丙烯精馏塔是烯烃分离装置中一个很重要的设备, 它的运行状态可以极大的影响整套装置的经济效益[1]。丙烯精馏塔进料组成为丙烯和丙烷的二元组分, 由于丙烯和丙烷的相对挥发度非常接近, 非常难分离[2], 因此, 为了达到分离效果, 丙烯塔需要的塔板数比较多, 回流比也相对较大, 能耗非常高。即使在这种情况下, 丙烯塔釜的丙烯含量仍有可能达到很高的比例, 由于丙烯是最终产品, 具有很高的经济价值, 而丙烷的利用价值较低, 仅仅是作为燃料气排放, 因此, 如果丙烯精馏塔釜中含有过高的丙烯将造成严重损失。因此, 降低丙烯精馏塔釜丙烷中丙烯的含量对提高企业的整体效益有非常重要的意义。
1 流程简介
惠生设计的双丙烯精馏塔由T2501 和T2502 组成, 双塔采用串联操作。丙烯精馏塔 (T2501/2502) 将脱乙烷塔 (T2401) 塔釜混合C3物料分离成聚合级丙烯产品和液相丙烷。
1#丙烯精馏塔 (T2501) 相当于丙烯精馏塔的塔釜部分, 该塔设置有67 层四溢流浮阀塔盘。T2501 的第一再沸器 (E2503) 用来自DMTO急冷水洗塔的水洗水作为加热介质, , 第二再沸器 (E2520) 采用0.5MPa蒸汽作为加热介质, 正常生产情况下E2503提供T2501 全部再沸热量, E2520 在装置开工期间或水洗水不能正常供给时, 为T2501提供再沸, T2501再沸器提供的热量占整个丙烯精镏系统全部热负荷的70%。T2501 塔釜物料分两股。第一股物料通过循环丙烷输送泵P2503作为油吸收剂从塔釜采出进到前系统的油吸收塔 (该股物料最终返回丙烯精馏系统) 。塔釜的第二股物料作为丙烷产品采出, 作为尾气并入燃料气管网。
2#丙烯精馏塔 (T2502) 相当于精馏塔的塔顶部分, 该塔设有174 层四溢流浮阀塔盘。T2502 再沸器 (E2502) 采用由E2503 过来的水洗水作为加热介质。T2502再沸器提供的热量占整个丙烯精镏系统全部热负荷的30%。T2502的塔釜物料通过丙烯塔釜液输送泵P2504, 送到T2501塔顶, 作为T2501的回流。T2501的塔顶气相进入T2502 塔釜。来自脱乙烷塔 (T2401) 塔釜的进料进入到T2502 的第154 层塔盘。T2502 塔顶冷凝器E2501 采用冷却水作为冷却介质。冷凝器的出料进入丙烯塔回流罐 (V2501) 。回流罐中的部分液相通过回流泵 (P2501) 打回T2502作为回流。聚合级丙烯产品在通过丙烯产品采出泵 (P2502) 采出, 丙烯产品的采出量受回流罐液位控制。通过控制2#丙烯精馏塔 (T2502) 塔顶的压力, 保证塔顶气相在适当的温度下被冷却水介质冷凝。丙烯精馏塔的压力由热旁路阀PV2409A来调节。
2 目前存在问题
公司自14 年底投产以来, T2501 塔釜损失一直很大, 在80%负荷情况下损失可达10%, 在满负荷情况下损失可达40%, 造成丙烯严重损失, 按满负荷每小时2.5吨丙烷的排放量, 一天损失高达24吨, 造成了很大的经济损失。经长时间探索发现原因主要是用于再沸的水洗水中含有大量催化剂, 导致E2502内部堵塞严重, 换热效率严重下降;E2502 换热效率低又导致去E2503 的水洗水温度高, 造成T2501 再沸不足, T2502 再沸过剩的局面, 加之0.5MPa蒸汽压力经常波动, 所以再沸不稳定。其次, 由于前系统采用惠生特有的预切割-油吸收技术回收乙烯, 为避免油吸收塔乙烯损失过大一直采用较大量的油吸收剂 (循环丙烷) , 而循环丙烷最终会进入T2401塔釜, 随进料一起进入丙烯精馏塔, 导致丙烯精馏塔进料组成中的丙烷含量过高, 影响精馏效果。
3 优化措施
3.1:降低循环丙烷量, 控制进料丙烷含量:在生产中发现循环丙烷的使用量与油吸收效果如下表
从表1可以看出循环丙烷的量会大大增加丙烯塔进料丙烷的含量, 同样也会严重影响油吸收塔的吸收效果。为保证丙烯产品质量, 经优化调整, 现在满负荷情况下调整循环丙烷量为11t/h, 同时通过增加油吸收塔冷剂的用量将油吸收塔顶温度由原来的-22℃调整到-24℃, 通过优化调整目前油吸收塔顶乙烯损失控制在2%左右。
3.2 控制再沸稳定:水洗水来自DMTO的急冷水洗塔, 由于其中的催化剂含量难以控制, 所以只有缩短E2502A/B的切换周期, 加紧清理, 其次, 通过技术改造给E2503A/B增加一条全流量跨线 (图1 中虚线部分) , 控制T2502 的再沸量, 最后, 稳定0.5MPa蒸汽压力, 保证T2501 的再沸波动不至于过大, 最后调整水系统, 控制水洗水温度波动在±2℃内。
3.3降低进料温度、稳定进料量:由于T2502一直热量过剩, 所以适当降低进料温度有利于塔的操作, T2401 塔釜设计进料温度为63℃, 探索发现进料温度可以降至61.5℃。进料量的稳定对精馏塔的操作至关重要, 之前T2401塔釜进料一直为液位串级控制, 波动较大, 改为手动控制进料后T2502进料量明显更加稳定。
3.4 稳定塔压:精馏塔的正常操作是基于一定压力条件下进行的, 如果塔的操作压力发生波动, 对塔的产品质量、物料平衡、操作温度都有重要影响[3], 在之前的操作中一直靠再沸的汽化量来控制塔压, 所以压力波动比较大, 现在在稳定再沸的同时改用热旁路阀PV2409 来控制T2502 压力在 (1.72MPa-1.79MPa) 。
3.5 降低产品纯度:由于丙烯是供给下游聚丙烯装置作为聚合原料, 两个装置共同探讨发现丙烯纯度达到99.5%就足够满足生产, 于是改丙烯合格标准为99.5%。
4 优化效果
自2015年6月E2503增加跨线技改至今丙烯精馏系统已经连续运行8个月, 通过以上优化措施丙烯精馏塔在满负荷运行状况下T2501塔釜损失已经控制在5%左右, 85%负荷下损失基本控制在3%左右, 大大降低了丙烯损失, 有效提高了公司效益。
摘要：针对公司目前丙烯精馏塔丙烯损失大的问题, 从进料组分调整、负荷、再沸、塔压、进料等方面分析了损失大的原因, 针对性的提出了优化方案及技术改造措施, 有效的降低了丙烯损失。
关键词：丙烯精馏塔,丙烯损失,再沸,优化措施
参考文献
[1] 陈斌.乙烯工学[M].北京:化学工业出版社, 1997:373-378
[2] 阎观亮.大型常规丙烯精馏塔塔板数的优化[J].炼油设计, 2000, 30 (7) :20-22.
[3] 唐锦文, 唐宏青。甲醇制烯烃的流程模拟与分析[J].石油化工设计, 2001, 18 (1) :30-33