丙烯裝置操作優(yōu)化與節(jié)能

趙俊云

山東泰特爾新材料科技有限公司 山東東營(yíng) 257091

本公司丙烯裝置于2006 年2 月初建成，年加工量10 萬(wàn)噸。隨著原料緊缺，公司外購(gòu)的原料組成和作為設(shè)計(jì)依據(jù)的原料組成偏差較大，C2 等不凝氣及其它組分偏多，導(dǎo)致實(shí)際產(chǎn)出的丙烯比設(shè)計(jì)純度降低。為改變這種狀況，本人帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)丙烯裝置的操作參數(shù)進(jìn)行了重新核算，針對(duì)不同原料情況、不同原因采用不同措施進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好效果。

1 原料組份的對(duì)比優(yōu)化

丙烯裝置由催化裂化生產(chǎn)的裂解氣經(jīng)過(guò)三次精餾后最終在精丙烯塔頂?shù)玫礁呒兌鹊墓I(yè)丙烯。原設(shè)計(jì)中的丙烯原料組成與實(shí)際生產(chǎn)中的丙烯原料組成有所不同，丙烯原料組分中乙烷乙烯含量增加0．52%，丙烷含量下降了1．25%，而丙烯含量卻下降了8．15%，合計(jì)碳三組分摩爾百分含量合計(jì)下降9．40%，而碳四以上的烷烴含量增加3．03 個(gè)百分點(diǎn)，碳四以上的烯烴組分含量增加5．85 個(gè)百分點(diǎn)，合計(jì)碳四以上的烷烴烯烴組分摩爾百分含量增加8．88%，由此可以看出丙烯裝置的原料摩爾質(zhì)量變重，裝置原料性質(zhì)變化是：碳二等輕組分變多，碳三組分變少，碳四碳五組分變多，整體單位質(zhì)量變重，在物料性質(zhì)發(fā)生變化的情況下原設(shè)計(jì)院給出的設(shè)計(jì)操作溫度、壓力、回流比與實(shí)際操作參數(shù)就產(chǎn)生了偏差。例如設(shè)計(jì)院依據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)物料組成給出T201 的操作壓力是2．10MPa，塔底溫度是108℃，T201 精餾塔的用途是將物料組分中的乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等C2、C3 從塔頂精餾出來(lái)，而C4、C5 及硫化氫等分子質(zhì)量大的組分從塔底餾出。而物料性質(zhì)變化后，物料中C2、C3 等物料組分變少，在精餾塔內(nèi)分離時(shí)所需的熱量就變小，致使塔底重沸器在加熱升溫時(shí)，所需的溫度就不需要像設(shè)計(jì)時(shí)的溫度那樣高，因此說(shuō)設(shè)計(jì)溫度高于最佳的理論操作溫度，需要降低塔底操作溫度，實(shí)際裝置操作中的最佳溫度是105±3℃；T201 的理論設(shè)計(jì)溫度高于了最佳操作溫度，造成更多的C4、C5 組分蒸到塔頂組分當(dāng)中，為了塔頂餾出組分合格，就需要增大回流量將塔頂溫度降得更低，方可將過(guò)多的C4、C5 組分壓回塔底，這樣就導(dǎo)致塔頂回流量大于最佳理論回流量；在塔底溫度過(guò)高、塔頂回流量增大情況下，整塔的負(fù)荷上升，塔頂塔底的壓降增大，造成塔頂壓力高于最佳理論值，需要更多的塔底能量，浪費(fèi)了蒸汽[1]。T202、T203 的情況也與之類(lèi)似，由于組分的變化、加工量的變化，實(shí)際最佳操作溫度也與設(shè)計(jì)院給出的理論值產(chǎn)生較大偏差。此外，裝置根據(jù)市場(chǎng)情況的變化及要求，丙烯純度由99．6%降為99．2%，這對(duì)我們降低能耗、提高裝置效益進(jìn)一步拓寬了優(yōu)化操作的空間，因此實(shí)際操作進(jìn)一步優(yōu)化的潛力很大[2]。

2 計(jì)算適宜回流比，優(yōu)化操作

當(dāng)市場(chǎng)要求變化時(shí)，我們首先在T203（丙烯精餾塔）頂餾出產(chǎn)品上開(kāi)始進(jìn)行調(diào)整，我們依據(jù)從“回流量——→塔頂溫度——→塔頂壓力——→塔底溫度”的思路來(lái)逐個(gè)進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)行實(shí)際操作的調(diào)整，先進(jìn)行T203—→到T202——→再到T201，從后到前不相互影響的順序進(jìn)行。

2.1 優(yōu)化回流，提高丙烯產(chǎn)量

根據(jù)原料液化氣中各組分的含量和相對(duì)揮發(fā)度，利用化工分離來(lái)核算回流量、操作壓力和操作溫度。按照多組分精餾計(jì)算方法，對(duì)于丙烯精餾塔，采用Kirkbride 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算軟件，并繪制成了粗略估算丙烯精餾塔（塔盤(pán)數(shù)為160-170 層）回流量的C-R 曲線(xiàn)從丙烯純度與回流比的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)丙烯純度由99．6%下降到99．2%時(shí)，回流比可由14 下降到11，則回流量也可降低20%。當(dāng)丙烯加工量為3．9 噸/小時(shí)時(shí)，設(shè)計(jì)回流量為31．3 噸/小時(shí)，這樣可計(jì)算的回流量為25 噸/小時(shí)，當(dāng)加工量為4t/h-4．5t/h 時(shí)考慮到設(shè)計(jì)時(shí)給定的各參數(shù)都有余量，從實(shí)際運(yùn)行中也發(fā)現(xiàn)，在低于設(shè)計(jì)回流量20%的情況下，丙烯裝置仍可生產(chǎn)純度為99．6%的精丙烯。因此在實(shí)際操作運(yùn)行中把該值作為操作上限進(jìn)行了一系列的調(diào)整。從實(shí)驗(yàn)調(diào)整開(kāi)始，我們對(duì)丙烯裝置的各塔的低溫、頂溫、頂壓及回流量參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在保持丙烯精餾塔塔底溫度和塔頂壓力相對(duì)平穩(wěn)的情況下，共進(jìn)行了四種加工量（4 噸/小時(shí)-4．5噸/小時(shí)）下的12 種方案（回流量從23．33 噸/小時(shí)調(diào)整到28 噸/小時(shí)）的試驗(yàn)，每種方案進(jìn)行6-10 天，共持續(xù)了近4 個(gè)月（為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，對(duì)操作有較大波動(dòng)的數(shù)據(jù)都進(jìn)行了篩選）。

實(shí)驗(yàn)證明：①在這幾個(gè)優(yōu)化方案下操作，丙烯裝置整體物料收率相對(duì)較高，各精餾塔的操作也相對(duì)平穩(wěn)，同時(shí)也可以看出：加工量（在12t/h-13．5t/h 之間）越大，丙烯產(chǎn)量也越高，但當(dāng)加工量超過(guò)13．5t/h 時(shí)，由于脫乙烷塔塔底擋板高，丙烯精餾塔進(jìn)料控制閥量程小以及塔頂冷卻器效果差等原因，操作平穩(wěn)率會(huì)急劇下降，反而影響丙烯收率；②隨著回流量的減少（70t/h-84t/h）產(chǎn)品液化氣中丙烯含量有所下降，說(shuō)明丙烯拔出率有所增加，但隨著回流量的減小，丙烯純度對(duì)蒸汽波動(dòng)更加敏感，會(huì)造成丙烯純度下降，反而會(huì)影響丙烯產(chǎn)量和質(zhì)量。

在實(shí)際操作中，這些方案只能作為參考，因?yàn)閷?duì)于這樣一個(gè)對(duì)分離精度要求如此高的精餾塔來(lái)說(shuō)，抗干擾能力相對(duì)較弱，任何大的干擾如外界氣溫、原料中的乙烷乙烯含量、丙烯含量、丙烷含量等都會(huì)直接影響各精餾系統(tǒng)的平穩(wěn)操作，影響到操作參數(shù)的選取和丙烯的產(chǎn)量，甚至化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)的間斷性也制約著各個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性和可信度，所以以上數(shù)據(jù)還有待進(jìn)一步摸索證實(shí)，不過(guò)從整體調(diào)整思路來(lái)看，本次對(duì)丙烯裝置操作參數(shù)的優(yōu)化對(duì)丙烯產(chǎn)品質(zhì)量和裝置平穩(wěn)運(yùn)行是非常必要的，且是可行的。

2.2 回流與節(jié)能

從能耗角度考慮，各精餾塔的溫度、壓力、回流量的降低能顯著降低裝置能耗。而操作壓力降低能增大原料組分的相對(duì)揮發(fā)度，反過(guò)來(lái)能進(jìn)一步促使回流比的降低，有利于組分的分離[3]。適當(dāng)提高各精餾塔進(jìn)料溫度，可減少物料熱損失，減少塔底熱源蒸汽用量。計(jì)算表明，丙烯裝置各精餾塔回流量每降低1 噸，加熱能耗負(fù)荷可降低80-100KW；降低操作溫度能增大傳熱溫差，提高熱源利用率，減少熱源用量。我收集了從2013 年8 月份至2016 年12 月份裝置摸索回流量期間的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，在上述12 種方案下，對(duì)丙烯裝置丙烯精餾塔的溫度、壓力、能耗進(jìn)行了比較，得出以下結(jié)論：

（1）回流量越小，操作壓力越低，分離所需要的溫度也越低，能耗也越低；

（2）回流每降低10 噸，塔壓可降低0．1-0．2MPa，能耗可減少1 個(gè)單位；

（3）在可控范圍內(nèi)，進(jìn)料溫度提高，塔底熱源能耗降低；

（4）在滿(mǎn)足要求的情況下，將脫乙烷塔塔底熱源蒸汽改用凝結(jié)水，充分利用凝結(jié)水的潛熱，減少熱損失；

回流量在一定范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，頂?shù)诇夭罨颈３植蛔?，說(shuō)明塔內(nèi)丙烯分布變化不大，優(yōu)化后的參數(shù)仍能滿(mǎn)足產(chǎn)品要求。從收率和能耗兩個(gè)方面綜合考慮，在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格，裝置平穩(wěn)運(yùn)行的情況下，能耗最低的為最佳。

經(jīng)過(guò)對(duì)丙烯裝置各精餾塔操作的深度優(yōu)化和理論結(jié)合實(shí)踐證明，在保證各產(chǎn)品質(zhì)量和各精餾塔系統(tǒng)平穩(wěn)操作的前提下，刨除統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)期間的非正常開(kāi)停工狀態(tài)和因其他特殊外界因素的影響，丙烯裝置的平均丙烯產(chǎn)量由調(diào)整前的87．61 噸/天，調(diào)整后增加到91．51 噸/天，增產(chǎn)3．90 噸/天（平均）；而裝置能耗也由原來(lái)的平均70．1kgEO/t（原料），下降為68．3kgEO/t（原料），下降了近2 個(gè)單位，比設(shè)計(jì)的91kgEO/t（原料）下降了22．7 個(gè)單位，節(jié)能降耗效果非常顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，通過(guò)對(duì)丙烯裝置各精餾塔操作參數(shù)進(jìn)行分析并實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，不僅使丙烯產(chǎn)量由每天87．61 噸增加到了91．51 噸，而且裝置能耗也由70．1kgEO/t 降到了68．3kgEO/t，將丙烯裝置的能耗降低至最佳狀態(tài)，提高裝置的操作平穩(wěn)率，這給具有同類(lèi)情況的裝置提供了可參考的經(jīng)驗(yàn)。