K-201波动对碳二加氢系统的影响

熊文平

（中韩（武汉）石油化工有限公司，湖北武汉 430080）

1 工艺简介

武汉乙烯分离系统采用前脱丙烷前加氢分离流程，前加氢系统设置在高压脱丙烷下游，位于裂解气压缩机（k-201）五段出口。裂解气压缩机系统由五段压缩，包括中间冷却，凝液分离，主驱动透平和其他一些辅助系统组成。其中前四段压缩在干燥之前，最后一段压缩在干燥之后[1]。裂解气首先在前四段进行压缩，每一段之后都进行冷却和凝液分离。在经过四段排出罐D-205后，裂解气在裂解气加热器E-206中被急冷水加热后进入碱洗塔C-203脱除酸性气体。碱洗塔顶脱掉酸性气体的裂解气被丙烯冷剂冷凝到13℃后送至裂解气压缩机过冷器缓冲罐D-206中，罐顶气体直接进入裂解气干燥器DR-209进行干燥，罐底分离出的烃凝液由泵经烃凝液聚结器D-214送入液体干燥器DR-210进行干燥。经干燥后的裂解气和凝液分别送入高压脱丙烷塔C-201，塔顶气体进压缩机五段压缩，经五段压缩的气体进入碳二加氢系统。碳二加氢系统的主要作用是将乙炔加氢转化为乙烯和乙烷，过程中也会把一些丙炔和丙二烯转化为丙烯，以及将一些丁二烯转化为丁烯，最终提高裂解气中烯烃的含量。碳二加氢系统包括一台碳二加氢反应器保护床，三台独立的绝热固定床反应器。高压脱丙烷塔塔顶出来的裂解气经过裂解气压缩机五段压缩后，进入碳二加氢反应器保护床R-202，出料经过碳二加氢进料加热器E-217/碳二加氢进料冷却器E-228，送入碳二加氢一段反应器R-201A。根据催化剂活性要求，反应器进料可选择加热或冷却，加热采用低压蒸汽，冷却采用冷却水，通过调节进入换热器的流量来调节反应器入口温度。一段反应器出料在碳二加氢一段中间冷却器E-218中用冷却水冷却，然后进入二段反应器R-201B。二段反应器出料在碳二加氢二段中间冷却器E-219中用冷却水冷却后进入三段反应器R-201C，脱除乙炔达到要求小于1×10-6。三段反应器出料在碳二加氢后冷器E-220中用冷却水冷却后进入裂解气第二干燥器DR-211A/S 以脱除反应生成的微量水分。如图1。

图1 武汉乙烯裂解装置碳二加氢系统流程图

2 碳二加氢主要控制参数

设计操作参数见表1.

表1 设计操作参数

3 裂解气压缩机波动对碳二加氢系统的影响

2015 年2 月14 日9 时17 分，压 缩 岗 位A 主 操 将 裂 解 气干燥器DR-209A、S 并联操作，然后关闭A 台进出料电动阀MZV-20005A、MZV-20006A，将A 台干燥器切出系统，S 台干燥器运行。A 台干燥器切出后压缩主操B 并不知道，9时21分，压缩主操B 认为裂解器干燥气并未切出再生，在未确认系统运行状态的情况下，关闭S 台干燥器进出料电动MZV-20005B、MZV-20006B，导致裂解气压缩机四段出口憋压，五段入口裂解气中断，压缩机“五返五”、“四返四”、“三返一”防喘振阀相继自动打开。机组发生波动后马上检查系统，发现两台裂解气干燥器DR-209A、S 进出料电动阀均处于关闭状态，立即将A 台进出料电动阀打开，并通知值班长及各岗位恢复系统。9：25，裂解气压缩机“五返五”B 阀在自动全开后，碳二加氢反应器由于空速低，一段床层温度在2min 内由105℃迅速上升至140℃（150℃联锁停车：反应器床层温度二十四取二、出口温度三取二大于150℃则停车联锁，将关闭系统入口切断阀XZV—20038 和出口切断阀XZV—20047，打开旁路阀XZV—20039 急放空阀XZV—20046）立即降低反应器入口温度。9：45，碳二加氢反应器由于系统波动导致低于反应温度发生漏炔，造成乙烯产品不合格。由于分离主操操作及时，使碳二加氢系统走最大冷态，避免了跳车事故。如图2。

图2 裂解气压缩机波动对碳二加氢系统影响图

本次事故原因是压缩岗位主操未对系统进行检查，违反操作规程，操作失误将运行台裂解气干燥器进、出料电动阀关闭，导致裂解气压缩机发生波动，碳二加氢由于进料中断，反应器空速在2min 内降至0t/h，之后虽然快速恢复至300t/h 以上，但床层温度升高过程中主操采取手动操作使反应器走最大冷态使温度上升势头得到抑制，没有发生联锁跳车事故。但反应器入口温度过低，导致漏炔时间较长，最终导致乙烯产品污染。

3.1 正常运行时操作要点

3.1.1 采用尽可能低的反应温度

采用尽可能低的反应温度，这样既可达到乙炔所需的转化率，也使乙烯损失最少。对于新催化剂，其操作温度可较低，但随着催化剂使用时间的增长，活性不断下降，操作温度可相应的提高。现在一段入口温度在68.2℃，二段入口温度在69.7℃，三段入口温度在73.3℃，平时如果发现出口乙炔含量有持续上升的趋势，可以通过调节一段入口温度、二段入口温度和三段入口温度来降低出口乙炔含量，判断出口乙烯含量是否持续上升，主要根据碳二加氢AI—20005、AI—20013、预脱甲烷塔AI1—30004、脱甲烷塔AI2—30004乙炔含量判断。

3.1.2 降低进料中乙炔含量

通过优化裂解炉操作，在保证乙烯收率的同时，降低乙炔的含量；采用双段床或多段床加氢流程，分段配氢控制各反应断炔烃的转化率；采用反应器催化剂层间设置冷却器及时移出反应热。现在进料中乙炔含量大约为0.525mol%，主要根据AI—20005中乙炔含量。

3.1.3 控制一氧化碳浓度

CO 的生成原理是碳原子在裂解炉和水蒸气发生反应的产物，根据CO 的形成原理，要抑制CO 的形成的关键是抑制积炭的形成，并设法覆盖炉管表面暴露的金属镍，降低其催化作用[2]。目前工业上控制一氧化碳的浓度使用的方法是在裂解炉内加入结焦抑制剂，最常用的是硫类结焦抑制剂，如二甲基二硫（DMDS）。在系统正常运行中，注意观察急冷水塔顶部和碳二加氢反应器一段入口的在线分析表AI—20005来调整操作。目前急冷水塔顶CO 浓度约为690×10-6，碳二加氢反应器一段入口CO 浓度约为610×10-6。

3.1.4 控制高压脱丙烷塔塔顶碳四和丁二烯浓度

为避免碳二加氢系统飞温，平时操作要密切关注碳四和丁二烯浓度，碳四要求小于50×10-6。

4 结语

碳二加氢系统是裂解装置分离岗位的核心部分，碳二加氢系统操作平稳是分离出合格乙烯、丙烯的重要条件。本文通过一起事故案例分析了裂解气压缩机波动对碳二加氢系统的影响，在正常运行或系统波动时通过合理控制反应器入口温度，降低进料中乙炔含量、一氧化碳浓度，控制高压脱丙烷塔塔顶碳四和丁二烯浓度使碳二加氢系统平稳运行，确保生产出合格乙烯、丙烯产品。