丙烷脫氫裝置脫乙烷塔系統(tǒng)操作優(yōu)化設(shè)計(jì)

丁長喜 惠生工程(中國)有限公司北京分公司 北京 100032

張 健 凱萊英生命科學(xué)技術(shù)有限公司 天津 300450

丙烷脫氫技術(shù)(PDH)是丙烯生產(chǎn)的主流技術(shù)之一。目前，全世界已工業(yè)化的丙烷脫氫裝置主要采用UOP的Oleflex工藝和Lummus 的Catofin工藝，前者丙烷脫氫反應(yīng)器采用移動(dòng)床技術(shù)，后者丙烷脫氫反應(yīng)器采用固定床技術(shù)[1，2]。本文介紹的某60萬t/a PDH裝置采用了UOP的Oleflex工藝。

1 丙烷脫氫工藝流程簡介

PDH工藝流程簡圖見圖1。

圖1 PDH工藝流程簡圖

丙烷在冷箱系統(tǒng)配氫氣后，經(jīng)換熱進(jìn)入加熱爐加熱后進(jìn)入反應(yīng)器脫氫，脫氫產(chǎn)物經(jīng)過壓縮，脫氯、干燥后進(jìn)入冷箱分離系統(tǒng)，分離出來的C2+液體產(chǎn)品，輸送至脫乙烷塔系統(tǒng)進(jìn)行分離，脫乙烷汽提塔塔底液相進(jìn)入丙烯-丙烷分離塔，采用熱泵系統(tǒng)得到丙烯產(chǎn)品。

2 脫乙烷塔系統(tǒng)工藝流程

脫乙烷塔系統(tǒng)工藝流程簡圖見圖2。

圖2 脫乙烷塔系統(tǒng)工藝流程簡圖

UOP的Oleflex工藝的脫乙烷塔系統(tǒng)主要由脫乙烷汽提塔、脫乙烷精餾塔、丙烯壓縮機(jī)組成，脫乙烷汽提塔塔頂氣相經(jīng)脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)冷凝后進(jìn)入脫乙烷精餾塔塔底部，脫乙烷精餾塔塔底物流回流至脫乙烷汽提塔，塔頂經(jīng)脫乙烷精 餾塔冷凝器冷凝后進(jìn)入回流罐，回流至脫乙烷精餾塔。脫乙烷精餾塔冷凝器由丙烯壓縮機(jī)提供冷態(tài)丙烯，汽化后返回丙烯壓縮機(jī)入口。

3 脫乙烷塔系統(tǒng)優(yōu)化模擬分析

脫乙烷汽提塔冷凝器采用空冷器設(shè)計(jì)，空冷器的電機(jī)一半為定頻，一半為變頻，可以通過調(diào)整變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速或者變頻電機(jī)投用的臺數(shù)來調(diào)節(jié)空冷器工藝介質(zhì)出口的溫度，此溫度的調(diào)整將造成以下影響：

(1)脫乙烷汽提塔再沸器的熱負(fù)荷變化將影響塔底再沸器蒸汽量的變化。

(2)進(jìn)入脫乙烷精餾塔工藝介質(zhì)的液相分率發(fā)生變化，從而影響脫乙烷精餾塔塔頂冷凝器的熱負(fù)荷，影響丙烯壓縮機(jī)的功率。

空冷器電機(jī)功率、脫乙烷汽提塔再沸器低壓蒸汽消耗量、脫乙烷汽提塔冷凝器的負(fù)荷、脫乙烷精餾塔冷凝器熱負(fù)荷隨脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)出口溫度的變化見表1。

表1 脫乙烷汽提塔冷凝器出口溫度對脫乙烷系統(tǒng)的影響

以第一列脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質(zhì)出口溫度為橫坐標(biāo)，其它五列變量為縱坐標(biāo)繪圖，結(jié)果見圖3。

從表1和圖3中可以看出，隨著脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質(zhì)出口溫度的降低：①脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)功率增加；②脫乙烷汽提塔再沸器熱負(fù)荷增加，脫乙烷汽提塔再沸器低壓蒸汽用量增多；③脫乙烷精餾塔冷凝器熱負(fù)荷降低，丙烯機(jī)的功率降低，丙烯機(jī)循環(huán)水用量減少。

圖3 脫乙烷汽提塔冷凝器出口溫度的影響

從而可知，脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質(zhì)出口溫度存在最優(yōu)值。

4 脫乙烷塔系統(tǒng)操作費(fèi)用分析

考慮到脫乙烷塔系統(tǒng)的能量消耗主要包括：低壓蒸汽、電能、循環(huán)水，三者單位價(jià)格不同，故存在最低的操作費(fèi)用。

脫乙烷塔系統(tǒng)操作費(fèi)用基于低壓蒸汽、電能、循環(huán)水(丙烯機(jī)用)的單價(jià)見表2。

表2 低壓蒸汽、電能、循環(huán)水單價(jià)

以脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質(zhì)出口溫度59.5℃時(shí)的操作費(fèi)用為基準(zhǔn)，從59℃到40℃各操作溫度分別與59.5℃的對比分析，脫乙烷塔系統(tǒng)操作費(fèi)用的變化結(jié)果見表3。

表3 空冷器工藝介質(zhì)出口溫度與操作費(fèi)用

從表3可知，當(dāng)脫乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工藝介質(zhì)出口溫度為56℃時(shí)，脫乙烷塔系統(tǒng)的操作費(fèi)用的增加值最小。

5 結(jié)語

丙烷脫氫裝置的脫乙烷系統(tǒng)的操作費(fèi)用受脫乙烷汽提塔冷凝器工藝介質(zhì)出口溫度的影響，當(dāng)出口溫度為56℃時(shí)，脫乙烷塔系統(tǒng)的操作費(fèi)用最小。