影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因和解決措施

宋紅燕，白永濤

(陜西延長石油延安石油化工廠，陜西 延安 727406)

影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因和解決措施

宋紅燕，白永濤

(陜西延長石油延安石油化工廠，陜西 延安 727406)

分析了600 kt/a氣體分餾裝置丙烯產(chǎn)品收率低的原因，通過丙烯塔檢修，較大程度地提高了裝置處理量，最大可達90 t/h；經(jīng)過技術(shù)改造，將脫乙烷塔塔頂高壓瓦斯氣排放線連接至柴油加氫裝置吸收脫吸塔富氣進料管線上，最大程度地減少了丙烯的浪費，每天回收丙烯約2.88 t，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益約768萬元/a；對氣體分餾裝置采用先進控制系統(tǒng)，優(yōu)化了丙烯塔操作，縮小了丙烯塔塔底溫差，提高了丙烷產(chǎn)品純度，進一步提高了丙烯收率。通過以上3項舉措，減少了丙烯的排放浪費，最大程度地提高了氣體分餾裝置的丙烯收率。

氣體分餾裝置 丙烯 丙烷 收率 先進控制系統(tǒng)

陜西延長石油延安石油化工廠600 kt/a氣體分餾(簡稱氣分)裝置于2009年建成投產(chǎn)，原料為脫硫、脫硫醇后不含游離水的精制液化氣，主要包括催化裂化、連續(xù)重整和柴油加氫裝置的液化氣。該裝置采用四塔流程，液化氣依次經(jīng)過脫丙烷塔，脫乙烷塔、丙烯塔和脫戊烷塔分離后，丙烯作為聚丙烯裝置原料，碳四餾分作為MTBE裝置原料，丙烷、戊烷產(chǎn)品分別送出裝置。

1 存在的問題

自2009年氣分裝置開工以來，一直存在丙烯收率低的問題，表1為丙烯產(chǎn)品實際收率與理論收率對比。由表1可以看出，丙烯產(chǎn)品實際收率較理論收率相差較多。原因主要有3個：①丙烯塔分離效果達不到要求，裝置加工量小，致使部分丙烯混入丙烷產(chǎn)品中，造成丙烷產(chǎn)品純度低、丙烯收率過低[1]；②根據(jù)工藝要求，碳二組分需在脫乙烷塔分離出裝置，即在脫乙烷塔回流罐罐頂排放至高壓瓦斯管網(wǎng)，在此過程中，不可避免地排放了部分碳三組分，該碳三組分中丙烯含量較高，因此造成了丙烯的損失[2]；③常規(guī)操作中，丙烯塔由單變量控制，無法保證在丙烯塔產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上實現(xiàn)丙烯收率的最大化。

表1 丙烯實際收率與理論收率對比

注：丙烯理論產(chǎn)量=丙烯體積分數(shù)×液化氣加工量×0.8，其中0.8為設(shè)計中丙烯相對分子質(zhì)量與液化氣平均相對分子質(zhì)量之比；丙烯收率=丙烯產(chǎn)量/液化氣加工量×100%。

2 改進措施

2.1 丙烯塔檢修

丙烯塔塔頂丙烯產(chǎn)品要求丙烯體積分數(shù)不小于99.6%，塔底丙烷產(chǎn)品要求丙烷體積分數(shù)不低于95.0%，在保證丙烯產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，盡量提高丙烷產(chǎn)品純度，以降低丙烯損耗。

氣分裝置設(shè)計加工量為75 t/h，在開工初期，實際加工量無法達到設(shè)計值，丙烯塔壓降較大(約0.24 MPa)，且丙烷產(chǎn)品純度較低，結(jié)果見表2。通過分析，認為可能是塔內(nèi)部構(gòu)件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致精餾塔負荷降低、分餾效果下降[3]。

2010年5月氣分裝置進行大檢修期間，對丙烯塔塔盤逐層檢查，發(fā)現(xiàn)每層塔盤均有多個浮閥卡塞、銹死、壞掉或丟失。故對故障浮閥逐個試驗、更換。檢修后，氣分裝置加工量有較大提高，最大加工量可至90 t/h，此時裝置運行平穩(wěn)，且丙烯塔壓降明顯減小，由原來的約0.24 MPa降至約0.12 MPa，丙烷產(chǎn)品純度較檢修前明顯提高，結(jié)果見表3。

表2 檢修前丙烷產(chǎn)品組成 φ，%

表3 檢修后丙烷產(chǎn)品組成 φ，%

2.2 脫乙烷塔塔頂高壓瓦斯線技術(shù)改造

為了減少丙烯產(chǎn)品中輕組分含量，脫乙烷塔塔頂碳二組分需經(jīng)高壓瓦斯系統(tǒng)排出裝置，但部分碳三(丙烷和丙烯)不可避免地隨碳二組分排出，排出的高壓瓦斯氣中丙烯體積分數(shù)約為60%。自2009年氣分裝置開工以來，該混合高壓瓦斯氣(組成見表4)直接排入高壓瓦斯氣管網(wǎng)，一部分作為連續(xù)重整裝置燃燒爐的燃料，剩余部分在火炬處燃燒。這不僅造成丙烯組分的浪費，降低了氣分裝置的丙烯收率，同時增大了火炬的處理負荷，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

表4 脫乙烷塔回流罐罐頂高壓瓦斯氣組成 φ，%

為了從根本上解決問題，從全廠現(xiàn)有資源考慮，制定了針對性的技術(shù)改造方案，即將氣分裝置脫乙烷塔塔頂高壓瓦斯氣引至柴油加氫裝置吸收脫吸塔[4]，將其中的碳三組分(丙烯和丙烷)回收于液化氣中，最終循環(huán)至氣分裝置作原料，從而實現(xiàn)丙烯的回收。

柴油加氫裝置吸收脫吸塔富氣與粗汽油逆流接觸，富氣中的碳三及以上組分大部分被液相吸收下來，少部分輕組分即干氣從塔頂餾出；塔底油經(jīng)過穩(wěn)定塔進一步分餾，碳三、碳四等組分即液化氣從穩(wěn)定塔塔頂餾出，穩(wěn)定汽油從塔底送出裝置。

2.2.1 詳細技術(shù)改造方案 圖1為脫乙烷塔塔頂高壓瓦斯氣排放改造流程示意。在脫乙烷塔回流罐(操作壓力2.9 MPa)罐頂高壓瓦斯排放線控制閥PV0501后、閘閥(1號)前引出一條新管線，并加閘閥(2號)一個，該新管線延伸并連接至柴油加氫裝置吸收脫吸塔(操作壓力1.59 MPa)中下部的富氣管線上(虛線部分)。當(dāng)氣分裝置與柴油加氫裝置均運行平穩(wěn)時，1號閘閥關(guān)閉、2號閘閥開啟，氣分裝置高壓瓦斯氣與柴油加氫裝置富氣匯集進入吸收脫吸塔，回收高壓瓦斯氣中的丙烯和丙烷；當(dāng)兩套裝置中有一套裝置運行異常時，1號閘閥開啟、2號閘閥關(guān)閉，氣分裝置高壓瓦斯氣將按原流程排放至高壓瓦斯管網(wǎng)。

圖1 脫乙烷塔塔頂高壓瓦斯氣排放技術(shù)改造流程示意

2.2.2 經(jīng)濟效益 該技術(shù)改造項目于2013年6月25日投用，當(dāng)天回收瓦斯氣中的丙烯氣即見成效，柴油加氫裝置液化氣產(chǎn)品中丙烯體積分數(shù)由原來的0增至約2.80%(見表5)。

柴油加氫裝置產(chǎn)液化氣約120 t/d，丙烯體積分數(shù)平均約為3%，由此可計算出每天回收丙烯2.88 t。按丙烯價格8 000元/t、裝置運行8 000 h/a計，估算每年可實現(xiàn)經(jīng)濟效益768萬元。

表5 技術(shù)改造前后柴油加氫裝置液化氣組成 φ，%

2.3 引進新技術(shù)，采用先進控制系統(tǒng)，優(yōu)化操作

氣分裝置原采用CS-3000集散控制系統(tǒng)(DCS)，主要從單變量控制的角度來考慮，未能將先進工藝思想和操作經(jīng)驗用于生產(chǎn)過程控制，難以達到保證產(chǎn)品質(zhì)量和丙烯高收率的優(yōu)化運行效果。因此，引進新技術(shù)，采用先進的APC-Suite控制軟件對生產(chǎn)過程實施控制，由單變量到多變量控制，以優(yōu)化工藝參數(shù)，可在一定程度上提高丙烯收率。

APC-Suite軟件采用4個控制器分別控制脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔和脫戊烷塔等部分[5]。丙烯塔控制器主要克服進料量的影響，提高控制平穩(wěn)性，以丙烯塔塔底溫差為主要控制目標(biāo)，提高丙烷產(chǎn)品純度，實現(xiàn)丙烯產(chǎn)品卡邊優(yōu)化控制，減少丙烯損失。常規(guī)操作中要求控制丙烯塔塔底溫差不大于3.5 ℃，丙烯塔丙烯產(chǎn)品純度控制在99.6%以上。2014年6月底，先進控制系統(tǒng)正式投用測試，投用后丙烯塔運行平穩(wěn)，丙烯體積分數(shù)平均值在99.8%以上。

2.3.1 丙烯塔塔底溫差變化 丙烯塔塔底餾出丙烷產(chǎn)品，塔底溫度TI0608與20層塔盤溫度TI0606的差值Δt直接影響丙烷產(chǎn)品純度，溫差越小，丙烷產(chǎn)品純度越高。

圖2和圖3分別為先進控制系統(tǒng)投用前后的TI0608曲線，投用前曲線采集于2014年4月1—4日，共72 h;投用后曲線采集于2014年8月3—6日,共72 h。由圖2和圖3可以看出，相比于投用先進控制系統(tǒng)前的TI0608曲線，投用后的曲線較為平緩，未出現(xiàn)大起大落現(xiàn)象。表6為投用先進控制系統(tǒng)前后TI0608運行穩(wěn)定性對比。由表6可以看出，投用先進控制系統(tǒng)后TI0608方差較投用前降低35.53%，說明投用先進控制系統(tǒng)后，TI0608溫度離散程度小，即溫度波動小，裝置運行平穩(wěn)。

圖2 先進控制系統(tǒng)投用前的TI0608曲線

圖3 先進控制系統(tǒng)投用后的TI0608曲線

表6 投用先進控制系統(tǒng)前后TI0608運行穩(wěn)定性對比

圖4和圖5分別為投用先進控制系統(tǒng)前后TI0608與TI0606溫差Δt的曲線，投用前曲線采集于2014年4月1—4日，共72 h;投用后曲線采集于2014年8月3—6日，共72 h。由圖4和圖5可以看出，投用先進控制系統(tǒng)后Δt曲線波動較緩，較投用前曲線平穩(wěn)。表7為投用先進控制系統(tǒng)前后Δt運行穩(wěn)定性對比，表8為丙烷產(chǎn)品純度變化。由表7和表8可以看出，投用先進控制系統(tǒng)后，Δt的方差較投用前降低12.29%，說明投用先進控制系統(tǒng)后Δt波動小，同時Δt平均值小，丙烷產(chǎn)品純度提高。

圖4 先進控制系統(tǒng)投用前的Δt曲線

圖5 先進控制系統(tǒng)投用后的Δt曲線

表7 先進控制系統(tǒng)投用前后Δt運行穩(wěn)定性對比

表8 先進控制系統(tǒng)投用前后丙烷產(chǎn)品純度對比

2.3.2 丙烯質(zhì)量變化 圖6為投用先進控制系統(tǒng)后，2014年7月1—30日的丙烯產(chǎn)品質(zhì)量。由圖6可以看出，丙烯最高純度為99.91%，最低為99.60%，平均值為99.80%，較投用先進控制系統(tǒng)前有較大提高。

圖6 投用先進控制系統(tǒng)后的丙烯產(chǎn)品質(zhì)量

2.3.3 經(jīng)濟效益 投用先進控制系統(tǒng)后，丙烯產(chǎn)品中丙烯平均體積分數(shù)達到99.80%。當(dāng)裝置加工量在設(shè)計指標(biāo)范圍內(nèi)時，丙烷產(chǎn)品中丙烷平均體積分數(shù)為99.32%。為了準(zhǔn)確評估氣體分餾優(yōu)化控制系統(tǒng)的達標(biāo)情況和項目實施后所能產(chǎn)生的經(jīng)濟效益，對優(yōu)化控制系統(tǒng)投用階段2014年7月與未投用階段2013年7月采集相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比分析。

2014年7月加工原料精制液化氣57.614 kt，丙烯體積分數(shù)為33.99%，丙烯產(chǎn)量為14.697 kt；2013年7月加工原料精制液化氣54.078 kt，丙烯體積分數(shù)為35.41%，丙烯產(chǎn)量為14.146 kt。

剔除原料中丙烯含量對丙烯收率的影響，將2014年7月丙烯收率換算為2013年7月同等丙烯含量時的收率為26.58%；投用優(yōu)化控制系統(tǒng)前，2013年7月丙烯收率為26.16%。由此可見，投用優(yōu)化控制系統(tǒng)后，丙烯收率提高了0.42百分點。

用同樣方法計算出其它時間下的相關(guān)對比數(shù)據(jù)，結(jié)果見表9。由表9可以看出，投用先進控制系統(tǒng)后，丙烯收率均有了較大提高。

表9 投用先進控制系統(tǒng)前后相關(guān)采集數(shù)據(jù)對比

由以上分析可見，采用先進控制軟件后，達到了預(yù)期效果，丙烯塔運行平穩(wěn)，參數(shù)控制平緩，無大幅波動現(xiàn)象，丙烯塔塔底TI0608與TI0606溫差Δt明顯減小，丙烷純度明顯提高，丙烯收率也有了較大提高。

3 結(jié) 論

(1) 氣分裝置自2009年開工以來，丙烯收率較低，通過檢修丙烯塔，更換塔盤故障浮閥，提高了裝置處理加工量，最大可至90 t/h；同時降低了丙烯塔壓降約0.12 MPa，有利于丙烯、丙烷的分離，提高了丙烷產(chǎn)品純度，減少了丙烯浪費。

(2) 通過技術(shù)改造，充分利用現(xiàn)有裝置資源，將氣分裝置高壓瓦斯排放線改至柴油加氫裝置，將氣分裝置丙烯損失降至最低，創(chuàng)造經(jīng)濟效益約768萬元/a。

(3) 采用先進控制系統(tǒng)，優(yōu)化了丙烯塔操作，進一步提高了丙烷產(chǎn)品純度，丙烯收率提高了0.42～1.03百分點。

[1] 邢海平.氣體分餾裝置影響丙烯收率的因素及對策[J].當(dāng)代化工，2015，44(10)：2435-2437

[2] 黃風(fēng)林，趙雄.氣體分餾裝置丙烯回收優(yōu)化及雙塔流程可行性研究[J].石油煉制與化工，2008，39(9)：55-57

[3] 黃富，張楊，彭國峰，等.氣體分餾裝置優(yōu)化運行技術(shù)措施[J].煉油技術(shù)與工程，2015，45(10)：21-24

[4] 李斌，吳裴，馮建鋼.吸收穩(wěn)定系統(tǒng)和氣體分餾裝置聯(lián)合優(yōu)化工藝的應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2008，39(2)：31-33

[5] 張韶煜，柴昕，劉炳杰.先進過程控制在氣分裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動化，2014，50(3)：31-34

FACTORS AFFECTING YIELD OF PROPYLENE IN GAS FRACTIONATION UNIT AND MEASURES

Song Hongyan，Bai Yongtao

(ShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.Ltd.Yan’anPetrochemicalFactory，Yan’an，Shaanxi727406)

The reasons of lower yield of propylene in gas fractionation unit were analyzed. Revamping measures were adopted based on the analysis. After revamping，the handling capacity of the fractionator is raised to 90 t/h. The revamping measures include：(i) connecting the high pressure gas discharge line on the top of deethanizer to the feed line of absorption-desorption tower of diesel oil hydrogenation unit，which reduces the discharge of propylene furthest and recovers propylene about 2.88 t/d with an benefit about 7.68 million Yuan/a；(ii) using an advanced control system for gas fractionation unit to optimize the operation of propylene rectification tower，which reduces the temperature difference at the bottoms of the propylene tower，improves the purity of propane，and increases the yield of propylene. Through the above three measures，waste of propylene emissions is reduced and the propylene yield of the gas fractionation unit is increased to a great extent.

gas fractionation unit；propylene；propane；yield；advanced control system

2016-02-04；修改稿收到日期：2016-04-25。

宋紅燕，碩士，工程師，從事石油化工生產(chǎn)技術(shù)工作。

宋紅燕，E-mail：soho_yan2003@163.com。