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乙烯精餾塔的案例

獨山子石化│乙烯精餾壓差高原因分析及解決措施
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,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,頂采出為聚合級乙烯釜采出為乙烷組分,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,進料線以下塔盤溫度偏低,釜循環乙烷量偏小,再沸流量偏低,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,壓差好轉,負荷加大后,壓差上漲。
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典型乙烯裝置(順序分離流程)冷分離單元擴能改造方案優化總結
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,脫乙烷負荷增幅約為23%,需要進行內件改造。第1~13塊浮閥板原設計裕量較大,可不必改造;第14~60塊板需將單溢流浮閥改為雙溢流浮閥。該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;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。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。
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百萬噸乙烯裝置不同產品外送方案對乙烯裝置能耗和經濟性的影響
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、脫丙烷頂冷凝等。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。
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SEI專家│順序流程乙烯裝置冷區擴能改造方案探討
04 C2分離系統技改 脫乙烷進料主要來自脫甲烷釜,裝置擴能后,進料增幅高達38.9%,在不擴徑的前提下,普通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%。原設計脫乙烷乙烯精餾塔的實際板數都有裕量,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。
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乙烯精餾塔圖1
獨山子石化│乙烯裝置脫乙烷系統存在的問題及優化
技改投用后,通過緩慢調節旁路閥開度,使2號預切割進料溫度降至18℃,2號預切割塔塔釜外送量明顯增加,而脫乙烷釜外送量明顯減少,隨后脫乙烷頂碳三含量(摩爾分數)很快降至0.3%以下,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 通過優化脫乙烷前向預切割操作,使2號預切割進料溫度降低4℃,脫乙烷的進料溫度下降3~4℃,進料量適當降低,脫乙烷頂溫可以穩定控制在-20℃以下,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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乙烯裝置出現偏離正常運行參數時,該如何操作進行調整?
6 乙烯精餾塔 乙烯精餾塔的靈敏板溫度過高,容易造成乙烯產品中乙烷含量超標;靈敏板溫度偏低容易造成釜乙烷中乙烯含量增加,造成乙烯損失。靈敏板溫度和加熱量采用串級控制,回流量根據乙烯塔頂采出量采用比值調節控制。乙烯精餾塔塔頂產品純度是通過頂回流量和塔釜加熱量來控制的,該乙烯壓縮機構成開式熱泵系統,控制比較特殊,正常情況下通過調節釜加熱量和輔助回流量調整來控制乙烯中乙烷的含量。 在正常操作中,易出現一些影響因素使其偏離正常運行參數。具體影響因素和調整方法如下: a) 壓差高。造成的原因是凍、進出料不平衡導致淹。通常需要立即注入甲醇解凍、加大釜采出和提高裂解深度。 b) 壓偏低。造成的原因是預脫甲烷靈敏板溫度高,碳二中碳三含量高、脫乙烷靈敏板溫度過高或冷劑量偏小、回流量偏小。此時需要調整預脫甲烷靈敏板溫度至正常、脫乙烷靈敏板溫度至正常、增加回流量。 c) 乙炔含量高。造成的原因是碳二加氫不合格。此時需要將不合格乙烯改送不合格乙烯儲罐,如所有乙烯儲罐裝滿,裝置減負荷,多余乙烯頂放火炬,直到產品合格為止。此外,切斷進料和乙烷送出停止熱泵出口氣相乙烯采出,高、低壓乙烯由罐區提供。維持熱泵循環操作及前系統的正常操作。將脫甲烷底產品送入不合格乙烯儲罐。 d) 乙烷含量高。造成的原因是回流/采出比小、靈敏板溫度設定過高。此時需要減小乙烯送出流量設定調整回流比、降低靈敏板溫度。此外,裝置在投油或者退爐時進料會出現較大的波動,也會導致乙烷超標。此時應及時根據具體的生產負荷和生產情況調整的進料。
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萃取精餾、反應精餾精餾的工藝參數調節
可以是為提高分離效率而將反應與精餾相結合的一種分離操作;也可以是為了提高反應轉化率而借助于精餾分離手段的一種反應過程。 反應精餾的原理: 對于可逆反應,當某一產物的揮發度大于反應物時,如果將該產物從液相中蒸出,則可破壞原有的平衡,使反應繼續向生成物的方向進行,因而可提高單程轉化率,在一定程度上變可逆反應為不可逆反應。 反應精餾技術的應用: 應用很廣泛,例如酯化、酯交換、皂化、胺化、水解、異構化、烴化、鹵化、脫水、乙酰化和硝化等反應,具體反應舉例見下表: 反應精餾僅適用于反應過程和反應組分的蒸餾分離可以在同一溫度條件下進行的化學反應。如果反應組分之間存在有恒沸現象,或者反應物與產物的沸點非常接近時,反應精餾技術則不適用。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,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,與苯進行烯烴轉移反應生成更多的異丙苯,消除了大量苯的循環,反應熱有效利用。與傳統工藝比較,RD過程節能50%,投資降低25%。但是催化劑的活性和選擇性相差較大,因此必須開發出適合的催化劑。 2、疊合過程 采用反應精餾技術可使烯烴分子有選擇的疊合,因為精密的溫度控制和反應段的寬分布將減少非理想產品的二聚物、三聚物或高聚物的生成,丁烯疊合的反應精餾工藝目前已獲工業許可。
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干貨:萃取精餾、反應精餾精餾的工藝參數調節
反應精餾(Reactive Distillation)工藝的出現,徹底改變了長期以來人們對反應和分離過程的傳統認識,它使化學反應過程和精餾分離的物理過程結合在一起,是伴有化學反應的新型特殊精餾過程。 關于反應精餾: 在進行反應的同時用精餾方法分離出產品的過程。可以是為提高分離效率而將反應與精餾相結合的一種分離操作;也可以是為了提高反應轉化率而借助于精餾分離手段的一種反應過程。 反應精餾的原理: 對于可逆反應,當某一產物的揮發度大于反應物時,如果將該產物從液相中蒸出,則可破壞原有的平衡,使反應繼續向生成物的方向進行,因而可提高單程轉化率,在一定程度上變可逆反應為不可逆反應。 反應精餾技術的應用: 應用很廣泛,例如酯化、酯交換、皂化、胺化、水解、異構化、烴化、鹵化、脫水、乙酰化和硝化等反應,具體反應舉例見下表: 反應精餾僅適用于反應過程和反應組分的蒸餾分離可以在同一溫度條件下進行的化學反應。如果反應組分之間存在有恒沸現象,或者反應物與產物的沸點非常接近時,反應精餾技術則不適用。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,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,與苯進行烯烴轉移反應生成更多的異丙苯,消除了大量苯的循環,反應熱有效利用。與傳統工藝比較,RD過程節能50%,投資降低25%。
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設計一個大型的精餾,需要注意些什么?
另外大型吊裝時一般會把部分梯子平臺,甚至有時候會把保溫都裝上再起吊,以減少高空作業的工作量,因此吊耳設計時需將這些重量考慮計入。
最常見的精餾異常現象和錯誤操作
在化工裝置生產中,精餾塔是最常見的、典型的分離設備,任何從事化工生產的人對精餾塔都不會陌生,但對精餾塔操作中常見的突出問題,比如:液泛、淹、沖現象,原因都不是很清楚,出現問題時對于的參數變化反應也不敏感,這樣往往延遲了問題的解決時間,影響裝置生產。 今天,就上面提出的幾個問題原因做個詳細分析,另外舉出實例來展示生產中出現問題時的參數變化和錯誤操作! 首先來看我們最熟悉的液泛現象 ? 什么是液泛呢? 在精餾塔中,由于各種原因造成液相堆積超過其所處空間范圍,稱為液泛。液泛可分為降液管液泛、霧沫夾帶液泛等。 降液管液泛是指降液管內的液相堆積至上一層板。霧沫夾帶液泛是指板上開孔空間的氣相流速達到一定速度,使得板上的液相伴隨著上升的氣相進入上一層板。 產生液泛時的操作狀態稱為液泛點。在設計精餾塔時,必須控制維持液泛率在一定的范圍內以保證精餾塔的穩定運行。液泛開始時,的壓降急劇上升,效率急劇下降。隨后的操作遭到破壞。 ? 是什么原因導致液泛現象的產生? 1、降液管內液體倒流回上層板 由于板對上升的氣流有阻力,下層板上方的壓力比上層板上方的壓力大,降液管內泡沫液高度所相當的靜壓頭能夠克服這一壓力差時,液體才能往下流。 當液體流量不變而氣體流量加大,下層板與上層板間的壓力差亦隨著增加,降液管內的液面隨之升高。 若氣體流量加大到使得降液管內的液體升高到堰頂,管內的液體便不僅不能往下流,反而開始倒流回上層板,板上便開始積液;加以操作時不斷有液體從外送入,最后會使全充滿液體。就形成了液泛。
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最常見的精餾異常現象和錯誤操作
在化工裝置生產中,精餾塔是最常見的、典型的分離設備,任何從事化工生產的人對精餾塔都不會陌生,但對精餾塔操作中常見的突出問題,比如:液泛、淹、沖現象,原因都不是很清楚,出現問題時對于的參數變化反應也不敏感,這樣往往延遲了問題的解決時間,影響裝置生產。 今天,就上面提出的幾個問題原因做個詳細分析,另外舉出實例來展示生產中出現問題時的參數變化和錯誤操作! 首先來看我們最熟悉的液泛現象 ? 什么是液泛呢? 在精餾塔中,由于各種原因造成液相堆積超過其所處空間范圍,稱為液泛。液泛可分為降液管液泛、霧沫夾帶液泛等。 降液管液泛是指降液管內的液相堆積至上一層板。霧沫夾帶液泛是指板上開孔空間的氣相流速達到一定速度,使得板上的液相伴隨著上升的氣相進入上一層板。 產生液泛時的操作狀態稱為液泛點。在設計精餾塔時,必須控制維持液泛率在一定的范圍內以保證精餾塔的穩定運行。液泛開始時,的壓降急劇上升,效率急劇下降。隨后的操作遭到破壞。 ? 是什么原因導致液泛現象的產生? 1、降液管內液體倒流回上層板 由于板對上升的氣流有阻力,下層板上方的壓力比上層板上方的壓力大,降液管內泡沫液高度所相當的靜壓頭能夠克服這一壓力差時,液體才能往下流。 當液體流量不變而氣體流量加大,下層板與上層板間的壓力差亦隨著增加,降液管內的液面隨之升高。 若氣體流量加大到使得降液管內的液體升高到堰頂,管內的液體便不僅不能往下流,反而開始倒流回上層板,板上便開始積液;加以操作時不斷有液體從外送入,最后會使全充滿液體。就形成了液泛。
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乙烯精餾塔圖2
精餾工藝操作影響因素及對策,收藏備用!
02 回流比的影響 回流比是影響精餾塔產品質量和分離效果的重要因素,在精餾塔精餾段生產操作中,常通過控制回流比來調節、控制頂和塔底產品質量。研究表明,對于同一個精餾塔,當增大回流比時,所需板數減少,精餾產品質量得到提高,但是回流比過大,會出現淹,導致精餾塔不能正常操作;當減小回流比時,所需板數增多,產品質量下降。回流量增大會使壓增大,能夠提高頂產品純度,反之,回流量減小,壓隨之變小,頂產品純度降低。 為了控制好精餾塔回流比,提高產品質量,可以從以下幾個方面來實現: ①適當降低頂采出量,使回流比增大; ②對于頂采用分凝器作為冷凝器的,可以適當增加頂冷卻劑用量,使凝液量增加,從而提高回流比; ③對于精餾塔有回流液中間儲槽的,可以采取強制回流來增大回流量,使回流比增大。 03 進料量的影響 在精餾塔操作中,當進料量發生變化,要相應地調節加熱劑和冷凝劑用量,在這個過程中,頂溫度和塔釜溫度不會有明顯變化,但是會影響塔內蒸汽上升的速度,具體表現為: ①當進料量增大時,蒸汽上升速度接近液泛速度,傳質效果較好,分離效率高,但要注意蒸汽上升速度不能超過泛液速度,否則會影響精餾塔正常操作; ②當進料量降低時,蒸汽上升速度降低,傳質效果不好,甚至會造成漏液情況出現,導致分離效率降低。進料量的變化范圍不易過大,否則超過頂冷凝器和塔釜再沸器的負荷,造成精餾塔內溫度變化,從而影響氣液平衡,導致頂和塔底產出的產品質量不合格,造成物料損失。
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精餾頂為什么有那么多液體回流?
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,這個精餾塔釜好容易把蒸汽蒸到頂,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 首先說說,精餾塔回流的主要作用吧! 1.提供板上的冷回流,取走塔內多余的熱量,維持塔內的熱量平衡; 2.提供板上的冷流體,氣液兩相在板上逆向接觸,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 。 回流液是精餾提純必須的條件 那么,精餾操作中常用回流方式有哪些? 按回流方式的不同,可以分為自然回流和強制回流。
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精餾頂有那么多液體回流,為什么?
▲ 連續精餾工藝流程 精餾塔回流的主要作用 1.提供板上的冷回流,取走塔內多余的熱量,維持塔內的熱量平衡; 2.提供板上的冷流體,氣液兩相在板上逆向接觸,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 。 ▲ 回流液是精餾提純必須的條件 精餾操作中常用回流方式 1、按回流方式的不同,可以分為自然回流和強制回流。 自然回流:回流冷凝器安裝于頂,回流液借重力的作用回流到塔內,冷凝器距頂回流口的高度。 自然回流操作簡單,不需要回流泵,節省動力消耗。但是回流量隨壓的變化而變化,回流比不嚴格,生產不正常時,調整起來較慢。自然回流一般用于小型精餾裝置。 強制回流:回流液是用泵打入塔內進行回流的,見下圖: 強制回流的回流量穩定,容易調節,生產不正常時,調整起來較快。但是強制回流需要回流泵,動力消耗大,特別是對于低沸點物料容易造成泵不上量,影響操作。 2、按照頂冷凝器安裝的位置的不同,可分為內回流和外回流。
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精餾頂有那么多液體回流,為什么?
▲ 連續精餾工藝流程 精餾塔回流的主要作用 1.提供板上的冷回流,取走塔內多余的熱量,維持塔內的熱量平衡; 2.提供板上的冷流體,氣液兩相在板上逆向接觸,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 。 ▲ 回流液是精餾提純必須的條件 精餾操作中常用回流方式 1、按回流方式的不同,可以分為自然回流和強制回流。 自然回流:回流冷凝器安裝于頂,回流液借重力的作用回流到塔內,冷凝器距頂回流口的高度。 自然回流操作簡單,不需要回流泵,節省動力消耗。但是回流量隨壓的變化而變化,回流比不嚴格,生產不正常時,調整起來較慢。自然回流一般用于小型精餾裝置。 強制回流:回流液是用泵打入塔內進行回流的,見下圖: 強制回流的回流量穩定,容易調節,生產不正常時,調整起來較快。但是強制回流需要回流泵,動力消耗大,特別是對于低沸點物料容易造成泵不上量,影響操作。 2、按照頂冷凝器安裝的位置的不同,可分為內回流和外回流。
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