劉正明 段海濤 劉益材 張林濤 殷新

（四川石化有限責(zé)任公司）

四川石化乙烯裝置采用S&W公司的前脫丙烷前加氫工藝技術(shù)[1]，乙烯年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為80×104t。脫丁烷塔主要生產(chǎn)混合碳四和粗裂解汽油產(chǎn)品，丙烯精餾塔主要將混合碳三進(jìn)行分離和提純，為下游裝置提供原料，其運(yùn)行是否平穩(wěn)直接影響乙烯裝置運(yùn)行周期。乙烯裝置運(yùn)行周期在很大程度上反映了一個(gè)企業(yè)的綜合管理水平，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和效益具有重大影響。

2021年初開始乙烯裝置的分離熱區(qū)脫丁烷塔和丙烯精餾塔塔壓升高，一直處于高壓狀態(tài)運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生精餾塔的超壓?jiǎn)栴}。造成精餾分離效果變差，脫丁烷塔釜汽油中碳四含量增加，存在儲(chǔ)存安全隱患；丙烯精餾塔塔釜循環(huán)丙烷中的丙烯損失增大，造成塔釜丙烯浪費(fèi)嚴(yán)重；裂解爐的乙丙烷爐爐管結(jié)焦嚴(yán)重，進(jìn)而影響正常運(yùn)行；還有精餾塔塔釜加熱負(fù)荷增大，輔助加熱低壓蒸汽消耗量增大，能耗增加；丙烯產(chǎn)品收率降低，影響裝置的經(jīng)濟(jì)效益。

1 簡(jiǎn)介

乙烯裝置分離熱區(qū)將裂解氣中的碳三、碳四及汽油等組分進(jìn)行分離。脫乙烷塔釜和低壓脫丙烷塔頂來的碳三組分在MAPD加氫反應(yīng)器液相加氫后進(jìn)入丙烯精餾塔，丙烯精餾塔進(jìn)行分離和提純，塔頂分離出聚合級(jí)的丙烯產(chǎn)品，塔釜循環(huán)丙烷做為裂解爐乙丙烷爐的裂解原料；低壓脫丙烷塔釜來的碳四及汽油組分進(jìn)入脫丁烷塔，塔頂分離出丁二烯含量40%(wt)的混合碳四送到丁二烯裝置或儲(chǔ)罐，塔釜裂解汽油送到汽油加氫裝置。作為下游工藝裝置的原料。

1.1 脫丁烷塔工藝流程簡(jiǎn)介

脫丁烷塔的作用是將來自低壓脫丙烷塔的碳四和裂解汽油進(jìn)行分離，塔頂分出混合碳四，塔釜分出裂解汽油。有42塊篩板塔盤組成[2]，塔釜再沸器用低壓蒸汽加熱，塔頂冷凝器用循環(huán)水冷凝。

1.2 丙烯精餾塔的工藝流程簡(jiǎn)介

丙烯精餾塔的作用是將碳三加氫后的的混合碳三通過精餾，塔頂?shù)玫骄酆霞?jí)丙烯產(chǎn)品、塔釜得到丙烷作為循環(huán)裂解原料。本流程采用雙塔汽提塔精餾塔串聯(lián)設(shè)計(jì)操作，雙塔各有135塊塔板。塔頂冷凝器用冷卻水冷凝，塔釜由急冷水加熱的再沸器、中沸器和開車用輔助低壓蒸汽加熱的再沸器，合格丙烯產(chǎn)品從精餾塔的第九塊塔板巴氏精餾段采出[3]。

2 “加減法”攻關(guān)思路及方案實(shí)施

2.1 塔頂冷凝換熱器的循環(huán)水側(cè)反沖洗做“減法”

脫丁烷塔工藝流程如圖1所示，丙烯雙塔精餾工藝流程圖2所示。在脫丁烷塔冷凝器、丙烯塔頂冷凝器、丙烯塔回流罐頂?shù)牟荒龤饫淠餮h(huán)水側(cè)反沖洗。下面以丙烯精餾塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗為例主要介紹。

圖1 脫丁烷塔工藝流程Fig.1 Debutanizer process flow

圖2 丙烯雙塔精餾工藝流程Fig.2 Propylene double tower distillation process

采取在線反沖洗，乙烯裝置在線運(yùn)行時(shí)，確保塔的運(yùn)行正常，塔的壓差、回流量及各溫度點(diǎn)、產(chǎn)品采出都正常。步驟如下：全開冷凝器循環(huán)水側(cè)的進(jìn)出口閥；拆除丙烯精餾塔的塔頂冷凝器循環(huán)水的反沖洗大倒淋盲法蘭；確認(rèn)丙烯精餾塔的安全閥旁路閥可動(dòng)作；聯(lián)系公共工程降低循環(huán)水的供水溫度并維持在26℃及以下。冷凝器的循環(huán)水和物料流向見圖3。

圖3 冷凝器的循環(huán)水和物料流向Fig.3 Circulating water and material flow of condenser

進(jìn)行丙烯精餾塔頂冷凝器的反沖洗操作，通過降低丙烯汽提塔的進(jìn)料量，緩慢關(guān)小塔頂冷凝器的壓力調(diào)節(jié)閥，開大回流罐頂返裂解氣壓縮段間的不凝氣閥等操作，降低維持塔壓在1.75 MPa，主外操協(xié)力配合，逐個(gè)進(jìn)行丙烯精餾塔冷凝器的反沖洗操作，關(guān)閉循環(huán)水進(jìn)水閥，快速打開進(jìn)水閥后的大倒淋，排2～5 min后關(guān)閉大倒淋（閥2），開進(jìn)水閥，恢復(fù)投用狀態(tài)。沖洗出的生物淤泥和塑料片狀贓物。重復(fù)幾次效果更好。在上述操作過程中，如遇精餾塔壓升高時(shí)，開大不凝氣閥，繼續(xù)再升高時(shí)，則進(jìn)行打開精餾塔安全閥旁路閥放火炬的緊急處置，并快速恢復(fù)至初態(tài)。

同樣的方法對(duì)脫丁烷塔的塔頂冷凝器、丙烯塔回流罐頂不凝氣冷凝器進(jìn)行逐個(gè)反沖洗操作。

2.2 方案實(shí)施后的效果

脫丁烷塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗后，脫丁烷塔頂壓力由0.45 MPa降低到0.37 MPa，同樣塔頂冷凝器的換熱效率顯著提高了。塔底的再沸器加熱蒸汽降低了，節(jié)約低壓蒸汽0.5 t/h，更重要的是再沸加熱量降低，塔釜再沸器的負(fù)荷減少，減輕再沸器物料側(cè)的結(jié)焦，延長(zhǎng)脫丁烷塔釜再沸器的運(yùn)行周期，塔釜再沸器的檢修由每年3次降到每年2次，提高生產(chǎn)能力，節(jié)約檢修成本。

丙烯精餾塔塔頂冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗后，丙烯精餾塔的塔頂塔壓有明顯降低，塔頂冷凝器的換熱效率顯著提高了。塔釜開車再沸器低壓蒸汽的閥位由40%的開度關(guān)到5%的暖管狀態(tài)，幾乎不用低壓蒸汽，節(jié)約低壓蒸汽。

丙烯塔回流罐頂不凝氣冷凝器的循環(huán)水側(cè)反沖洗，提高換熱效率，減少丙烯的損失，同時(shí)也可減少裂解氣壓縮機(jī)的內(nèi)循環(huán)，使裂解氣的四段氣相量減少，節(jié)約裂解氣壓縮機(jī)的功耗。裂解氣壓縮機(jī)段間量減少，可避免在裝置運(yùn)行末期因裂解氣壓縮機(jī)段間氣相量增大，而造成壓縮機(jī)透平的軸振動(dòng)增大，嚴(yán)重需要被迫降負(fù)荷生產(chǎn)的情況，可確保裝置的高負(fù)荷運(yùn)行。丙烯精餾塔的運(yùn)行狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，丙烯精餾塔冷凝器循環(huán)水反沖洗前后的工藝參數(shù)見表1。

表1 丙烯精餾塔冷凝器循環(huán)水反沖洗前后的工藝參數(shù)Tab.1 Process parameters before and after circulating water backwashing of propylene rectification condenser

可見丙烯精餾塔輔助加熱節(jié)約低壓蒸汽10 t/h，丙烯塔釜的丙烯損失減少0.8%(wt)，丙烯塔頂回流罐的不凝氣量減少600 kg/h，節(jié)能降耗，提質(zhì)增效顯著。

2.3 精細(xì)優(yōu)化操作做“加法”

通過反沖洗，提高了塔頂冷凝器的換熱效率。此時(shí)對(duì)丙烯精餾塔的關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：

調(diào)整塔頂壓力；精餾塔的壓力確定，一方面要考慮對(duì)精餾塔分離效果的影響，另一方面又要考慮塔頂使用冷劑所能達(dá)到的冷卻溫度。丙烯精餾塔反沖洗前，塔頂冷凝器的換熱效率低，提高塔壓使丙烯的冷凝點(diǎn)升高，少用冷劑來彌補(bǔ)換熱效果的不足，但造成塔釜加熱負(fù)荷的增加，根據(jù)工藝工況調(diào)整塔壓困難，塔頂壓力太高會(huì)影響正常運(yùn)行。反沖洗后，根據(jù)工藝工況方便調(diào)整塔壓。丙烯精餾塔降低壓力，可提高丙烯和丙烷的揮發(fā)度，增加塔頂冷凝器的冷負(fù)荷，可減少塔釜再沸器的熱負(fù)荷，丙烯精餾塔的輔助加熱低壓蒸汽從11 t/h降到1 t/h，節(jié)約低壓蒸汽用量。

調(diào)整回流量；丙烯系統(tǒng)雙塔汽提塔和精餾塔的塔板數(shù)多（各是135塊），都采用高效MD塔板，設(shè)計(jì)回流比為16.8，高效MD塔板，精餾效率高，設(shè)計(jì)回流量就可滿足。反沖洗前，塔釜再沸器熱負(fù)荷的增大，為了精餾傳質(zhì)傳熱過程的充分進(jìn)行，就需要大的回流量，使回流量超過設(shè)計(jì)值。反沖洗后，適當(dāng)降低回流量到設(shè)計(jì)值以下。通過減少回流量，保證塔頂丙烯產(chǎn)品合格，同時(shí)也降低了塔釜丙烯損失，提高丙烯收率。

調(diào)整回流罐不凝氣返裂解氣壓縮機(jī)段間的量；回流罐頂不凝氣量的大小正常情況下是根據(jù)進(jìn)料帶來的乙烷和碳三加氫反應(yīng)器的氫氣多少來返，但當(dāng)塔壓高時(shí)，就根據(jù)塔壓的高低來返，不凝氣大的返量會(huì)造成一部分丙烯的損失，還會(huì)使裂解壓縮機(jī)的循環(huán)量增大，功耗增加。反沖洗后，減少回流罐頂不凝氣返裂解氣壓縮機(jī)段間的量到設(shè)計(jì)值以下，進(jìn)而使丙烯損失減低，提高丙烯收率。

優(yōu)化進(jìn)料參數(shù)；進(jìn)料量、進(jìn)料溫度和進(jìn)料組成是精餾塔進(jìn)料的三個(gè)重要參數(shù)。進(jìn)料量的變化會(huì)影響塔的物料平衡和塔的效率；進(jìn)料溫度會(huì)影響整個(gè)塔溫度分布，從而改變氣液平衡組成；進(jìn)料組成變化會(huì)引起全塔物料平衡和工藝條件的改變。通過優(yōu)化調(diào)整碳三加氫的凝液罐液面和丙烯汽提塔進(jìn)料調(diào)節(jié)閥的串級(jí)控制使進(jìn)料量穩(wěn)定；在裂解原料和操作條件一定的條件下，通過離線采樣分析碳三加氫反應(yīng)器進(jìn)出口MA、PD、丙烯、丙烷的濃度，優(yōu)化調(diào)整碳三加氫反應(yīng)器的氫氣配氫量，反應(yīng)器入口溫度，提高反應(yīng)器的選擇性，使丙烯汽提塔的進(jìn)料溫度和組成相對(duì)穩(wěn)定最佳化[4-9]。

2.4 投用APC先進(jìn)控制技術(shù)做“加法”

APC控制原理是通過對(duì)被控對(duì)象運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘與分析，建立系統(tǒng)運(yùn)行模型，利用系統(tǒng)模型進(jìn)行多變量實(shí)時(shí)優(yōu)化控制。

2.4.1 APC在丙烯塔溫度控制上的投用

APC的投用相較于PID控制器具有預(yù)測(cè)功能。丙烯汽提塔液位與再沸器流入的急冷水流量組成串級(jí)控制回路。串級(jí)控制主回路的輸出是急冷水流量控制器的設(shè)定值，其值增大輸出變大，控制閥開度增加。通過控制塔底熱源急冷水流量，控制塔底溫度和塔釜液位?？刂扑妆槌槌隽亢退妆p失含量。APC根據(jù)目前多個(gè)回路的工況進(jìn)行分析，從而對(duì)控制器內(nèi)每一個(gè)回路的未來進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)回路進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以讓控制效果最大可能的得到優(yōu)化[10]。能節(jié)約急冷水用量達(dá)到1.0%以上。丙烯塔塔頂產(chǎn)品MAPD含量小于5 ppm純度穩(wěn)定提高，塔頂溫度變化平穩(wěn)，塔頂壓力、塔底溫度、塔底液位保持穩(wěn)定。

2.4.2 APC在脫丁烷塔溫度控制上的投用

脫頂烷塔以進(jìn)料量和靈敏板溫度為前饋，通過調(diào)整控制低壓蒸汽流量，穩(wěn)定回流罐液位、塔釜液位。在保證液位穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定采出量，為下游裝置提供穩(wěn)定的進(jìn)料。在投入APC后，根據(jù)回流量、塔頂?shù)奶嘉逄妓暮?、塔釜的溫度、塔釜液面等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，對(duì)控制器內(nèi)每一個(gè)回路進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果對(duì)回路進(jìn)行多變量實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)節(jié)，進(jìn)而讓控制效果得到最大優(yōu)化，精餾過程關(guān)鍵參數(shù)靈敏板溫度的波動(dòng)明顯降低。控制質(zhì)量得到了改善，控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行大大減少了人為干預(yù)因素。根據(jù)目前的運(yùn)行結(jié)果，保守估算節(jié)約低壓蒸汽用量達(dá)到500 kg/h以上。

3 “加減法”攻關(guān)助力節(jié)能增效

乙烯裝置脫丁烷塔和丙烯塔頂冷凝器反沖洗，精細(xì)優(yōu)化操作，節(jié)約丙烯精餾塔輔助加熱低壓蒸汽約10.5 t/h。（低壓蒸汽標(biāo)油折算72 kg/t，1 000 kg的價(jià)格是1 948元，裝置年運(yùn)行8 000 h計(jì)）運(yùn)行一年節(jié)約費(fèi)用約1 178萬(wàn)元。

脫丁烷塔再沸器的檢修由每年3次降到每年2次，檢修一次的費(fèi)用（物料倒空損失、操作費(fèi)用、檢修費(fèi)用）約10萬(wàn)元左右。

丙烯塔釜的丙烯損失由1.6%左右降到0.8%左右，循環(huán)丙烷的量為8 t/h左右，丙烯增產(chǎn)為0.064 t/h。

丙烯塔頂回流罐的不凝氣量由2.4 t/h降到1.8 t/h（不凝氣的85%為丙烯），丙烯增產(chǎn)0.051 t/h。不凝氣由丙烯塔回流罐頂冷卻水冷凝器冷凝回收，回收成本所用循環(huán)水增量40 t/h，（公用工程循環(huán)冷卻水價(jià)格[11]是0.25元/t，丙烯市場(chǎng)動(dòng)態(tài)價(jià)格按6 500元/t，石腦油及輕烴裂解產(chǎn)丙烯的生產(chǎn)成本約5 500元/t，裝置運(yùn)行年8 000 h計(jì)）不凝氣回收成本8萬(wàn)，丙烯增產(chǎn)效益84萬(wàn)元，每年節(jié)能增效合計(jì)1 272萬(wàn)元。

4 總結(jié)

乙烯裝置在滿負(fù)荷的情況下，通過采用在線反沖洗操作，投用APC控制技術(shù)，精細(xì)優(yōu)化操作等方法，徹底解決了丙烯精餾塔超壓?jiǎn)栴}，有效提高了設(shè)備換熱效率，降低了裝置能源消耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能增效，提高了產(chǎn)品收率和裝置生產(chǎn)能力，為企業(yè)的達(dá)標(biāo)、爭(zhēng)效、創(chuàng)優(yōu)作出了重要貢獻(xiàn)，在同類行業(yè)具有很高的借鑒價(jià)值。

但也存在以下幾方面問題和建議：乙烯裝置或其他裝置的分離塔，汽提塔、精餾塔有用循環(huán)水冷凝冷卻的地方都可以應(yīng)用，實(shí)施前要進(jìn)行工作安全分析（JSA），做好風(fēng)險(xiǎn)和隱患的預(yù)防，影響上下游崗位正常平穩(wěn)運(yùn)行的因素要考慮周全。實(shí)施時(shí)應(yīng)向公司生產(chǎn)運(yùn)行處提請(qǐng)申請(qǐng)報(bào)告，待通過后方可實(shí)施。APC先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)該在裝置趨于穩(wěn)定狀態(tài)情況下投用。當(dāng)裝置工藝參數(shù)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)切換至手動(dòng)操作，避免因系統(tǒng)調(diào)節(jié)滯后，從而導(dǎo)致裝置的不正常運(yùn)行。