碳四裂解裝置吸收穩定系統操作優化

李建軍

(洛陽煉化宏力化工有限責任公司 , 河南 洛陽 471012)

目前,公司混合C4裂解裝置分為反應再生系統和吸收穩定系統,裂解催化劑采用ZSM-5分子篩,具有較大的比表面積和酸性,在固定床反應器進行裂解反應生成干氣、丙烯液化氣和輕烴,采用吸收穩定的方法將液化氣與較重的組分再分離。反應再生系統主要設備有加熱爐、反應器以及富氣壓縮機。吸收穩定單元主要包括吸收塔、解吸塔和穩定塔,其作用是利用吸收與精餾的原理將來自富氣壓縮機的物料分為干氣、輕烴與含丙烯液化氣,其中丙烯液化氣用作氣分裝置的原料,其干氣以及C4、C5的含量直接影響氣分裝置的操作負荷以及產品穩定性,穩定輕烴用來回煉以及外賣,干氣主要用作加熱爐燃料,其余供燃氣管用廠內循環。C4裂解裝置自建立初期至開工至今,主要存在以下幾個問題:①當來料組分多變,吸收塔溫度控制不及時,常發生干氣不干的問題,也就是干氣中夾帶部分丙烯,易造成丙烯損失;②由于富氣壓縮機級間凝液罐不能自動排液,需要人工定時開級間凝液泵往解吸塔輸送物料,如若不能及時調整解吸塔進料流股流量與塔底再沸器熱量,塔溫以及塔壓將不可避免會產生波動,造成能量損失以及增加操作風險;③解吸塔中部溫度控制指標低于或者高于工藝卡片將增加穩定塔的操作負荷,影響穩定輕烴與丙烯液化氣的質量。本文以現有裝置工藝流程為基礎,從操作參數與上游工藝入手,分析產生上述問題的原因,提出優化解決的方案,從整體上解決問題。

1 工藝流程及生產存在的問題

吸收穩定單元流程圖見圖1。

圖1 吸收穩定單元流程圖

從化工一部來醚后C4、醚前C4進入萃取精餾系統拔出異丁烷組分,并富集C4烯烴進入C4裂解反應再生系統進行裂解反應。反應再生系統包括原料汽化器、反應器進出物流換熱、反應器進料加熱、反應器、反應產物冷卻以及催化劑再生等部分,從萃取來氣相混合C4與反應產物換熱,并加熱至400 ℃左右,最后在加熱爐內加熱到反應所需溫度520 ℃,進入反應器進行催化裂解反應。反應產物與反應進料換熱后再水冷,進一步冷卻至壓縮機入口所需的溫度,進入壓縮機。

吸收穩定單元主要包括吸收塔、解吸塔、穩定塔以及相連的冷換設備和儲罐。反應產物和解吸塔頂解吸氣經水冷并氣液分離后,液相進入解吸塔,氣相進入吸收塔底,與塔頂的吸收劑(C5以上組分)進行傳質,吸收塔頂的干氣作燃氣管網燃氣使用。塔底吸收液與產物混合、冷卻后進入油氣分離罐,為促進吸收,吸收塔設兩級中段循環回流冷卻。解吸塔底液相進入穩定塔,塔頂采出C3、C4組分進入氣分裝置,塔底液相經水冷至40 ℃后一部分C5以上產品作為本裝置的副產品送出界區;一部分經升壓后作為吸收劑送至吸收塔頂。

生產中存在的問題:①吸收塔效果未達到預期,導致塔頂干氣中夾帶部分丙烯并入火炬管網,易造成丙烯損失。②解吸塔中部溫度過低解吸不完全,部分不凝氣進入穩定塔,導致穩定塔產品不合格。③解吸塔進料流股流量不穩定,不及時準確調整塔底再沸器熱負荷,將會導致解吸塔甚至穩定塔不穩定操作,產生安全隱患。

2 原因分析

2.1 影響干氣質量的主要原因分析

2.1.1吸收劑流量與性質

通過工藝流程介紹可知,現有流程的吸收劑是穩定塔底的穩定汽油通過P-2109加壓后循環使用,循環量控制在10 m3/h。吸收劑主要組分為C5,由于吸收劑組成主要由反應再生單元催化劑裂解效果決定,不能隨意改變。通過理論研究可知,在一定壓力與溫度條件下,吸收劑組成與待吸收組分越相近時,吸收效果越好,也就是干氣越干。這就說明,吸收劑組分越輕吸收效果越好,在這一理論指導下,可以適當增加裂解深度來降低吸收劑相對分子質量。

2.1.2吸收塔吸收溫度控制

吸收塔頂與塔底設定操作壓力為1.08、1.11 MPa,吸收溫度≤40 ℃,低溫高壓有利于提高吸收劑與吸收質之間的傳質推動力,增強吸收效果。根據季節變化,適時開停一、二中回流泵,有利于調控吸收溫度。當回流泵達到最大負荷,吸收溫度仍居高不下時可適當降低氣分脫乙烷塔頂回流罐不凝氣來吸收塔流量,可一定程度上降低吸收塔底進氣溫度,保證吸收效果。在吸收塔操作壓力控制在一定值不變時,吸收溫度的變化將直接導致吸收塔頂干氣質量的變化,數據分析后變化結果見圖2。

圖2 吸收溫度與干氣中丙烯量數據統計圖

由圖2可知,在吸收塔壓力、吸收劑流量一定時,干氣中丙烯質量與吸收溫度在一定范圍呈正相關關系。在35 ℃以下,隨著吸收溫度的逐漸增加,干氣夾帶丙烯量很少,幾乎可忽略不計。35～40 ℃時吸收溫度升高,丙烯量緩慢增加,但低于0.6%。當吸收溫度>40 ℃時,干氣中丙烯量迅速增加,最高可達到3.5%。吸收塔的溫度變化是由多重因素引起的,當溫度升高時,由于吸收是放熱過程,不利于吸收的進行,造成貧氣中C3以上重組分增多。因此在實際操作時,應根據實際情況以及天氣情況及時調整吸收溫度,控制在40 ℃以下為宜。

2.2 解吸塔穩定控制主要因素分析

2.2.1進料流股流量控制

裂解的富氣產品經富氣壓縮機壓縮升壓后進入閃蒸罐V-2104,P-2104升壓后液相作為解吸塔進料,同時富氣壓縮機運行過程中不可避免產生級間凝液,這些液相通過級間凝液泵P-2103直接進入解吸塔。

解吸塔進料有兩股分別來自P-2104泵出口與P-2103泵出口。由于工藝流程原因,自P-2103來物料流股流量受級間泵開停狀態影響,當級間凝液罐液位高需要開級間泵時,解吸塔進料流股增大,為避免壓縮機出口凝液罐V-2104液位上漲過快,需要增大解吸塔進料流量,流量的增大將對解吸塔中部以及塔底溫度造成一定下降。如果升溫不及時,中部溫度過低,解吸不完全,塔底脫乙烷汽油將夾帶部分C2組分進入穩定塔,對穩定塔的操作造成一定難度,進而影響產品質量。

2.2.2塔底蒸汽熱負荷控制

當需要開級間泵時,提前15～20 min增加蒸汽流量約500 kg/h,E-2110物料返回塔盤至解吸塔底部。提升蒸汽負荷,最先影響的是塔底部物料,繼而通過氣液相接觸,輕組分逐漸上升。受解吸塔的水力學特性等原因影響,從開始升溫到解吸塔中部溫度變化需要15～20 min,級間凝液泵物料輸送到解吸塔時間可以忽略不計。因此對開級間凝液泵前對解吸塔進行預熱將極大地降低操作難度。

生產中發現,未預熱時中部溫度曲線上下波動,需要操作人員及時調整蒸汽流量及進料流量,預熱時溫度曲線幾乎呈現一條直線,可見在預熱的工況下,能夠長時間維持解吸塔中部溫度的穩定。

解吸塔中部溫度的控制是保證解吸塔穩定操作的重要參數,其變化的趨勢將直接影響穩定塔的操作與產品的質量。

2.3 穩定塔產品質量因素分析

2.3.1催化劑對穩定輕烴質量的影響

混合C4裂解制丙烯裝置由于其催化劑特性的原因,產品以氣相的富丙烯液化氣為主。催化劑剛投入生產使用時,其活性較高,在相同操作條件下,可能會使萃取C4深度裂解副產物增加,氣相中C2輕組分增加,造成油品過輕,飽和蒸汽壓高,這是由催化劑的特性決定的。催化劑再生1～2次之后,在正常操作條件下,穩定輕烴質量恢復正常。

2.3.2進料流量對產品質量的影響

解吸塔的不穩定操作將導致穩定塔進料流股有較大波動,通過控制穩定塔進料溫度(70 ℃),避免因進料溫度的變化導致塔盤上的氣液相平衡被破壞。進料流量的變化取決于解吸塔是否有級間凝液物料進入。進料流量變化對塔頂壓力、塔底液位的影響見圖3、圖4。

圖3 進料流量與塔頂壓力變化趨勢圖

圖4 進料流量與塔底液位變化趨勢圖

由圖3可知,當進料流量控制在25～33 m3/h時,塔頂壓力較為平穩,超過33 m3/h塔壓開始波動。在一定的再沸器熱負荷下,進料流量增加過多,塔內氣液相相平衡被破壞,傳熱傳質不均勻,導致塔壓力波動。

同理,當進料流量控制在25～33 m3/h時,塔底液位較為平穩,超過33 m3/h液位開始出現波動,這與進料量突然增大有關系。由此可見,維持穩定塔穩定操作的前提是對解吸塔底溫度以及流量的穩定控制,除了前面所述之外,還需要操作人員有提前預判的能力,需要一定的操作與理論水平,同時緩慢操作,這在一定程度上增加了操作的難度。

3 結論

經過長時間的研究探索,吸收溫度≤40 ℃,能夠將干氣中的丙烯組分控制在1%以下。解吸塔中部溫度控制在52～56 ℃,既能保證不過度解吸,也能保證穩定塔進料不會攜帶過多的輕組分。當需要控制級間凝液罐液位時,提前對解吸塔底再沸器熱負荷進行調整,能夠避免解吸溫度波動,增加操作平穩率。考察穩定塔進料對塔頂壓力、塔底液位以及穩定輕烴飽和蒸汽壓影響,發現維持進料溫度在70 ℃,進料流量控制在25～33 m3/h,穩定塔能夠平穩運行。