編 輯 | 化工活動家

來 源 | 乙烯工業(yè)

作 者 | 黃登勝等

關(guān)鍵詞 | 脫乙烷塔  存在問題  系統(tǒng)優(yōu)化

共 2616 字 | 建議閱讀時間 13 分鐘

導(dǎo) 讀

中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司2號乙烯裝置采用Lummus順序分離流程，裂解氣干燥預(yù)冷后，經(jīng)脫甲烷系統(tǒng)脫除氫氣、甲烷等輕組分，由脫甲烷塔塔釜得到碳二及碳二以上餾分，送入脫乙烷塔。脫乙烷塔頂分離出碳二餾分送入碳二加氫反應(yīng)器脫除乙炔，脫乙烷塔釜液則為C3+餾分，送至脫丙烷塔進(jìn)一步分離。

2002年乙烯裝置擴(kuò)建后，裂解氣干燥預(yù)冷后首先進(jìn)入增設(shè)的1號預(yù)切割塔，塔頂分離出不含C3+餾分，送至深冷及脫甲烷系統(tǒng)；塔釜分離出不含C1-餾分，經(jīng)過裂解氣干燥器出口冷卻器(E-220A/B)和低壓脫丙烷1號冷卻器(E-472)回收冷量后送入2號預(yù)切割塔進(jìn)行汽提切割。2號預(yù)切割塔塔釜分離出不含碳二的C3+餾分進(jìn)入高壓脫丙烷塔，塔頂餾分分兩股進(jìn)入脫乙烷塔進(jìn)行分離。脫乙烷塔頂所得碳二餾分和脫甲烷塔碳二餾分匯合后送入碳二加氫反應(yīng)器脫除乙炔，塔釜餾分送至高壓脫丙烷塔進(jìn)一步加工。圖1為乙烯裝置脫乙烷塔前向預(yù)切割流程示意。

脫乙烷操作壓力為1970~2110kPa，塔頂溫度控制小于-17℃，靈敏板溫度控制在29~35℃，塔釜溫度控制在60℃。塔釜采用急冷水加熱，塔頂冷凝器采用-27℃丙烯冷劑進(jìn)行部分冷凝，冷凝下來的液體作為回流，通過送至碳二反應(yīng)器的流量來控制塔壓。裝置正常運(yùn)行時，脫乙烷塔頂溫度要求控制在-20℃以下，才能滿足塔頂丙烯含量(摩爾分?jǐn)?shù))小于0.3%的要求。

脫乙烷塔運(yùn)行現(xiàn)狀

獨(dú)山子2號乙烯裝置在滿負(fù)荷運(yùn)行時，脫乙烷塔時常發(fā)生塔頂溫度高，塔頂物料進(jìn)入碳二加氫反應(yīng)器，入口碳三在線分析(摩爾分?jǐn)?shù))一般為1.0%，最高時達(dá)到1.5%。塔頂物流中夾帶過高的丙烯，一方面造成丙烯產(chǎn)品損失，另一方面對乙炔加氫和輕烴裂解爐的運(yùn)行造成不利影響。同時，塔釜餾分波動大。經(jīng)常在15500~18500kg/h波動。當(dāng)塔釜流量大于17500kg/h時，塔釜在線分析乙烷超標(biāo)，塔釜碳二餾分進(jìn)入高壓脫丙烷塔，最終進(jìn)入丙烯精餾塔，導(dǎo)致丙烯產(chǎn)品乙烷超標(biāo)不合格。通過降低脫乙烷塔靈敏板溫度，優(yōu)化脫乙烷塔兩股進(jìn)料流量分配等方法，試圖降低塔頂丙烯含量和塔釜乙烷含量，雖有改善，但仍時常發(fā)生超標(biāo)，未解決根本問題。

原因分析

01

脫乙烷塔進(jìn)料分析

脫乙烷塔的兩股進(jìn)料來自2號預(yù)切割塔塔頂物料，設(shè)計下部進(jìn)料為15.1℃氣相進(jìn)入脫乙烷塔的第28塊塔板，上部進(jìn)料經(jīng)過冷箱(E-350X)冷卻、裂解氣預(yù)冷換熱器(E-211)冷凝至-12.5℃后，以全液相的形式進(jìn)入脫乙烷塔的第14塊塔盤。脫乙烷塔關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計值對比見表1。

由表1可知：脫乙烷塔實(shí)際運(yùn)行回流量與設(shè)計值相近，回流溫度低于設(shè)計值，但塔頂氣相中夾帶過多的丙烯。由于脫乙烷塔運(yùn)行狀態(tài)長期偏離設(shè)計值，即下部進(jìn)料溫度操作值高于設(shè)計值，進(jìn)料量比設(shè)計值小；上部進(jìn)料溫度高于設(shè)計值，實(shí)際操作進(jìn)料量大于設(shè)計值。為此，通過對兩股進(jìn)料重新分配進(jìn)行測試，結(jié)果使脫乙烷塔塔頂溫度升高。

從2號預(yù)切割塔塔頂在線分析可知，2號預(yù)切割塔塔頂碳四含量(摩爾分?jǐn)?shù))在7%~9%，設(shè)計值為2.1%。脫乙烷塔上部進(jìn)料組分重、溫度高于設(shè)計值，進(jìn)入脫乙烷塔第14層塔盤，下部進(jìn)料溫度高，進(jìn)入脫乙烷塔第28層塔盤。兩股進(jìn)料溫度均高于設(shè)計值，造成脫乙烷塔精餾段熱負(fù)荷過大，過熱量需要更多的冷量來平衡。當(dāng)塔上部冷量不足，無法平衡時，會造成塔頂溫度上升，碳三含量升高，部分冷凝的碳三使脫乙烷塔回流溫度升高，進(jìn)一步使塔頂溫度升高，塔頂夾帶更多的碳三。

02

脫乙烷塔塔釜出料分析

在裝置負(fù)荷穩(wěn)定裂解原料未發(fā)生變化情況下，脫乙烷塔塔釜外送量比設(shè)計值大很多(去除儀表測量誤差仍高于設(shè)計值)，即提餾段負(fù)荷過大。脫乙烷塔塔釜物料的來源為2號預(yù)切割塔塔頂，脫乙烷塔進(jìn)料負(fù)荷增大，導(dǎo)致脫乙烷精餾效果下降，塔釜在線分析乙烷含量超標(biāo)。塔釜碳二餾分進(jìn)入高壓脫丙烷塔，碳二餾分在高壓脫丙烷系統(tǒng)屬于輕組分，從塔頂送出最終進(jìn)入丙烯精餾塔，導(dǎo)致丙烯產(chǎn)品乙烷超標(biāo)。

03

2號預(yù)切割塔分析

2號預(yù)切割塔為汽提塔，進(jìn)料位置在第1層塔盤，該塔共37層塔盤，要求控制塔釜中不含碳二。預(yù)切割進(jìn)料和塔頂物料運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計值比較見表2。

由表2可知：2號預(yù)切割塔進(jìn)料為氣液兩相進(jìn)料，進(jìn)料溫度較設(shè)計值高7℃以上。在實(shí)際操作中，當(dāng)進(jìn)料溫度高于20℃時，塔釜外送量明顯減少，塔頂外送氣相負(fù)荷明顯增大。分析判斷2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度升高，氣液兩相溫度和組成變化較大，進(jìn)料在塔頂閃蒸，部分組分直接從塔頂進(jìn)入脫乙烷塔，導(dǎo)致塔頂去脫乙烷塔量增大，并夾帶過多的碳四組分，不僅增大了脫乙烷塔的處理量，也降低了脫乙烷塔的精餾效果。

問題的解決

1

降低2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度及頂溫

首先通過減小2號預(yù)切割塔塔釜加熱量來降低其頂部溫度。在保證塔釜物料中不含碳二的情況下，通過降低靈敏板溫度來降低塔釜加熱量。在操作測試中，將2號預(yù)切割塔靈敏板溫度由58℃降至55℃，2號預(yù)切割塔塔頂溫度基本無變化。

 

2號預(yù)切割進(jìn)料來自1號預(yù)切割塔釜，1號預(yù)切割塔塔釜物料(設(shè)計溫度23.3℃、壓力3.482MPa、流量39352kg/h)經(jīng)過節(jié)流控制閥降溫降壓后，首先經(jīng)E-220A/B為裂解氣降溫，再經(jīng)E-472回收冷量后進(jìn)入2號預(yù)切割塔第1層塔盤(設(shè)計溫度為13.2℃、壓力2.385MPa)。在裝置負(fù)荷穩(wěn)定的情況下，E-220A/B熱負(fù)荷基本穩(wěn)定，無法調(diào)節(jié)，只能通過調(diào)整低壓脫丙烷塔來降低E-472的熱負(fù)荷，以此降低2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度(見表3)。

由表3可知：當(dāng)2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度由22.8℃降至19.8℃后，其塔頂溫度也隨之降低3℃，塔釜外送量增加明顯，脫乙烷塔塔釜外送量明顯減少，隨后脫乙烷塔塔釜外送乙烷含量和塔頂溫度緩慢下降。

2

技術(shù)改造降低2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度及頂溫

2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度偏離設(shè)計值，究其原因?yàn)椋旱蛪好摫樗僮鞴r的變化，塔頂溫度比設(shè)計值高8℃左右，導(dǎo)致E-472的熱負(fù)荷增大。為確保碳四產(chǎn)品合格，低壓脫丙烷塔優(yōu)化操作彈性小，塔頂溫度一直偏高。

 

為有效降低E-472的熱負(fù)荷，對1號預(yù)切割塔釜物料去E-472進(jìn)行技改增加旁路線。技改投用后，通過緩慢調(diào)節(jié)旁路閥開度，使2號預(yù)切割塔進(jìn)料溫度降至18℃，2號預(yù)切割塔塔釜外送量明顯增加，而脫乙烷塔釜外送量明顯減少，隨后脫乙烷塔頂碳三含量(摩爾分?jǐn)?shù))很快降至0.3%以下，塔釜液中碳二含量也降至60mL/m3以下。

3

技改投用后對裝置其他相關(guān)系統(tǒng)的影響

調(diào)節(jié)E-472的旁路，增大了低壓脫丙烷塔E-411的熱負(fù)荷。E-411采用-6℃丙烯作為冷劑，汽化后進(jìn)入丙烯制冷壓縮機(jī)三段吸入罐。三段吸入罐-6℃的氣相丙烯大部分進(jìn)入乙烯精餾塔再沸器(E-408)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入換熱器的氣體的流量來控制乙烯精餾塔釜加熱。E-411汽化量的適當(dāng)增大，避免了前期操作中通過開大三段防喘振來調(diào)整E-408加熱量，也避免了開三段防喘振時三段氣相直接通過E-408竄入丙烯制冷壓縮機(jī)二段吸入罐。適當(dāng)調(diào)節(jié)E-472旁路，優(yōu)化了丙烯制冷壓縮機(jī)的操作，降低了2號預(yù)切割塔塔頂溫度和塔頂去E-350X的熱負(fù)荷，有效節(jié)約了冷量，降低了丙烯制冷壓縮機(jī)的制冷功耗。

優(yōu)化后

經(jīng)濟(jì)效益

通過優(yōu)化脫乙烷塔前向預(yù)切割操作，使2號預(yù)切割進(jìn)料溫度降低4℃，脫乙烷塔的進(jìn)料溫度下降3~4℃，進(jìn)料量適當(dāng)降低，脫乙烷塔頂溫可以穩(wěn)定控制在-20℃以下，塔頂丙烯損失(摩爾分?jǐn)?shù))從優(yōu)化前的1%降低到0.2%~0.3%。按碳二加氫反應(yīng)器的進(jìn)料量為36000kg/h計，優(yōu)化前丙烯損失約360kg/h，優(yōu)化后丙烯損失約為108kg/h。按照丙烯的內(nèi)部價格4000元/t計算，優(yōu)化后(年操作時間8560h)可節(jié)省862.8萬元/a。