丙烯精餾系統運行工況分析

工業(yè)求乙烯工業(yè)2012,24(1)19~23ETHYLENE INDUSTRY丙烯精餾系統運行工況分析貢寶仁(中國石化揚子石油化工有限公司,江蘇南京210048)摘要:分析了揚子1號乙烯裝置丙烯精餾系統存在的主要問(wèn)題,應用統計分析和計算模擬手段,找出產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因,制定相應的對策、措施,通過(guò)優(yōu)化調整,實(shí)現系統高負荷平穩運行。關(guān)鍵詞:丙烯精餾運行工況分析在乙烯裝置中,丙烯精餾塔將完成丙烯、丙烷EA425A/B/C二元混合物的分離任務(wù),塔頂采出聚合級丙烯產(chǎn)丙烯精留塔DA406/1回流品(丙烯純度(φ,下同)高于99.6%),塔底采出丙烷產(chǎn)品,是乙烯裝置的關(guān)鍵塔系。丙烯精餾塔是進(jìn)料乙烯裝置較為特殊的一個(gè)塔系,在45℃下,丙烯丙烯產(chǎn)品丙烷精餾塔的飽和蒸汽壓為1.81MPa,丙烷的飽和蒸汽壓為DA4101.5IMPa,丙烯和丙烷的相對揮發(fā)度為1.198,分離難度大,因此分離所需的塔板數多(通常在155EA424A/B廠(chǎng)裂解爐層到230層之間),回流比大(回流比通常達到14EA601以上),能量消耗高。YQW目前,各乙烯裝置丙烯精餾塔系統均存在較GA426A/BCLPG去BL多問(wèn)題,主要表現為:塔頂丙烯產(chǎn)品時(shí)有不合格,圖1丙烯精餾系統工藝流程示意塔底的丙烷產(chǎn)品中丙烯含量高等。分析中國石化DA406塔原設計塔徑4500mm,塔高69m,揚子石油化工有限公司烯烴廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)揚子)1內裝153塊浮閥塔盤(pán),當進(jìn)料碳三餾分中丙烯含號乙烯裝置內烯精餾系統存在的主要問(wèn)題,并通量(φ,下同)不小于965%時(shí),進(jìn)料板在第70塊過(guò)優(yōu)化調整,實(shí)現系統高負荷平穩運行。板;當進(jìn)料碳三餾分中丙烯含量不大于95.0%時(shí),進(jìn)料板在第80塊板,塔釜丙烯設計含量小于乙烯裝置丙烯精餾塔系統工藝說(shuō)明13.6%。由于大量丙烯進(jìn)人碳三液化氣中,丙烯揚子1號乙烯裝置(300kya)丙烯精餾塔系損失嚴重。為此,19年增設DA410,由DA406統原設計為單塔(DA406)實(shí)現對丙烯與丙烷的分DA410兩塔串聯(lián)實(shí)現對丙烯與丙烷的分離。離,1990年增設丙烷精餾塔(DA410),由2座塔串DA406塔釜產(chǎn)出作為DA410塔的進(jìn)料,DA406塔聯(lián)實(shí)現對丙烯與丙烷的分離。在DA406塔頂得到釜再沸器EA424作為DA406/410的中間再沸器,純度大于99.6%的聚合級丙烯產(chǎn)品,在DA410塔靠近塔釜的側線(xiàn)氣相采出循環(huán)丙烷,塔釜采出重收稿日期:2012-02-09。組分含量較大的液相丙烷產(chǎn)品。1995年對1號乙作者簡(jiǎn)介1Q84年比業(yè)干汀蘇化工學(xué)院有機系有烯裝置進(jìn)行擴容改造,裝置能力提高至400kt/a,機化工專(zhuān)中國煤化工希的生產(chǎn)、技術(shù)管理該系統未進(jìn)行改造。揚子1號乙烯裝置丙烯精餾工作覆⊥ CNMHGE副總工程師,高系統工藝流程見(jiàn)圖1。級工程師乙烯工業(yè)第24卷提供約92.6%分離丙烯丙烷所需的熱負荷。日期間,DA406/410塔的運行參數、DA410側線(xiàn)氣DA410設計塔徑2200mm,塔高32.87m,內裝50相丙烷的人工分析樣和DA406塔塔頂丙烯產(chǎn)品的塊浮閥塔盤(pán),設計塔釜丙烯含量小于5.0%,大幅人工分析樣。期間回流量波動(dòng)區間為272-349υh降低了丙烯損失。進(jìn)料負荷波動(dòng)區間為18.7~28.7th,回流比波動(dòng)區間為14.24~20.77(見(jiàn)圖4),再沸器加熱總負丙烯精餾系統存在問(wèn)題荷波動(dòng)區間為88.66~109.57MJh。對數據的研自2011年5月以來(lái),DA410塔側線(xiàn)氣相采出究對比表明:DA410側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度、丙烷中丙烯濃度顯著(zhù)升高,從6月1日到8月28DA406塔頂丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度超標并不一定出日,丙烷中丙烯含量大于5%的共53d,最高達現在塔內汽液負荷過(guò)高的工況中。即塔內汽液負2197%,平均達到8.53%,見(jiàn)圖2。同時(shí)DA406塔荷仍處于塔所能處理的彈性區間內;但回流比的頂丙烯產(chǎn)品中出現丙烷濃度超標現象12次,見(jiàn)圖3。大幅度波動(dòng),導致DA406/410塔運行極不穩定,當回流比小于144(設計為13.6)時(shí),時(shí)常發(fā)生丙烯89如產(chǎn)品中丙烷濃度超標現象。因此,丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度超標主要是塔頂回流比波動(dòng)引起的。耳￥哥6-0106-1506-2907-1307-2708-1008-24時(shí)間(2011年)圖2DA410塔塔側線(xiàn)氣相采出丙烷中丙烯濃度統計0106-1506-290-1307-2708-1008-24090709-21時(shí)間(2011年)細040圖4DA406塔回流比波動(dòng)曲線(xiàn)0.3532影響DA410側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度的因025素分析0.2006-0106-1506-2907-1307-2708-1008-24DA410側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度基本上與氣時(shí)間(2011年)相中重組分的總含量正相關(guān)(具體數據見(jiàn)圖5。其圖3DA406塔頂丙烯產(chǎn)品中丙烷含量統計中重組分包括:丙炔丙二烯、1,3-丁二烯、丁烷丁烯、異戊烷等)。3丙烯精餾系統存在問(wèn)題的原因分析根據精餾原理,混合物的分離是依靠塔頂回流和塔釜加熱在精餾塔內實(shí)現多級汽液分離,在分離級數足夠多的情況下,進(jìn)入塔內的二元混合物最終在塔頂得到幾乎純的輕組分,在塔釜得到幾乎純的重組分。對于實(shí)際生產(chǎn)中的精餾塔,塔頂塔釜產(chǎn)品未能達到預期的分離效果,其本質(zhì)原06-0106-1106-2107-0107-1107-2107-3108-1008-20因是塔內汽液傳質(zhì)效果變差。而導致汽液傳質(zhì)效時(shí)間(2011年)果變差的原因則包括:由液沫夾帶和液泛等操作狀圖5DA410側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯及重組分濃度況惡化引起的塔板效率下降、塔頂回流不足或塔釜加熱不足使得每層塔板上的汽液傳質(zhì)量下降。對于3.1丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度波動(dòng)的原因分析析如下H中國煤化工著(zhù)升高的原因分CNMH僅有一個(gè)自由采集了自2011年6月1日至2011年8月28度,即恒溫下壓力與汽液組成一一對應,恒壓下,第24卷貢寶仁.丙烯精餾系統運行工況分析則溫度與汽液組成一一對應。精餾塔的操作,在品和DA410塔側線(xiàn)氣相丙烷等物料的組成見(jiàn)表正常情況下是一個(gè)恒壓系統,因此,塔內的汽液組1。設計和實(shí)際運行工況模擬結果與設計和實(shí)際成與溫度呈一一對應關(guān)系(除靠近塔釜處,因為重運行數據見(jiàn)表2、表3。組分的存在,使得這種一一對應關(guān)系不復存在)表1設計工況下塔頂塔釜采出物料組成φ,%由于受外界各種因素的干擾,塔壓不可避免地會(huì )進(jìn)料丙烯產(chǎn)品側線(xiàn)氣相丙烷出現一定程度的波動(dòng),但也可通過(guò)壓力補償技術(shù)況設計實(shí)際設計實(shí)際設計實(shí)際碳二0.01700.0100.019消除壓力波動(dòng)對溫度與汽液組成一一對應關(guān)系的000影響。由此可根據靈敏板溫度的變化對塔釜側兩10D09明50(50n做00010.5100.000線(xiàn)氣相采出丙烷中的丙烯濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。丙烯如果DA06進(jìn)料中沸點(diǎn)比丙烷高的重組分含丙烷4.8725.28004038丁二烯0.010.020000.410.16量過(guò)大,會(huì )給精餾過(guò)程帶來(lái)負面影響,其中包括丁烯丁烷0.200.00|5.11塔釜溫度升高,釜液與再沸劑間的傳熱溫差下降異戊烷0.0050.050000.830.0換熱效果變差;如果重組分中含有部分易聚合的表2設計工況模擬結果與設計數據對比物質(zhì),還會(huì )因聚合物在再沸器壁面沉積,導致傳熱項目設計數據模擬結果系數下降。DA410塔釜換熱效果下降導致氣相丙DA406塔頂溫度/℃47.848.2烷采出中丙烯濃度發(fā)生變化的原因在于:DA06/DA406塔釜溫度/℃54.555.0DA410塔釜溫度/℃61.562.3410塔物料汽化主要在DA406塔釜完成,DA406回流罐流量/(tb-2)329.7324.7塔釜汽化量大約占到整個(gè)塔內氣相流量的92%。DA0丙烯產(chǎn)品采出流量/(th-)2DA410側線(xiàn)與塔釜丙烷采出總流量/(th1)1.4061.401在急冷水總流量一定時(shí),為保證DA406塔塔釜物DA406塔釜再沸熱負荷/(Mh-)87.95料一定的汽化量,其所需的急冷水加熱量也要保D406塔釜再沸熱負荷(M0:b持相對穩定(因DA406釜溫比DA410釜溫低,易表3實(shí)際工況模擬結果與實(shí)際運行數據對比聚合物質(zhì)含量低,不會(huì )聚合),當DA410塔塔釜因實(shí)際數據模擬結果DA406溫度/℃46.746.1受到急冷水總流量的限制,塔釜汽化不足,導致大DA406塔釜溫度2它聚合換熱效果變差時(shí)則DA410塔塔釜的加熱量DA400塔第16板50.350.853.453.3DA410塔頂溫度/℃52.753.3量丙烯被塔內液相沖洗下來(lái)氣相丙烷采出中丙DA410塔釜溫度/℃67.464.5烯濃度增加?；亓鞴蘖髁?(t·h-1324.4DA406丙烯產(chǎn)品采出流量/(th-1)22.綜上所述,要實(shí)現對DA410側線(xiàn)氣相丙烷采DA40側線(xiàn)氣相丙烷采出流量/(tb)119120出中丙烯濃度的控制,必須改善DA406進(jìn)料狀況,DA10塔釜液相采出流量/(th-)0.33避免進(jìn)料中夾帶過(guò)多的碳四等重組分。此外,設計工況和實(shí)際工況的模擬結果表明,所建DA406進(jìn)料的人工分析樣結果表明,丙二烯和甲立的模型能良好反映裝置的實(shí)際運行過(guò)程。因基乙炔含量波動(dòng)較大,需要加強對碳三加氫反應而,該模型能夠應用于研究實(shí)際裝置的運行狀況,器出口組成的監測,防止因加氫不足,導致將進(jìn)入對相關(guān)的操作變量進(jìn)行靈敏度分析與優(yōu)化研究。DA406塔的丙二烯和甲基乙炔在DA410塔釜形成4.1DA406塔進(jìn)料中丙烷濃度影響因素分析聚合物,影響塔釜換熱。由于實(shí)際生產(chǎn)裂解原料靈活多變,因而裂解氣組成也會(huì )呈現相應的變化。為使丙烯精餾過(guò)程4DA406/410塔的操作模擬優(yōu)化運行在相中國煤化了裂解氣組成變?yōu)閷?shí)現對DA406/410塔的操作優(yōu)化,對其設化較大時(shí)CNMHG原料的進(jìn)料板計工況和實(shí)際運行工況進(jìn)行流程模擬。在設計工位置進(jìn)行相應的調整,以滿(mǎn)足精餾過(guò)程對塔頂丙況和實(shí)際運行工況下,DA406塔進(jìn)料塔頂丙烯產(chǎn)烯產(chǎn)品中丙烷等雜質(zhì)和對循環(huán)丙烷中丙烯損失的乙烯工業(yè)第24卷控制要求。根據模型,研究最佳進(jìn)料板位置隨丙14.60烯精餾塔進(jìn)料組成變化的曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。14401101400鰣爛聰謎舉實(shí)000回13.80405060708090100110120進(jìn)料板(實(shí)際板數)位置圖7DA406塔進(jìn)料中丙烷濃度為3.4%時(shí),丙烯精餾塔進(jìn)料中丙烷濃度(φ),%所需回流比與進(jìn)料板位置的關(guān)系圖6最佳進(jìn)料板位置隨進(jìn)料中丙烷濃度的變化曲線(xiàn)根據對實(shí)際裝置裂解氣組成中丙烷和丙烯相1580對組成的統計平均,丙烷濃度的波動(dòng)區間為1560彐15434%~6.9%,平均值為4.9%。為此,特對進(jìn)料中丙烷濃度變化與最佳進(jìn)料板進(jìn)行研究,規定丙回區14.80烯產(chǎn)品中丙烷濃度控制在0.35%,DA410塔側線(xiàn)1460氣相丙烷中丙烯濃度控制在4%,進(jìn)行流程模擬565758595105115125得到如圖7、8、9所示。進(jìn)料板(實(shí)際板數)位置由圖7、89可知,隨著(zhù)進(jìn)料中丙烷濃度的增圖8DA406塔進(jìn)料中丙烷濃度為4.9%時(shí)加,最佳進(jìn)料板位置下移。在丙烷組成一定的情所需回流比與進(jìn)料板位置的關(guān)系況下,在最佳進(jìn)料板位置上下4塊板左右進(jìn)料對精餾過(guò)程的影響較小。隨著(zhù)偏離最佳進(jìn)料板位置變大,達到相同的產(chǎn)品分離純度所需的回流比將會(huì )迅速增加。即最佳進(jìn)料位置是一個(gè)范圍相對較寬的進(jìn)料帶,這是因為丙烯和丙烷的相對揮發(fā)度按1620很接近,相鄰板上汽液組分的差異較小,即在最佳進(jìn)料板附近,塔板上液相組成與進(jìn)料組成也很接60708090100110120130近,這也是丙烯精餾過(guò)程與一般精餾過(guò)程的一個(gè)進(jìn)料板(實(shí)際板數)位置顯著(zhù)的不同之處。由圖7可知,當進(jìn)料中丙烷濃圖9DA406塔進(jìn)料中丙烷濃度為6.9%時(shí),度為3.4%時(shí),最佳的進(jìn)料板位置在72塊板附近。所需回流比與進(jìn)料板位置的關(guān)系圖8的曲線(xiàn)則表明,當進(jìn)料中丙烷濃度為4.9%度),它將影響塔內汽、液相負荷,影響塔板傳質(zhì)效時(shí),最佳進(jìn)料板位置在85塊板附近。根據線(xiàn)性插率,影響塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)影響產(chǎn)品分離值可以估算,當進(jìn)料中丙烷濃度為375%時(shí),最佳能耗。圖10為DA406塔回流比與丙烯產(chǎn)品中丙進(jìn)料板位置在第75塊附近。目前丙烯精餾塔分烷濃度的關(guān)系曲線(xiàn)別在第70塊板和第80塊板開(kāi)有進(jìn)料口。由此可由圖10可知,隨著(zhù)回流比的提高,DA406塔知,當進(jìn)料組成丙烷低于3.75%時(shí),選擇在第70頂丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度降低。由圖7、8、9可知,塊板進(jìn)料,高于此值時(shí),選擇在第80塊板進(jìn)料。為保證DA塔丙品由丙烷濃度低于4.2DA406塔回流比的影響分析中國煤化工0.4%,在塔進(jìn)料中丙烷CNMHG回流比是精餾塔的一個(gè)重要控制指標。在其濃度分別344.7、,歲70叫,回流比分別為它條件不變的情況下(進(jìn)料條件、塔壓、回流溫13.6、15.4、16.1?？梢?jiàn)DA406塔的回流比應跟隨第貢寶仁.丙烯精餾系統運行工況分析23進(jìn)料中丙烷濃度的變化而變化,當進(jìn)料中丙烷濃低,DA410塔釜側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度將升高。度升高時(shí),應適當加大回流比。當塔釜側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度在3%~5%時(shí)塔釜熱負荷較低。26.0017.0過(guò)洲24.0014.0015202.53.03.54.04.5丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度(φ),%DA410側線(xiàn)氣相丙烷濃度(φ),%圖10DA406塔頂回流比與丙烯產(chǎn)品中圖11DA406/410塔釜總加熱負荷與DA410丙烷濃度的關(guān)系曲線(xiàn)側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度的關(guān)系曲線(xiàn)4.3DA406/410塔簽熱負荷的影響分析DA406/410塔釜熱負荷的高低,將影響整個(gè)5DA406/410塔系統調整后運行情況系統的熱量平衡。在塔的分離能力許可的情況揚子1號乙烯裝置DA406/410塔系統于2011下,增大塔釜加熱量,塔釜側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃年9月進(jìn)行了優(yōu)化調整,進(jìn)料板調整至第80塊塔度將降低,但須增大塔頂回流;降低塔釜加熱量,板。優(yōu)化調整后的操作運行參數見(jiàn)表4。由表4DA410側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度將增大。因此,合可知,裝置負荷比設計高10.5%,進(jìn)料中丙烷含量理的塔釜熱負荷和控制合適的側線(xiàn)氣相丙烷中的丙平均比設計高1.81%的情況下,系統運行穩定,烯濃度,可大幅降低精餾塔的能耗。圖11.為塔釜熱DA406塔頂丙烯產(chǎn)品合格,DA410塔釜側線(xiàn)采岀負荷與側線(xiàn)氣相丙烷中丙烯濃度的關(guān)系曲線(xiàn)。丙烷中丙烯含量低于5%,達到設計要求,丙烯損由圖11可知,隨著(zhù)DA406/410塔釜熱負荷降失少表4DA406/410塔系統優(yōu)化調整后的操作運行參數項目D-1實(shí)際作運行參數(201年9月10日-10月14日)09-1009-14091809-2209-2609-3010-0610-10平均進(jìn)料中丙烷含量(g)4.876.487.744.797.246.526.907.146.666.68丙烯產(chǎn)品中丙烷含量(φ),%<0.400.340.330.300.390.320.370.0.390.35側線(xiàn)丙烷中丙烯含量(q),%<5005.025.333.584.683.764.894.994.924.65DA406塔塔頂溫度/℃45.245.746.146.846.546.346.0DA406塔釜溫度/℃54.553.453.252953.553.654.153.954.DA410塔釜溫度/℃61.562.362.862.062.463.063.263.762.862.8回流量/(h·t1329.73819399.8387.0382.8380.2386.1387.1398.4387.9丙烯產(chǎn)品量/(h·t1)22.2424.8524.5624.8824.5724.6124.3623.9124.8724.58回流比14.815.3716.2815.5515.5815.4515.8416.1916.0215.79DA410側線(xiàn)丙烷采出量/(kg·h-b)140662615881558162516101622158816101603DA410塔釜液相采出量/(kg·h-1)33035635530935534035925A406塔釜再沸熱負荷/(M·h)86.2780.4881.4980.6181.6781.2482.0582.7482.0581.54DA410塔釜再沸熱負荷(M·h6.%018.018.0518.8118.4318.9718.5418.2718.6518.556結論隨進(jìn)料中丙烷濃度的變化而變化,當進(jìn)料中丙烷(1)要實(shí)現對丙烷精餾塔塔釜側線(xiàn)采出氣相濃度升髙時(shí),適當加大回流比。為防止丙烯精餾丙烷中丙烯濃度的控制,必須改善進(jìn)料狀況,避免塔頂丙烯產(chǎn)品中丙烷濃度超標,回流比的調幅不進(jìn)料中夾帶過(guò)多的碳四等重組分。應太大。2)當丙婚糖餾塔進(jìn)料中丙烷含量低于(4)隨著(zhù)中苗煤花峰低,塔釜側3.75%時(shí),選擇在第70塊板進(jìn)料,高于此值時(shí)選線(xiàn)氣相丙烷CNMHG金側線(xiàn)氣相擇在第80塊板進(jìn)料。丙烷中丙烯濃度控制在3%~5%時(shí),塔釜熱負荷(3)丙烯精餾塔的回流比應大于14.4,并跟較低,節能效果顯著(zhù)。