董毓華，鄧有恒，劉新元，楊魯明

（1.中國石油撫順石化公司乙烯廠，遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油西氣東輸管道公司，上海 200122）

（DMF法）丁二烯抽提裝置降低溶劑精制塔塔頂損失措施

董毓華1，鄧有恒1，劉新元1，楊魯明2

（1.中國石油撫順石化公司乙烯廠，遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油西氣東輸管道公司，上海 200122）

通過分析撫順石化公司乙烯廠丁二烯裝置開車以來溶劑精制塔塔頂DMF損失較大的原因,結(jié)合本裝置工藝技術(shù)特點(diǎn),通過局部改造和優(yōu)化操作調(diào)整，降低了塔頂DMF損失。

DMF法丁二烯裝置；溶劑精制塔；溶劑；二甲基甲酰胺

撫順石化公司乙烯化工廠丁二烯裝置采用日本瑞翁技術(shù)，以乙烯裝置的裂解C4為原料，用二甲基甲酰胺(DMF)做萃取劑，通過二級萃取和二級精餾，得到聚合級 1,3-丁二烯產(chǎn)品。丁二烯裝置1992年7月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力1.6萬t，溶劑DMF單耗2.800 kg/t產(chǎn)品。本文通過對瑞翁公司提供的原始技術(shù)資料及有關(guān)文獻(xiàn)的研究，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)摸索，重點(diǎn)從降低進(jìn)料溫度對精餾塔操作的影響，提出解決方案。

1 溶劑精制塔現(xiàn)狀

1.1 溶劑系統(tǒng)流程

圖1是我裝置溶劑系統(tǒng)的流程。

1.2 溶劑精制塔損失現(xiàn)狀

自1992年投產(chǎn)開車至今,已接近20年。為適應(yīng)高負(fù)荷下生產(chǎn)的需要，開工初期針對溶劑系統(tǒng)進(jìn)行了改造,2005年5月丁二烯裝置檢修期間，對第二汽提塔（C106）進(jìn)行擴(kuò)能改造。塔盤更新為高效導(dǎo)向浮閥塔盤；并對兩臺冷卻器E118和E119以及再沸器（E120）和回流罐（V109）進(jìn)行了更換。

圖1 溶劑系統(tǒng)流程Fig.1 Flow chart of solvent system

由于以前只對塔底的精制溶劑控制在 300× 10-6從而犧牲了塔頂?shù)腄MF損失所以造成了近幾年來塔頂溶劑損失一直在 4%左右。溶劑精制塔的塔頂溶劑損失設(shè)計(jì)是<1%。表1是最近5年的月DMF單耗曲線。由表 1可以看出每年的檢修月耗 DMF較高[1]，主要因?yàn)殚_停車過程和檢修倒空消耗很大。其余各月溶劑單耗都在2.5～3.0 kg/t產(chǎn)品，其主要原因就是溶劑精制塔塔頂損失太大。

表1 2006-2010年單耗對比Table 1 DMF consumption contrast kg/t

由于DMF在操作溫度下遇水可發(fā)生水解反應(yīng)：

而 DMF的水解產(chǎn)物又恰恰是酸、堿介質(zhì)，因此，DMF水解一旦發(fā)生,如得不到有效控制,將會(huì)形成惡性循環(huán)。DMF抽提工藝產(chǎn)生的廢水量雖小,但COD 值大,生化處理很困難,廢水只能進(jìn)行大量稀釋后才能生化處理，這就對環(huán)境造成很大的污染。

2 降低溶劑精制塔塔頂損失舉措

2.1 從新核算溶劑精制塔的熱平衡,物料平衡。

溶劑精制塔設(shè)計(jì)初期進(jìn)料來自溶劑脫氣加熱器(E110) 、第二汽提塔回流罐(V109)以及原GPD丁烯-1裝置的脫氣器(E309)。而丁烯-1裝置在2000年改造后不需要溶劑。因此溶劑精制塔的進(jìn)料改變,塔內(nèi)平衡需要重新核算。表2，表3是溶劑精制塔的重要參數(shù)。

表2 丁二烯裝置溶劑精制塔進(jìn)料主要物料組成Table 2 Compositions of feedstock of refining tower in butadiene unit

精餾實(shí)質(zhì)上是多組分非理想溶液的精餾。精餾過程的基本關(guān)系是相平衡關(guān)系、物料衡算和熱量衡算的平衡關(guān)系。由于要使全塔的極大部分塔板上都能保持適當(dāng)?shù)娜軇舛?溶劑需從原料液進(jìn)口以外的其他位置進(jìn)入。

表3 丁二烯裝置溶劑精餾塔進(jìn)料參數(shù)Table 3 Feeding parameters of refining tower in butadiene unit

假定溶劑精制塔為簡單的 DMF—H2O二元連續(xù)精餾[2]?？筛鶕?jù)溶劑的恒定濃度確定關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度和回流比,分離所需的最小理論塔板數(shù)Nm可按下式計(jì)算。

溶劑的恒定濃度越大,關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度越大,分離所需的最小理論塔板數(shù)越少。式中,x1p表示關(guān)鍵組分 1在塔頂產(chǎn)物中的濃度;x2p表示關(guān)鍵組分 2在塔頂產(chǎn)物中的濃度;x1w表示關(guān)鍵組 1在塔底產(chǎn)物中的濃度; 關(guān)鍵組分 2在塔底產(chǎn)物中的濃度。通過 Gilliland曲線或 Erbarand Maddox圖可得到分離所需的理論塔板數(shù)Nm。在精餾中,當(dāng)溶劑的恒定濃度不變時(shí),操作回流比越小,分離所需的理論塔板數(shù)就越多,就能保證分離效率不變。

溶劑的入塔溫度對溶劑的恒定濃度也有較大的影響[3],由于溶劑流量占塔內(nèi)總物料流量的50%～60%,溶劑入塔溫度高于或低于該處的塔板溫度時(shí),熱焓差將引發(fā)大量內(nèi)回流或汽化,從而改變塔內(nèi)溶劑的恒定濃度。所以溶劑入塔溫度必需與塔內(nèi)溫度一致。

2.2 降低進(jìn)料溫度滿足塔內(nèi)的平衡

經(jīng)過測量計(jì)算得知進(jìn)料溫度在90 ℃以上,對應(yīng)的進(jìn)料板在 18層左右才能滿足塔內(nèi)的相平衡，而原設(shè)計(jì)的最低進(jìn)料口在14層塔盤,由于小修無法增加進(jìn)料口和增加板間距，只能在降低進(jìn)料溫度上做文章。由表3得知溶劑脫氣加熱器(E110)和第二汽提塔(C106)對溶劑精制塔(C110)的進(jìn)料組成上無太大差別,但兩個(gè)溫度差別很大。為了降低進(jìn)料溫度，逐漸增大第二汽提塔(C106)的進(jìn)料，同時(shí)逐漸減少溶劑脫氣加熱器(E110)進(jìn)料，兩者的進(jìn)料數(shù)量如表2所列。以前第二汽提塔(C106)對溶劑精制塔(C110)的進(jìn)料無控制閥，這次檢修利用舊閥FV141控制，不但減少了工作量還提高了準(zhǔn)確度，這樣兩股進(jìn)料混合后的溫度在 70 ℃左右。再利用廢舊換熱器E134，繼續(xù)冷卻溶劑精制塔(C110)的進(jìn)料，使其降到 50 ℃，這樣基本達(dá)到計(jì)算要求。改造后流程見圖 2。

圖2 溶劑精制塔進(jìn)料改造示意圖Fig. 2 Feeding transformation scheme of solvent refining tower

2.3 改造回流罐放空降低損失

根據(jù)分析在溶劑精制塔尾氣中含有少量的DMF,我們分別在第二汽提塔的回流罐和溶劑精制塔回流罐上加一小內(nèi)回流罐,可以讓回流罐上的熱物料經(jīng)過充分的冷接觸后冷凝后回到罐中。這樣就可以降少熱溶劑的放空量,從而最大限度的降低了溶劑的損失。

2.4 調(diào)整改造后的工藝技術(shù)參數(shù)和操作

7月檢修改造結(jié)束后我們相應(yīng)的對這幾個(gè)塔操作進(jìn)行了操作優(yōu)化， E110的操作溫度由原來的120℃降低到110 ℃,C110塔的進(jìn)料量和回流量都做相應(yīng)的提高[4]。

3 改造后實(shí)際效果

通過逐步實(shí)施上述措施，今年 8、9、10月份生產(chǎn)丁二烯產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，而溶劑損失逐步降低，效果明顯。圖3是選取這3個(gè)月的溶劑精制塔塔頂分析。

圖3 溶劑精制塔塔頂損失示意圖Fig. 3 Top DMF loss of solvent refining tower

4 結(jié)束語

雖然已經(jīng)溶劑精制塔的塔頂損失大大降低，今后我們力爭再從理論上更加精確的計(jì)算，以及從工藝和操作參數(shù)上作調(diào)整力爭使其損失降到最低，不斷優(yōu)化操作，達(dá)到更好水平。

[1] 許紅星.YH-GPB（DMF）法丁二烯抽提生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:中國石化出版社，2002：25-28.

[2] 譚天恩.化工原理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006（3）：84-87.

[3] 張愛民.丁二烯抽提技術(shù)分析和比較[J].石油化工,2006：908-909.

[4] 張旭之.碳四碳五烯烴工學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

Measures for Reducing DMF Loss at Solvent Refining Tower Top of Butadiene Extraction Plant With DMF Method

DONG Yu-hua1，DENG You-heng1，LIU Xin-yuan1,YANG Lu-ming2
(1.Fushun Petrochemical Company Ethylene Chemical Factory, Liaoning Fushun 113004，China）

Through analyzing loss reason of DMF in butadiene extraction plant, combining characteristics of the unit, partial improvement and operation optimization were carried out to reduce DMF loss.

DPB; Solvent refining tower; Solvent; DMF

TQ 221.22+3

A

1671-0460（2011）03-0289-03

2011-01-14

董毓華（1981-），男，助工，江蘇連云港人，2003年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：從事丁烯裝置技術(shù)工作。E-mail：dongyhyxdx@petrochina.com.cn。