脫除氣分裝置丙烯中微量水的方法研究

高巍巍 王遠 劉毅

摘要：本文分析了遼陽石化公司氣體分餾裝置丙烯產品中水含量偏高的原因，從實際出發提出了通過提高脫丙烷塔頂溫與回流溫度差、提高脫乙烷塔頂溫與回流溫度差、選取合適的脫乙烷塔回流量與塔底出料量的比等有效脫除丙烯中水的操作調整方法，以及通過大檢修改造增加熱旁路提高脫乙烷塔脫水的穩定性和易操作性，實現降低丙烯產品中的水含量。

關鍵詞：丙烯 ?水含量 ?溫度差 ?回流量 ?熱旁路

1 問題的提出

遼陽石化分公司氣體分餾裝置于2018年9月建成投產，年設計處理量40萬t，是以催化裂化裝置脫硫液化石油氣（LPG）為原料[1]，產品丙烯作為商品銷售[2]。在設計時，氣分裝置產出的丙烯只需滿足合格品指標，因此并沒有設計專用的脫水設施，只要控制丙烯水含量不大于50 mg/kg即可，在開工初期丙烯產品中的水含量偏高，但丙烯純度等指標均已高于優級品指標，為提高丙烯產品附加值[3]，需要將制約丙烯產品品級提升的水含量降低。

從表1中可以看出，在近1個月的運行中，丙烯產品水含量較高且波動較大，需要查找方法來降低丙烯中水含量。氣分裝置流程圖如圖1所示.

2 丙烯中水來源分析

第一，氣分裝置原料液化氣經液化氣脫硫裝置堿洗[4]和水洗時，會使液化氣中夾帶少量水，這些水包括游離水及飽和水。

第二，液化氣脫硫裝置液化氣外送量大幅波動，會造成液化氣中夾帶游離水過多，這是造成水含量大幅波動的主要原因。

第三，溶解于液化氣中的飽和水，溶解的水量與操作溫度壓力有關，降低溫度和提高壓力有利于降低水在液化氣中的溶解度，使飽和水析出成為游離水，游離水可以通過水包脫水的方式進行分離脫除，而殘留在液化氣中的飽和水的量決定了丙烯產品的水含量，因此需要重點研究如何通過操作手段降低液化氣中的飽和水以達到降低丙烯產品水含量的目的。

3 ?脫除飽和水的措施

從裝置的實際情況出發，在不考慮投入較多的技改投資[5]的前提下，采用以下技術手段進行操作調整。提高氣分裝置脫丙烷塔頂溫與回流溫度差和脫乙烷塔頂溫與回流溫度差，控制脫丙烷塔塔頂溫度和脫丙烷塔回流罐冷后溫度差在11℃以上，回流罐冷后溫度控制在28～30℃，回流比控制在3.0左右，促進液化氣中飽和水在低溫下的析出。控制脫乙烷塔塔頂溫度和脫乙烷塔回流罐冷后溫度差在11 ℃以上，兼顧D103壓力和溫度的制約關系，在保證丙烯中二氧化碳和氧氣合格的基礎上，盡量減少燃料氣的排放，以提高D103的壓力，促進液化氣中飽和水的析出。

經過以上操作可以穩定丙烯中水含量小于20 mg/kg，但仍存在水含量的波動，經分析為春季晝夜溫差大，復合式空冷啟停較頻繁，丙烯水含量升高與脫丙烷塔頂復合式空冷出口溫度波動有較大的關聯關系，詳見表2。

控制脫丙烷塔頂復合式空冷出口溫度不低于34 ℃，減少空冷出口溫度的波動，一方面減少液化氣中飽和水在空冷管束中的析出，另一方面避免因溫度的突然升高使析出的游離水再次溶解進液化氣中，造成產品丙烯中的水含量波動。

受處理量增大和夏季氣溫升高的影響，丙烯中的水含量有升高的趨勢。通過提高脫乙烷塔回流量，使更多的液化氣經脫乙烷塔回流罐脫水。氣相組分從塔頂蒸出后經過冷卻，水在回流罐中析出，脫水后的液化氣又作為回流打入塔頂，攜帶更多的水分從塔頂蒸出，再經過冷卻又析出部分水，經過反復循環，使塔內液化氣大部分得到脫水，未經過脫水的液化氣與脫水后的液化氣混合后，經過中和使得丙烯產品水含量下降。將回流量與塔底出料量的比值定義為D，當冷后溫度一定時，調整回流量與塔底出料量的比值，觀察到丙烯水含量與D值有較強的相關性，且D值等于1.5時，可以達到最佳的脫水效果，詳見表3。

但是由于原料液化氣中干氣等含量較低，脫乙烷塔冷后溫度降低后，脫乙烷塔回流罐壓力隨之降低，一方面回流罐壓力降低后不利于飽和水的析出，另一方面由于脫乙烷塔塔頂和回流罐壓差較大，限制了回流泵流量的提高，不利于通過提高回流量來降低液化氣中的水含量。

2019年利用大修時機對脫乙烷塔進行改造，在脫乙烷塔頂回流罐增加熱旁路線[6]，提高回流罐壓力穩定性，提高不凝氣排放量和冷后溫度控制的靈活性，解決了冷后溫度和回流罐壓力這一矛盾，在回流罐中形成了相對高壓低溫有利于降低水的溶解度的環境，提高了飽和水的析出量，也解決了回流泵流量的難以提高的瓶頸，經過改造后，丙烯中的水含量長期穩定在10 mg/kg以內，詳見表4。

脫乙烷塔頂回流罐增加熱旁路后，保持回流量與塔底出料量比值在1.5左右，丙烯中水含量穩定小于10mg/kg。

最后在裝置冬季操作時要控制好脫水包溫度，各回流罐在防凍的基礎上盡量減小脫水包伴熱線開度，防止脫水包析出的水回溫后重新進入丙烯中。

4 結語

通過加大脫丙烷塔和脫乙烷塔塔頂物料與回流溫差，提高脫乙烷塔回流量，維持脫乙烷塔回流量與塔底出料量的比值在1.5，可以有效解決丙烯產品中水含量超標的問題;增加脫乙烷塔頂回流罐增加熱旁路線不僅有利于提高回流罐壓力穩定性，也有利于丙烯產品的深度脫水，實現穩定產出優極品丙烯。

參考文獻

[1] 姜魏.化工生產中氣體分餾裝置的基本原理及工藝流程[J].化工設計通訊，2017，43（10）：79，81.

[2] 侯雨璇，王紅秋，鮮楠瑩.世界丙烯生產技術進展與經濟性分析[J].現代化工，2020，40（10）：60-65.

[3] 孔慶歡，潘曉帆.600kt/a氣體分餾裝置的工藝模擬優化[J].石油煉制與化工，2021，52（6）：96-102.

[4] 李凱，張苡源，楊磊，等.基于流程模擬對脫硫醇裝置纖維膜結垢傾向預判[J].石油煉制與化工，2021，52（3）：83-86.

[5] 朱瑩.氣體分餾裝置丙烯損失影響因素分析及工藝優化[J].石化技術與應用，2021，39（4）：276-278+285.

[6]葉輝.48萬噸/年氣體分餾裝置脫丙烷塔運行及優化[J].石化技術，2017，24（12）：44.BE7B49A7-BB89-4384-B0BD-08972D762372