乙烯精餾塔
關注創建者：匿名 創建時間：2022-03-24
乙烯精餾塔的實例教程
導 讀
中國石油獨山子石化分公司1000kt/a乙烯裝置裂解氣分離工藝采用林德公司的前脫乙烷前加氫專利技術，裂解氣首先通過壓縮脫出汽油、水等重組分，經裂解氣干燥、預冷后進入脫乙烷塔，分離出的C3+組分送入熱分離單元進行分離，分離出的C2-組分在列管式反應器中進行加氫脫炔，加氫后的碳二及輕組分進入深冷系統進一步分離出氫氣及甲烷并得到碳二組分，碳二組分在乙烯精餾塔中分離，最后得到乙烯產品。因此乙烯精餾塔的平穩良好運行對乙烯裝置至關重要。
乙烯精餾塔壓差高原因分析
01
乙烯精餾塔簡介
乙烯精餾塔有94層篩板塔盤，進料在第23層塔盤，進料為脫甲烷塔塔釜的碳二餾分，塔頂采出為聚合級乙烯，塔釜采出為乙烷組分，塔操作壓力(表壓)0.73MPa。
02
乙烯精餾塔壓差高現象
自2018年9月末以來，乙烯精餾塔壓差逐漸由正常的37kPa升高至49kPa，塔進料線以下塔盤溫度偏低，塔釜循環乙烷量偏小，塔再沸流量偏低，塔頂乙烷含量和塔釜乙烯含量均偏高，乙烯和乙烷的精餾分離效果變差。通過降低進料負荷，塔壓差好轉，負荷加大后，壓差上漲。
展開 乙烯制冷壓縮機的負荷增幅較大，平均在33%以上，經原制造廠家核算，確定最終的改造方案為更換轉子，殼體利舊，但外殼需在停車檢修期間運回制造廠稍做加工，乙烯制冷壓縮機透平需要整體更換。改造后丙烯冷劑各級冷量負荷的變化見表3。
丙烯制冷壓縮機的總體負荷增幅雖然僅16%，但仍超出了原丙烯制冷壓縮機的設計裕量范圍，最終的改造方案為更換轉子及部分擋板，殼體利舊。丙烯制冷壓縮機透平也可以利舊，只需修改轉速控制程序即可。
改造后丙烯制冷壓縮機三段主要冷劑用戶低壓脫丙烷塔冷凝器的負荷大幅減少，而用于三段氣相回收冷量的乙烯精餾塔再沸器的負荷卻明顯提高，這樣三段用戶返回的所有氣相量不能滿足乙烯精餾塔再沸器需要的回收冷量的氣相量，解決措施是將原三段吸入改為三段抽出，抽出氣去乙烯精餾塔再沸器用于回收冷量，同時為了保護壓縮機，相應增加三返一石墻線。
03
C2分離系統技改
裝置擴能后，脫乙烷塔負荷增幅約為23%，需要進行內件改造。第1~13塊浮閥塔板原設計裕量較大，可不必改造；第14~60塊塔板需將單溢流浮閥改為雙溢流浮閥。該塔系統其它改造內容包括：新增1臺再沸器，仍采用急冷水加熱；塔頂冷凝器換新；回流泵增加1臺大泵，與原有的2臺泵互為備用。
碳二加氫反應器進料量增幅約為21%，同時C2H2的濃度也有所增加。原設計催化劑為UCI的C31-1A，更換為G-58C高效催化劑，能力至少可提高30%，反應器殼體無需改造。
乙烯精餾塔負荷增長了25%，需全部更換為高效塔盤。再沸器增加1臺，側線再沸器也新增1臺，與冷箱新線相對應；乙烯冷劑1號冷凝器(即側線再沸器)更換為1臺高通量換熱器。塔頂冷凝器更換成1臺CIK(Core in Kettle)高效換熱器。乙烯精餾塔回流泵和乙烯產品泵各增加1臺大泵，與原有2臺互為備用。
展開 導 讀
乙烯裝置中，乙烯冷劑處于“壓縮-冷凝-節流-蒸發”的壓縮制冷循環中，由于受乙烯臨界點的限制，乙烯冷劑不可能在環境溫度下冷凝，其冷凝溫度必須低于其臨界溫度（9.9℃），需要用丙烯冷劑對其進行逐級冷卻和冷凝，構成了乙烯-丙烯復迭制冷循環。乙烯裝置通常包括乙烯制冷單元和丙烯制冷單元。其中，乙烯制冷系統用于提供裂解氣低溫分離系統所需-101~-40℃各溫度級位的冷量，主要冷量用戶為裂解氣進入冷箱和脫甲烷系統的預冷以及脫甲烷塔頂冷凝（高壓脫甲烷工藝流程）。丙烯制冷系統為裂解氣分離系統提供-40℃以上的各溫度級位的冷量，主要冷量用戶為裂解氣的預冷、乙烯冷劑冷凝、乙烯精餾塔、脫乙烷塔、脫丙烷塔頂冷凝等。乙烯制冷壓縮機出口的乙烯冷劑用不同溫位的丙烯進行冷卻和冷凝。
某100萬噸/年的乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫流程進行低壓乙烯精餾，塔頂操作壓力約0.6MPa。乙烯制冷系統與乙烯精餾塔組成開式熱泵系統。乙烯精餾塔頂乙烯氣相送入乙烯制冷壓縮機三段吸入罐，壓縮機的三段抽出氣相作為乙烯精餾塔中沸器的熱源，四段出口氣相作為乙烯精餾塔再沸器的熱源，兩股熱媒完成換熱并冷凝后，合并作為乙烯精餾塔的回流。此時乙烯精餾塔成為乙烯制冷壓縮機的一個吸入罐，提高乙烯精餾過程的熱效率，但會相應增加乙烯制冷壓縮機的的功耗。相對閉式熱泵系統，總體大幅降低了低壓乙烯精餾的能耗。
展開 04
C2分離系統技改
脫乙烷塔進料主要來自脫甲烷塔釜，裝置擴能后，塔進料增幅高達38.9%，在不擴塔徑的前提下，普通塔板難以滿足擴能要求。乙烯精餾塔的進料量增幅為35%，同時進料中乙烯含量減少，乙烷含量增多，分離難度加大。改造后兩塔最終采用UOP公司的MD塔盤。MD塔盤與普通塔盤相比，具有更高的處理能力和更小的板間距，但其板效率比普通塔盤低約10%。原設計脫乙烷塔和乙烯精餾塔的實際塔板數都有裕量，因此采用1對1更換塔盤后，也可滿足分離要求，這在很大程度上減小了改造工程量。乙烯精餾塔系統新增并聯1臺再沸器、1臺側線再沸器、1臺冷凝器(均為板翅式換熱器)，為減小乙烯精餾塔回流罐頂不凝尾氣的循環量，新增設1臺尾氣冷凝器，采用二元冷劑作為冷卻介質；新增并聯1臺回流泵和2臺高壓乙烯產品泵。
乙炔加氫反應器原設計是2臺反應器，1開1備，每臺反應器均為三段床，催化劑為德國南方化學公司的OleMax201(G-58C)。擴能后改用北京化工研究院的BC-H-20B催化劑，將每床反應器下部格柵下移600mm，增加了床層高度，滿足反應器出口乙炔濃度小于1mg/L的技術要求。碳二加氫系統其它改造內容包括：新增2臺進出料換熱器，1號、2號段間冷卻器及后冷器更換換熱管。
某1190kt/a乙烯裝置冷區改造
某1190kt/a乙烯裝置(以下稱3號乙烯裝置)于2005年3月建成投產，采用Lummus公司順序分離技術。運行1個操作周期后進行了擴能改造，分離部分仍采用Lummus的順序分離流程，急冷系統后改用S＆W公司的工藝技術，由SEI承擔工程設計。
展開 技改投用后，通過緩慢調節旁路閥開度，使2號預切割塔進料溫度降至18℃，2號預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(摩爾分數)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系統的影響
調節E-472的旁路，增大了低壓脫丙烷塔E-411的熱負荷。E-411采用-6℃丙烯作為冷劑，汽化后進入丙烯制冷壓縮機三段吸入罐。三段吸入罐-6℃的氣相丙烯大部分進入乙烯精餾塔再沸器(E-408)，通過調節進入換熱器的氣體的流量來控制乙烯精餾塔釜加熱。E-411汽化量的適當增大，避免了前期操作中通過開大三段防喘振來調整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二段吸入罐。適當調節E-472旁路，優化了丙烯制冷壓縮機的操作，降低了2號預切割塔塔頂溫度和塔頂去E-350X的熱負荷，有效節約了冷量，降低了丙烯制冷壓縮機的制冷功耗。
優化后
經濟效益
通過優化脫乙烷塔前向預切割操作，使2號預切割進料溫度降低4℃，脫乙烷塔的進料溫度下降3~4℃，進料量適當降低，脫乙烷塔頂溫可以穩定控制在-20℃以下，塔頂丙烯損失(摩爾分數)從優化前的1%降低到0.2%~0.3%。按碳二加氫反應器的進料量為36000kg/h計，優化前丙烯損失約360kg/h，優化后丙烯損失約為108kg/h。按照丙烯的內部價格4000元/t計算，優化后(年操作時間8560h)可節省862.8萬元/a。
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改造后丙烯制冷壓縮機三段主要冷劑用戶低壓脫丙烷塔冷凝器的負荷大幅減少，而用于三段氣相回收冷量的乙烯精餾塔再沸器的負荷卻明顯提高，這樣三段用戶返回的所有氣相量不能滿足乙烯精餾塔再沸器需要的回收冷量的氣相量，解決措施是將原三段吸入改為三段抽出，抽出氣去乙烯精餾塔再沸器用于回收冷量，同時為了保護壓縮機，相應增加三返一石墻線。
剛到某化工廠精餾車間工作，看到有一個操作工老師傅，他就問老師傅："你看，這個精餾塔，塔釜好容易把蒸汽蒸到塔頂，還讓它流回來，多浪費啊。”瞬間，老師傅無言以對，這個問題怎么講呢？
▲ 連續精餾工藝流程
精餾塔回流的主要作用
1.提供塔板上的冷回流，取走塔內多余的熱量，維持塔內的熱量平衡；
2.提供塔板上的冷流體，氣液兩相在塔板上逆向接觸，上行的氣體中重組分冷凝，下行的液體中的輕組分吸熱汽化，反復的冷凝汽化作用進一步增加產品分離的精度
▲ 連續精餾工藝流程
精餾塔回流的主要作用
1.提供塔板上的冷回流，取走塔內多余的熱量，維持塔內的熱量平衡；
2.提供塔板上的冷流體，氣液兩相在塔板上逆向接觸，上行的氣體中重組分冷凝，下行的液體中的輕組分吸熱汽化，反復的冷凝汽化作用進一步增加產品分離的精度
乙烯精餾塔頂乙烯氣相送入乙烯制冷壓縮機三段吸入罐，壓縮機的三段抽出氣相作為乙烯精餾塔中沸器的熱源，四段出口氣相作為乙烯精餾塔再沸器的熱源，兩股熱媒完成換熱并冷凝后，合并作為乙烯精餾塔的回流。此時乙烯精餾塔成為乙烯制冷壓縮機的一個吸入罐，提高乙烯精餾過程的熱效率，但會相應增加乙烯制冷壓縮機的的功耗。相對閉式熱泵系統，總體大幅降低了低壓乙烯精餾的能耗。
已經達到商業規模或者進行過實驗室研究的工業上，重要的反應精餾過程主要包括以下反應類型：
1、烷基化
乙烯與苯烷基化的RD塔由二部分組成，上部填裝特殊設計的捆扎包內裝Y型分子篩，下部安裝精餾塔板，乙烯從催化劑層底部進料，苯從回流罐進塔，過程的特點是反應溫度受飽和點溫度制約，避免反應區熱點的生成，提高了催化劑的壽命，副產物二乙丙苯和三異丙苯返回RD塔，與苯進行烯烴轉移反應生成更多的異丙苯
乙烯精餾塔操作成為裝置負荷提高的制約點。
03
乙烯精餾塔壓差高原因分析
首先，通過調整乙烯精餾塔的進料、回流、再沸等排除因操作原因造成塔壓差上漲，而后分析進料露點合格，排除水凍堵的可能。通過乙烯精餾塔取樣點分段測量塔的壓差，確定乙烯精餾塔提餾段壓差偏大，壓降最大區域為第8~17層塔盤(見上圖)。
已經達到商業規模或者進行過實驗室研究的工業上，重要的反應精餾過程主要包括以下反應類型：
1、烷基化
乙烯與苯烷基化的RD塔由二部分組成，上部填裝特殊設計的捆扎包內裝Y型分子篩，下部安裝精餾塔板，乙烯從催化劑層底部進料，苯從回流罐進塔，過程的特點是反應溫度受飽和點溫度制約，避免反應區熱點的生成，提高了催化劑的壽命，副產物二乙丙苯和三異丙苯返回RD塔，
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 互聯整網理
關鍵詞 | 大型塔器 設計 特點
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大型塔器的設計流程
三段吸入罐-6℃的氣相丙烯大部分進入乙烯精餾塔再沸器(E-408)，通過調節進入換熱器的氣體的流量來控制乙烯精餾塔釜加熱。E-411汽化量的適當增大，避免了前期操作中通過開大三段防喘振來調整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二段吸入罐。
