乙烯裝置丙烯塔塔釜損失分析及總結(jié)

高加東

(大慶石化公司化工一廠，黑龍江 大慶 163714)

中國石油大慶石化公司乙烯裝置改擴建是在原有的60 萬噸/年乙烯裝置的基礎上另辟新地，新增60 萬噸/年聚合級乙烯裝置。丙烯塔作為乙烯裝置的重要單元，主要產(chǎn)出合格丙烯，為保證乙烯裝置副產(chǎn)品丙烯產(chǎn)量最大化，控制丙烯塔塔釜丙烯損失，是最直接也是最有效的調(diào)整手段，直接影響到乙烯裝置的雙烯收率以及乙烯裝置綜合能耗。

1 丙烯塔工藝介紹

1.1 丙烯塔工藝流程

丙烯塔采用雙塔精餾，分別為1#丙烯塔EH-3451和2#丙烯塔EH-3452。1#丙烯塔和2#丙烯塔實際上相當于一座丙烯精餾塔。ET-3451進料板及其以下的98塊或86塊塔盤是塔的提餾段；ET-3451進料板以上直至ET-3452塔1#盤的121塊或133塊塔盤是塔的精餾段。

圖1 乙烯裝置丙烯塔流程圖

急冷水先通過再沸器EH-3451后再通過中沸器EH-3456，為丙烯塔提供再沸熱量。循環(huán)水換熱器EH-3453A-D為塔頂提供回流冷量。經(jīng)過加氫后的C3組分進入1#丙烯塔ET-3451，在塔釜分離出循環(huán)丙烷返回裂解單元，塔頂氣相則進入ET-3452的底部進行進一步的分離。ET-3452塔頂氣體可以在丙烯塔冷凝器EH-3453中全部冷凝，收集至EV-3452回流罐內(nèi)，并通過回流泵EP-3452輸送至ET-3452塔頂作為回流，ET-3452塔釜物料則通過EP-3453送入ET-3451頂部作為回流。

丙烯產(chǎn)品由ET-3452的第十一層塔盤側(cè)線采出，由FIC-360072控制返回丙烯塔頂，采出量通過LIC-360071和FIC-360081構(gòu)成串級回路進行控制，經(jīng)過EH-3457用冷卻水冷卻后送到產(chǎn)品罐。具體如附圖1

1.2 丙烯塔控制

為保證丙烯塔丙烯塔正常而且安全的運行，必須使用某些操作在一定約束條件下控制，在保證塔頂及塔釜產(chǎn)品合格的前提下，使丙烯塔的能耗最低(利潤最大)[1]。目前崗位人員操作系統(tǒng)能夠控制的幾項內(nèi)容如下：

1.2.1 物料平衡控制

1、丙烯塔進料為冷進料，丙烯塔進料量主要受裝置負荷影響，丙烯塔設計主要在丙烯塔內(nèi)最大氣相流量和液相流量。精餾塔設計丙烯最大產(chǎn)品量(45.0 t/h)的105%，約47.0t/h，系統(tǒng)處理量持續(xù)大于47.0t/h時，丙烯塔產(chǎn)品純度就會降低；

2、丙烯塔塔頂、塔釜產(chǎn)品采出：丙烯塔頂部通過塔頂側(cè)線采出控制調(diào)節(jié)閥FIC-360081采出丙烯產(chǎn)品，上部設置巴氏精餾段，把加氫帶入的甲烷和剩余的氫氣，通過“巴氏精餾段”得到脫除；塔釜液位串級控制調(diào)節(jié)閥(LIC-360052→FIC-360053)控制產(chǎn)品采出。

1.2.2 丙烯塔溫度梯度控制(正常滿負荷下)

為保證丙烯塔內(nèi)輸入及輸出的能量相同，建立各層塔盤正常溫度梯度，通過塔頂冷的回流和塔釜熱的再沸控制塔內(nèi)的能量平衡。

1、回流溫度控制：調(diào)整塔頂冷凝器EH-3453跨線閥門PIC-360071開度，控制回流罐內(nèi)溫度在38.5℃，通過塔頂冷凝器EH-3453帶走丙烯塔系統(tǒng)內(nèi)的熱量。

2、再沸溫度控制：丙烯塔再沸器分為底部再沸器EH-3451和中間再沸器EH-3456。(1)底部再沸器EH-3451，通過調(diào)整QW量，控制底沸器能量供給31000KJ/S。(2)中間再沸器[2]提供的熱量24.32Gcal/h基本等于底部再沸器提供的熱量24.48Gcal/h(從設計文件中查的)。設置中間再沸器主要目的降低丙烯塔塔釜熱負荷、充分回收利用QW提供的熱量。通過調(diào)整QW跨線，控制中沸器QW入口溫度在62.5℃左右。通過底部再沸器EH-3451和中間再沸器EH-3456為丙烯塔系統(tǒng)內(nèi)提供熱量。

1.2.3 丙烯塔壓力控制

丙烯塔的輸入及輸出的能量關系，影響丙烯塔的操作壓力，丙烯塔輸入能量偏大，勢必造成丙烯塔的操作壓力偏高，反之則偏低。

丙烯塔塔壓控制主要通過塔頂冷凝器跨線閥PIC-360071控制，受塔頂冷凝器循環(huán)水溫度影響較明顯。塔頂不凝氣排放量也影響丙烯塔塔壓。1#丙烯塔塔壓控制1.85MpaG，2#丙烯塔塔頂壓力控制1.75MpaG。雙塔之間必須有0.05以上壓差，從而保證2#丙烯塔正常穩(wěn)定的氣相負荷。

2 丙烯塔塔釜損失原因分析

2.1 丙烯塔負荷

乙烯裝置設計丙烯3A工況下(注：特定的原料組成)處理能力為45.0t/h，若正常情況下丙烯塔進料中丙烯含量超過丙烯塔的處理能力，會造成丙烯塔負荷過大，相應的丙烯塔設計塔板數(shù)也無法達到設計處理精度，造成丙烯塔塔頂丙烷含量增大，塔釜丙烯含量增大。

2.2 丙烯塔溫度

1、塔釜溫度是控制丙烯塔塔釜丙烯損失的關鍵因素，直接影響塔釜丙烯含量，塔釜溫度控制59±1℃。控制溫度過低丙烯塔氣相負荷過小，勢必造成上部丙烯組分下移，塔釜丙烯含量升高，造成丙烯塔塔釜損失增大。丙烯塔釜溫度受急冷水溫度影響明顯，尤其在裂解爐切換期間，急冷水溫度變化大，及時調(diào)整急冷水總量，保證丙烯塔塔釜再沸的恒定熱量，是保證丙烯塔塔釜溫度的重要控制手段。

2、丙烯塔塔釜溫度過高或塔釜采出量過大時，塔釜內(nèi)存液量降低。丙烯塔再沸器工藝側(cè)入出口溫差變大，若高于臨界值(5℃)，給熱系數(shù)會急劇下降，傳熱量也會隨之下降，將不能保證丙烯塔的正常熱量需要，從而破壞丙烯塔內(nèi)汽液平衡，造成塔釜損失增大。此時調(diào)整需關閉塔釜外送，降低塔釜再沸量，待塔釜見液或再沸器工藝側(cè)入出口溫差降低至正常值2℃左右后，從而恢復丙烯塔正常運行。

3、丙烯塔回流溫度影響，長時間溫度低于37℃，會造成丙烯塔內(nèi)回流過冷，丙烯塔液相負荷增大，丙烯組分分布下移，造成丙烯塔塔釜損失增大。

2.3 丙烯塔塔壓

1、丙烯塔塔壓控制過高，造成丙烯與丙烷相對揮發(fā)度降低，丙烯塔整塔溫度梯度上移，分離難度增大，直接影響丙烯塔的汽液相平衡。丙烯塔處理能力下降，相同負荷下，塔釜與塔頂純度會下降，造成丙烯塔塔釜損失增大。

2、影響丙烯塔塔壓的因素主要是丙烯塔回流溫度及再沸量，回流溫度偏高，系統(tǒng)進入1層塔盤后被氣化量增大；丙烯塔再沸量增加造成丙烯塔的氣相負荷增大，丙烯塔塔壓也升高。1#丙烯塔再沸量過大，表現(xiàn)在2#丙烯塔回流至1#丙烯塔流量增大至550t/h以上，即1#丙烯塔氣液相負荷增大，易造成塔盤積液量增大，造成霧沫夾帶，使分離效果降低，從而增大丙烯塔塔釜損失。

2.4 丙烯塔產(chǎn)品采出

1、丙烯塔塔釜產(chǎn)品采出：1#丙烯塔ET3451長時間處于塔釜低液位操作，當系統(tǒng)降負荷，丙烯塔進料量隨之降低至40t/h，而進料中丙烯純度達到95.5%，丙烯塔進料中丙烷含量僅有2t/h，但塔釜丙烷外送量仍保持在4.8t/h采出，即循環(huán)丙烷量未進行及時調(diào)整，導致循環(huán)丙烷量采出過多，ET3451塔釜循環(huán)丙烷采空，丙烯塔再沸器工藝側(cè)出入口溫差達到7℃，丙烯塔再沸器傳熱系數(shù)降低，打亂丙烯塔的汽液相平衡，導致外送循環(huán)丙烷中丙烯含量過高。塔釜采出不能僅靠塔釜液位確定塔釜采出量。需根據(jù)丙烯塔進料量及純度核算丙烯塔內(nèi)丙烷量，在塔釜進行恒定的采出，防止采出量過大，影響丙烯塔塔釜損失。塔釜采出過低則會導致塔釜液位偏高或丙烷組分上移，甚至會造成丙烯塔塔頂丙烯中丙烷含量超標。

2、丙烯塔塔頂丙烯產(chǎn)品采出，根據(jù)進料量及進料組成換算成的丙烯作為恒定采出，防止因丙烯產(chǎn)品采出量過小，造成丙烯塔內(nèi)丙烯含量增大，丙烯塔汽液相負荷過大，致使丙烯組分下移，造成丙烯塔塔釜損失增大。

3 總結(jié)

1、丙烯塔穩(wěn)定的進料及采出是保證丙烯塔正常運行的前提，在負荷變化情況下，及時根據(jù)丙烯塔的進料量，調(diào)整丙烯塔的丙烯與丙烷采出，塔釜及塔頂進行穩(wěn)定采出，防止塔釜采出過多或塔頂丙烯采出過小，造成丙烯塔釜丙烯損失；

2、穩(wěn)定丙烯塔塔釜溫度，保證丙烯塔各層塔盤的正常溫度梯度，及時調(diào)整丙烯塔回流溫度，才能對丙烯塔塔釜損失做到提前干預，防止出現(xiàn)塔釜損失大的情況；

3、關注丙烯塔塔釜再沸器工藝側(cè)入出口溫差，在溫差升高時，及時降低丙烷采出量，保證丙烯塔塔釜正常傳熱系數(shù)，保證丙烯塔的正常熱量需求

[1]史繼森.精餾塔的控制[J].自動化博覽.2008，(8)：86-89.

[2]朱亞東.中間再沸器在催化裂化裝置解吸塔上的應用[J].石化技術(shù)與應用.2005，(4)：306-309.

[3]顏景方，吳啟龍.丙烯精餾系統(tǒng)過程模擬分析[J].石化技術(shù).2003，(4)：38-42.