝置的能耗降低至最佳狀態，提高裝置的操作平穩率，這給具有同類情況的裝置提供了可參考的經驗。