粗苯乙烯塔工藝條件研究

袁 宏，王 海

（中國(guó)石油蘭州石化公司合成橡膠廠，甘肅蘭州 730060）

本裝置于1960 年建成投產(chǎn)，經(jīng)改造后生產(chǎn)能力達(dá)到6.0 萬(wàn)t/a。通過(guò)烷基化反應(yīng)、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)、乙苯脫氫、乙苯精餾、苯乙烯精餾，完成苯乙烯生產(chǎn)制造過(guò)程[1]。本文針對(duì)苯乙烯精餾過(guò)程中，粗苯乙烯塔工藝操作困難，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響較大，研究粗苯乙烯塔各工藝條件，尋找粗苯乙烯塔工藝操作的最優(yōu)條件，指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 原理分析及問(wèn)題

1.1 粗苯乙烯塔工藝簡(jiǎn)介

1.1.1 粗苯乙烯塔工藝原理 粗苯乙烯塔操作真空為32 kPa～36 kPa（絕壓）。粗苯乙烯加料（重關(guān)鍵組分苯乙烯濃度54%～62%，輕關(guān)鍵組分乙苯濃度為40%～38%）通過(guò)加料口加入塔中[2]。乙苯和苯乙烯易形成二元共沸物，當(dāng)乙苯由液相變?yōu)闅庀鄷r(shí)，苯乙烯也會(huì)出現(xiàn)部分汽化形成后向上氣流。上升的氣體在塔頂冷凝器冷凝后，經(jīng)補(bǔ)冷器的冷卻，通過(guò)回流泵打回流進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)每層填料分布器的均勻分布后在填料層上形成向下的液體流股。這樣在填料層上上升氣體和下降的液體經(jīng)逆向多級(jí)接觸，并在相平衡關(guān)系的約束下，使得易揮發(fā)組分（乙苯、甲苯、苯）不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移，而難揮發(fā)組分（苯乙烯及更重組分）由氣相向液相中遷移，最終達(dá)到上升的氣體中苯乙烯含量越來(lái)越少，下降的液體中苯乙烯含量越來(lái)越多，最終塔頂、塔釜得到合格的產(chǎn)品[3-7]。

1.1.2 粗苯乙烯塔工藝流程 粗苯乙烯經(jīng)粗苯乙烯塔的第四層填料上方加入塔內(nèi)。塔頂餾分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝，再經(jīng)補(bǔ)冷器冷卻后，不凝氣經(jīng)進(jìn)尾冷卻器后進(jìn)一步冷卻，進(jìn)入真空泵，從真空泵出口高位排空。冷凝物料依靠位差自流進(jìn)入回流槽，通過(guò)回流泵一路回流，另一路作為塔頂產(chǎn)品送出系統(tǒng)。塔釜物料經(jīng)釜液泵分兩路：一路塔釜循環(huán)，另一路作為塔釜采出送出。塔釜再沸器以0.32 MPa 蒸汽作為加熱介質(zhì)，為塔釜物料提高熱量，蒸汽凝液排至精餾單元蒸汽凝液系統(tǒng)[1]。

流程簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1）。

1.2 問(wèn)題的提出

粗苯乙烯塔在操作時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜質(zhì)量主要依據(jù)T4 和T5 的溫差來(lái)判斷。判定依據(jù)為：溫差在1.3 ℃～1.5 ℃時(shí)，苯乙烯純度為99.3 %～99.5 %，溫差為1.5 ℃～1.7 ℃時(shí)，苯乙烯純度為99.5 %～99.7 %，溫差為1.8 ℃～2 ℃時(shí)，純度為99.8 %～99.9 %，同時(shí)塔頂回收乙苯中苯乙烯含量合格（小于0.5 %）；溫差大于2.0 時(shí)純度在99.9 %以上，依據(jù)以上規(guī)律可以將苯乙烯產(chǎn)品的純度精確在0.1 %。

圖2 預(yù)測(cè)純度和實(shí)際分析純度偏差趨勢(shì)圖

目前在苯乙烯精餾系統(tǒng)操作過(guò)程中，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大。2010 年1 月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)律預(yù)測(cè)值和實(shí)際分析純度偏差趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖2）。

從對(duì)比數(shù)據(jù)和偏差趨勢(shì)圖來(lái)看：依據(jù)T4 和T5 的溫差來(lái)判斷塔釜苯乙烯純度的規(guī)律已經(jīng)無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn)，生產(chǎn)結(jié)果與判斷值偏差較大，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大。為了保證粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量合格，必須重新尋找粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量的工藝控制條件。

2 粗苯乙烯塔質(zhì)量控制依據(jù)的理論分析

2.1 溫度分布分析

從精餾塔各溫度分布點(diǎn)變化來(lái)看，由于受加料量、加料組成變化等影響因素影響，加料口填料層上下組分變化較大[3]，因此加料口下方的溫度T3 變化比較明顯，控制好T3 溫度不僅可以控制好塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以對(duì)精餾塔因外界因素影響造成的工藝波動(dòng)提前預(yù)判并做出及時(shí)調(diào)整，保證粗苯乙烯塔的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

粗苯乙烯塔運(yùn)行過(guò)程中，因塔頂真空度受加料負(fù)荷、環(huán)境溫度、加料組成等因素影響而不斷的變化，因此必須考慮真空度的變化對(duì)各測(cè)溫點(diǎn)的影響[4]。所以在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中要在每組記錄中記錄以下變量：塔頂真空P1、靈敏板溫度（T3）、塔頂產(chǎn)品苯乙烯含量、塔釜產(chǎn)品苯乙烯含量。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)對(duì)分析，找出真空度、塔頂產(chǎn)品、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量、靈敏板溫度之間的關(guān)系，確定最佳工藝控制條件。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 采集數(shù)據(jù)說(shuō)明

為了尋找最佳工藝控制條件，采集了2 月粗苯乙烯塔頂真空、靈敏板溫度、塔頂產(chǎn)品、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

3.2 P1 指示在33 kPa～34 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

P1 指示在33 kPa～34 kPa 時(shí)，T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量（見(jiàn)圖3）。

圖3 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量折線圖

P1 指示在33 kPa～34 kPa 時(shí)，從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論：（1）T3 溫度在106.7 ℃～108.7 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于106.7 ℃時(shí)，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于108.7 ℃時(shí)，塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產(chǎn)品不合格；（4）為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，T3 溫度在107 ℃～108.5 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

3.3 P1 指示在34 kPa～35 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

P1 指示在34 kPa～35 kPa 時(shí)，T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系（見(jiàn)圖4）。

P1 指示在34 kPa～35 kPa 時(shí)，從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論：（1）T3 溫度在107.8 ℃～109.9 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于107.9 ℃時(shí)，塔釜苯乙烯純度小于99.7%，純度不合格；（3）P1 指示在34 kPa～35 kPa 時(shí)，塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產(chǎn)品不合格；（4）為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，T3 溫度在108 ℃～109.5 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

圖4 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量管線圖

3.4 P1 指示在35 kPa～36 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

P1 指示在35 kPa～36 kPa 時(shí)，T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系（見(jiàn)圖5）。

圖5 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系

P1 指示在35 kPa～36 kPa 時(shí)，從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論：（1）T3 溫度在108.2 ℃～110.9 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于108.2 ℃時(shí)，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于110.9 ℃時(shí)，塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產(chǎn)品不合格；（4）為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，T3 溫度在108.5 ℃～110.5 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

3.5 P1 指示在36 kPa～37kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

P1 指示在36 kPa～37 kPa 時(shí)，T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系（見(jiàn)圖6）。

圖6 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系

P1 指示在36 kPa～37 kPa 時(shí)，從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論：（1）T3 溫度在109.1 ℃～111.5 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于109.1 ℃時(shí)，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于111.5 ℃時(shí)，塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產(chǎn)品不合格；（4）為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，P1 指示在35 kPa～36 kPa 時(shí)，T3 溫度在109.1 ℃～111.5 ℃時(shí)，粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

4 結(jié)論

通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)分析，得出：

（1）真空度在33 kPa～34 kPa 下，溫度操作范圍為107 ℃～108.5 ℃。

（2）真空度在34 kPa～35 kPa 下，溫度操作范圍為108 ℃～109.5 ℃。

（3）真空度在35 kPa～36 kPa 下，溫度操作范圍為108.5 ℃～110.5 ℃。

（4）真空度在36 kPa～37 kPa 下，溫度操作范圍為109.1 ℃～111.5 ℃。在此工藝條件下，到達(dá)塔頂、塔釜的產(chǎn)品質(zhì)量均合格，同時(shí)保證了系統(tǒng)工藝的平穩(wěn)運(yùn)行，取得了良好的效果。

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