大慶石化乙烯裝置脫丙烷系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行分析

劉先國(guó)

(大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714)

一、概述

大慶石化公司E2乙烯裝置于1999年投產(chǎn)，2004年7月通過(guò)技術(shù)改造，乙烯產(chǎn)能從18萬(wàn)噸/年提高到27萬(wàn)噸/年。E2乙烯裝置壓縮分離部分采用的是前脫丙烷前加氫工藝。其中脫丙烷系統(tǒng)主要進(jìn)行了如下改造：增加了高壓脫丙烷塔精餾段塔板的開(kāi)孔面積、塔頂新增四塊塔板(使高壓脫丙烷塔由原來(lái)的35塊塔盤增加至39塊塔盤)、增加提餾段塔盤的開(kāi)孔面積和降液管的直徑。高壓脫丙烷塔的回流改在第39塊板上部注入(原來(lái)在35塊板注入)，低壓塔返高壓塔的一股回流仍在第35塊板上進(jìn)入。

二、工藝流程簡(jiǎn)介

從裂解爐出口來(lái)的裂解氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)前三段壓縮，進(jìn)入堿洗塔、干燥器后，經(jīng)過(guò)高壓塔進(jìn)料冷卻器EH-1650冷卻到-9℃后進(jìn)入高壓脫丙烷塔。高壓脫丙烷塔塔頂氣相進(jìn)入壓縮機(jī)四段，經(jīng)四段壓縮后進(jìn)入前加氫反應(yīng)器ER1605進(jìn)行加氫除炔，脫除乙炔的裂解氣經(jīng)過(guò)一系列的冷凝器(丙烯制冷系統(tǒng)提供冷量)冷凝后進(jìn)入高壓塔回流罐EV-1641，一部分液相作為高壓塔的回流，另一部分液相進(jìn)入脫甲烷系統(tǒng)，氣相進(jìn)入前冷分離氫氣和甲烷；高壓塔塔釜液相進(jìn)入低壓脫丙烷塔ET-1611，進(jìn)一步分離出C3組分。低壓塔塔頂氣相經(jīng)冷凝后進(jìn)入回流罐EV-1640，其中一部分液相作為低壓塔的回流，另一部分返回到高壓塔。下圖中實(shí)線部分為設(shè)計(jì)的工藝流程：

圖 工藝流程圖

三、運(yùn)行存在的問(wèn)題及原因分析

E2乙烯裝置在2004年7月擴(kuò)建結(jié)束后，裝置負(fù)荷基本維持在20～24萬(wàn)噸/年乙烯下運(yùn)行。在這種負(fù)荷下，雙塔脫丙烷系統(tǒng)表現(xiàn)出以下的問(wèn)題：

1、高壓脫丙烷塔精餾效果不好，塔頂溫度波動(dòng)較大，常常高于設(shè)計(jì)溫度。原設(shè)計(jì)溫度-27℃，實(shí)際在-22℃左右；這導(dǎo)致塔頂氣相中超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)的C4或C5被帶入加氫反應(yīng)器ER1605中，影響催化劑的活性。

2、裂解氣壓縮機(jī)四段吸入量(即高壓塔塔頂氣相量)明顯超過(guò)在在設(shè)計(jì)負(fù)荷下的吸入量，導(dǎo)致裂解氣壓縮機(jī)的負(fù)荷增加，四段吸入壓力高，前三段憋壓。

針對(duì)表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題，分析原因如下：

1、高壓脫丙烷塔是板式塔，改造時(shí)通過(guò)增加高壓脫丙烷塔塔板的開(kāi)孔面積和降液管尺寸，增加了塔板的處理能力，雖然保證了該塔在沒(méi)有大的改動(dòng)前提下，處理能力提高了近15%，但在一定程度上降低了塔的操作彈性，使塔在低負(fù)荷下的效率明顯下降[1]。

2、在沒(méi)有改造前，低壓塔回流罐EV-1640返高壓塔的回流是與高壓塔回流罐EV-1641回流匯合在一起進(jìn)入高壓塔的第35塊板，此時(shí)混合后的溫度大約為-42℃，能夠滿足高壓塔回流的需要；在改造后，EV-1641返高壓塔的回流在第39塊板上注入，而EV-1640罐返高壓塔的回流仍進(jìn)入高壓塔的第35塊板，此股回流的組成99.9%為C3組分，完全滿足在35塊板作為回流的組分需要。此股回流在節(jié)流后的溫度約為6～8℃，而高壓塔35塊板的設(shè)計(jì)溫度為-25℃,由于兩股物流的溫差較大，這股回流進(jìn)入此塊塔板后，與該板上的液相形成暴沸，破壞了塔在正常狀況下的溫度和組成分布[2]，這也影響了高壓塔精餾效果。

3.裂解氣壓縮機(jī)四段吸入量(即高壓塔塔頂氣相量)在22萬(wàn)噸/年乙烯的負(fù)荷下，設(shè)計(jì)吸入量為69t/h，而實(shí)際為73t/h，超出設(shè)計(jì)值4t/h。將裂解氣壓縮機(jī)防喘線手閥關(guān)閉后，吸入量沒(méi)有變化，確認(rèn)不是返回線泄漏所致。同時(shí)，也一一排除了工藝系統(tǒng)向四段返回的可能性。因此分析認(rèn)為，這是某些組分在此不斷循環(huán)的結(jié)果。

表 對(duì)比高壓脫丙烷塔實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

通過(guò)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析認(rèn)為：實(shí)際操作中控制進(jìn)入EV-1641的工藝物流的溫度過(guò)低，在3.4～3.6Mpa的壓力下，將導(dǎo)致較多的C2組分和甲烷組分被冷凝下來(lái)。

表 分析此時(shí)組成與設(shè)計(jì)組成對(duì)比

在通過(guò)調(diào)節(jié)閥節(jié)流到1.2Mpa后，大部分C2和甲烷組分轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嘀苯舆M(jìn)入壓縮機(jī)四段。這一方面導(dǎo)致高壓塔塔壓力高，四段吸入量大，使壓縮機(jī)各段負(fù)荷不匹配，影響了裂解氣壓縮機(jī)的效率；另一方面由于這部分不必要的組分循環(huán)，增加了丙烯機(jī)的負(fù)荷；同時(shí)，節(jié)流后過(guò)低的回流溫度導(dǎo)致過(guò)冷效應(yīng)，對(duì)塔板的分離效果反而有一定的影響。

另外，在3.4～3.6Mpa的壓力下，進(jìn)入EV-1641的工藝物流的溫度宜保持在-24～-28℃左右為宜，此時(shí)也有一部分C2和甲烷組分被冷凝下來(lái)，通過(guò)組分的節(jié)流作用[3]，EV-1641回流到高壓塔的工藝物流的溫度可以降到-40℃以下，這已經(jīng)完全可以滿足高壓塔分離的需要。

四、運(yùn)行優(yōu)化措施

1、EV-1640返高壓塔的回流不再進(jìn)入高壓塔的第35塊板，而是改為進(jìn)入進(jìn)料冷卻器EH-1605前。這種方案將導(dǎo)致高壓塔進(jìn)料組分的變化，同時(shí)將增加裝置的能耗，在負(fù)荷高的時(shí)候更加不利；(工藝流程簡(jiǎn)圖中虛線所示)。

2、與EV-1641返高壓塔的回流混在一起，進(jìn)入高壓塔的第39塊板。這種方案將導(dǎo)致高壓塔塔頂?shù)腃4組分較設(shè)計(jì)值偏高，但仍在可以允許的范圍內(nèi)；(工藝流程簡(jiǎn)圖中虛線所示)。

3、在負(fù)荷相對(duì)較低的情況下，重新分配了高/低壓塔的負(fù)荷分配，在高壓塔塔釜溫度允許的情況下，盡量提高高壓塔的釜溫，使更多的C3在高壓脫丙烷塔被分離出來(lái)，減少低壓脫丙烷塔的負(fù)荷，相應(yīng)地減少了低壓塔回流罐EV-1640返高壓塔的量。這是一種臨時(shí)采用的辦法，是以犧牲高壓脫丙烷塔塔釜加熱器的運(yùn)行周期和C4產(chǎn)量為代價(jià)的。

4、EV-1640底部加設(shè)去往老區(qū)裝置C3液相加氫反應(yīng)器的管線，此股物流不再去往高壓脫丙烷塔，而是直接加氫后進(jìn)入丙烯塔。低壓脫丙烷塔塔頂氣相組分中99.9%為C3組分，因此這種方案是可行的，徹底解決新區(qū)脫丙烷系統(tǒng)存在問(wèn)題的同時(shí)，也在一定程度上降低了裂解裝置的能耗。(工藝流程簡(jiǎn)圖中虛線所示)。

五、結(jié)論

1、在前脫丙烷前加氫工藝流程的雙塔脫丙烷系統(tǒng)中，低壓脫丙烷塔返高壓脫丙烷塔的回流在根據(jù)組分選擇合適的進(jìn)料位置的同時(shí)，還應(yīng)該考慮到物料溫度的影響，避免溫差過(guò)大，形成暴沸影響精餾效果。

2、在前脫丙烷前加氫工藝流程的雙塔脫丙烷系統(tǒng)中，在資金允許的條件下，盡量設(shè)置C3液相加氫系統(tǒng)，雖然一次投資費(fèi)用高一些，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，這對(duì)裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)和降低裝置的能耗都有積極的作用。

3、高壓脫丙烷塔的回流罐溫度不宜控制過(guò)低。經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后，回流到高壓塔的物流溫度保持在-40℃以下，有效回流組分維持在一定的濃度即可。避免不必要組分的循環(huán)，增加裂解氣壓縮機(jī)和丙烯機(jī)的負(fù)荷。

[1]王松漢，乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行[M]．北京：中國(guó)石化出版社，2003.

[2]李作政，乙烯生產(chǎn)與管理[M]．北京：中國(guó)石化出版社，1992.

[3]陳濱，乙烯工學(xué)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.