气体分馏装置工艺优化技术研究与运用

王卫凤

摘 要：结合气体分馏装置的实际特点，通过创新一体化价值技改模式， 提出丙烯塔上移抽出口、使用微分浮阀塔盘等多种技术创新方案，对气体分馏装置的工艺技术措施进行压力、温度等操作精准参数优化，确保主产品丙烯的产量和纯度，降低各塔热负荷总和，既能满足炼化生产的技术指标，又能实现石油炼化企业生产经营效益的大力提升。

关键词：气分；装置优化；技术改进；增产保质；参数精准

近年来，随着聚丙烯工业的发展和液化气的广泛应用，市场对高纯度丙烯、丙烷的需求日趋增升。进行气体分馏过程工艺技术创新优化研究，实现合理回收高纯度丙烯带来的可观的生产经营效益目标。

1流程概述

气体分馏装置的流程及分馏工艺原料气组成分别见图1。

由图1可知，液化气由蒸气预热到87°C，由泵打入脱丙烷塔T101，操作压力一般在2.0MPa，温度48°C，塔顶产物为乙烯、乙烷、丙烷和丙烯的混合物，塔底产物C4、C5组分进入C4精馏塔T104。塔顶馏出物进入脱乙烷塔T102，在压力为3.0MPa、温度59°C下进行操作，塔顶主产物为乙烷，塔底产物主要为丙烷和丙烯。T102的塔底产物进入丙烯塔T103，操作压力1.5MPa，温度30°C。Tl03的塔顶产物为精丙烯，純度为99.6%，塔底主产物为丙烷。脱丙烷塔T101的塔底产物泵入脱戊烷塔T105，操作压力0.7MPa，操作温度为56℃，T105塔底主产品为戊烷，组成塔顶产物是丁烯馏分。

根据以上分析，提出以下优化方案：

首先，降低脱丙烷塔压力。降低压力，可以使轻重组分的相对挥发度增大，使之更容易分离。这样，在满足分离要求的前提下，可以减少回流比，也就减少塔顶冷凝器、塔底再沸器的热负荷，减少其公用工程用量。根据优化计算，该塔压力由2.0MPa降低到1.5MPa，回流比由原设计值3.33调优为2.3。

其次，降低丙烯塔压力。同理，降低丙烯塔压力，塔的压力由原来的1.5MPa调整为1.2MPa，回流比由原来的22调整为19。

2 气分装置当前运行情况及存在问题

2.1脱丙烷塔进料中含有烯烃和二烯烃，在重沸器内易发生聚合反应，产生的聚合物附着在管壁上，使重沸器导热系数降低，热阻增加。塔底重沸器结垢严重时导致塔底温度升不上去，影响装置处理量。出现这种状况时，需要被迫停工清扫重沸器，工期一般需要5d，要停工清扫3～4次，这影响了整个气分装置的大负荷长周期运行。

2.2脱乙烷塔塔底重沸器使用1.0MPa蒸汽作为热源，用量是7t/h，l.0MPa蒸汽价格约80元/1，增加了装置运行成本。

2.3丙烯塔塔顶的冷后温度高，导致丙烯塔操作压力高，影响到丙烯塔系统的正常运行和丙烯、丙烷的产品质量。由于粗丙烯的需求量增加，现有的侧线抽出量增大，影响了丙烯塔的气液相负荷和物料平衡，导致粗丙烯纯度不合格。

3 各塔操作参数技术创新

3.1 脱丙烷塔新增加重沸器

在脱丙烷塔塔底采用阻垢剂，可减缓重沸器内的结垢速度，但不能消除结垢现象，于是增加了一台脱丙烷塔底重沸器。当在用的重沸器出现结垢时，可切换到备用的重沸器上。同时，将结垢的重沸器切除后进行清扫，作为备用重沸器使用。从实际运行来看，改造前后脱丙烷塔操作条件基本不变，新增加的重沸器可以满足正常的生产要求。

3.2脱乙烷塔改用低温位热水加热

脱乙烷塔的改造主要是塔底重沸器停用1.0MPa蒸汽，改由重油催化装置87℃低温位热水加热，原热水经水厂冷却后返回装置，脱乙烷塔底重沸器满足生产要求。改造前使用1.0MPa蒸汽加热，由于蒸汽温位较高，易使重沸器内烯烃和二烯烃聚合，导致重沸器结垢，改由重油催化装置的低温位热水加热，减少了水厂的冷却负荷。由于热水温位较低，易控制，有利于脱乙烷塔的平稳操作。改造前l.0MPa蒸汽的用量是7t/h，蒸汽价格约80元/t，装置开工运行时间按8000h/a计算，则每年可节约加工费用448万元。

3.3丙烯塔上移抽出口

根据粗丙烯的需求量，在丙烯塔（B）增设一个第144层的粗丙烯抽出口，增加了粗丙烯的产量。

从表1中可以看出，抽出口由原来的136层和132层移至合适的144层，调整了塔内的气、液相负荷，改善了产品组成和分布，不仅提高了粗丙烯的抽出量和纯度，满足了生产需求，还提高了丙烷的纯度。

4热泵流程在丙烯塔系统中的运用

热泵流程适宜于塔顶和塔底温差值较小的分馏系统，因热泵流程能将低温位热变成高温位热，以较少的能量获得较多的可利用热量。因此，在气体分馏装置的丙烯塔上用热泵流程较为合理。目前，气体分馏装置中，热泵流程大部分用于丙烷一丙烯馏分的分离，采用的流程多为开路压缩式，压缩工质既有采用塔顶产品的也有采塔底产品。

在丙烯塔系统中，可以采用以塔底产品丙烷为工质的开式热泵流程，丙烯塔底高温物料丙烷经过节流控制阀绝热膨胀，吸收自身热能减温减压后，与塔顶的具有低温位热能的丙烯在换热器一冷凝蒸发器内换热。丙烷吸收了丙烯的热能后，由液态变成气态，经压缩机施加一部分高品位热能后返回塔底作为加热的热源；丙烯在换热器内冷却后变为液态，由回流泵送回塔顶以实现精馏过程。通过以上步骤，起到了利用低温热源给高温物体加热的目的，将塔顶冷却器与塔底重沸器合二为一，节省了投资，大大降低了装置能源，节约了加工成本。丙烯塔系统采用了热泵精馏代替常规精馏，使塔压由2.0MPa降为1.5MPa，提高了组分的相对挥发度，减小了回流比，冷却水消耗量比常规流程减少75%，热量节约80%，使装置能耗下降约40%。

为了提高塔盘及机泵操作弹性的提高，有针对性使用清华大学发明的微分浮阀塔盘。将气分装置精馏塔的塔盘由普通的F1浮阀塔盘改造为采用微分浮阀塔盘。微分浮阀在阀顶开小孔，使气液接触更充分，其局部采用带有导向作用的微分浮阀，可减小甚至消除塔板上的液面梯度和液体滞止区，提高鼓泡均匀度和分离效果，扩大处理能力。

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