榮 榮，李治明

(中國石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

丙烯是石油化工產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料之一，具有豐富的下游產(chǎn)業(yè)鏈。近年來丙烯供需呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位[1,2]。煉化產(chǎn)業(yè)中氣體分餾裝置是通過精餾的方式將液化氣各組分分離出來，得到高純度的丙烯產(chǎn)品，為下游化工裝置提供重要原材料。但是目前氣體分餾裝置丙烯精餾塔普遍存在丙烯分離效果差、丙烯損失嚴重和純度不合格等問題，丙烯精餾塔的合理操作和控制是裝置生產(chǎn)平穩(wěn)、產(chǎn)品合格的重點和難點[3]。本文依托某煉化公司氣體分餾裝置，分析進料組成、回流比、壓力和溫度對該裝置中丙烯精餾雙塔的影響，確定了更為合理的工藝調(diào)整方法，可應(yīng)用于指導(dǎo)類似丙烯精餾塔的操作優(yōu)化。

1 工藝流程簡述

某煉化公司氣體分餾裝置公稱規(guī)模為60萬噸/年，以經(jīng)脫硫脫硫醇后的催化裂化裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)產(chǎn)出的液化氣為原料，將液化氣通過精餾的方法按四個塔(脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔、脫戊烷塔)的流程設(shè)計分離成C2、丙烯、丙烷、C4、C5餾分。其中，由于丙烯塔塔板數(shù)較多，分為兩個塔串聯(lián)操作，總塔板數(shù)為200層，如圖1所示，自脫乙烷塔底來的混合C3組分進入丙烯塔(1)進行傳質(zhì)傳熱，丙烯塔(1)頂部的組分進入丙烯塔(2)底部作為上升氣相繼續(xù)完成精餾操作，塔(2)斧液通過中間泵送入塔(1)頂部作為液相內(nèi)回流。塔(1)底的丙烷餾分經(jīng)冷卻器冷卻后送至罐區(qū)。塔(2)頂部蒸出的丙烯經(jīng)塔頂冷卻器后進入回流罐，回流罐中的冷凝液一部分通過回流泵送回塔(2)頂作為回流，另一部分作為丙烯產(chǎn)品經(jīng)冷卻器冷卻后送至下游裝置。工藝上要求塔頂丙烯產(chǎn)品體積分數(shù)(φ)≥99.50%，塔底丙烷產(chǎn)品體積分數(shù)(φ)>95.00%。

2 丙烯精餾塔優(yōu)化調(diào)整分析

2.1 進料組成對丙烯質(zhì)量的影響

一般生產(chǎn)過程中，丙烯塔的進料流量和進料溫度相對穩(wěn)定，進料組成會在不同時間發(fā)生一定變化，這種變化直接對丙烯塔工藝操作過程產(chǎn)生影響，不及時調(diào)整會出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題[4]。在進料量、操作壓力、回流量、塔底熱源等工況不作調(diào)整的情況下,當(dāng)進料中丙烷含量增加時，丙烯塔精餾段的負荷增加，對于固定了精餾段板數(shù)的塔而言，會導(dǎo)致塔頂采出產(chǎn)品中丙烷含量偏高，造成丙烯質(zhì)量不合格；若進料中丙烯含量增加，丙烯塔提餾段的負荷增加，導(dǎo)致塔底釜液中丙烯含量偏高，既造成丙烯的損失，又使丙烷質(zhì)量出現(xiàn)不合格的問題。

隨著進料組成中丙烯含暈變化，塔頂理論采出量也相對變化。該煉廠丙烯塔平均進料量按 32 t/h 計算，進料中丙烯體積分數(shù)(φ)一般在78%～83%，塔頂丙烯體積分數(shù)按≥99.50%(φ)，塔釜丙烯損失按≤5.00%(φ)計算，根據(jù)物料平衡公式1和公式2[5]，可得丙烯塔頂?shù)睦碚摬沙隽繛?4.46～26.21 t/h，生產(chǎn)中高于這個范圍就會造成丙烯純度降低甚至丙烯質(zhì)量不合格。

F=D+W

(1)

Fxf=Dxd+Wxw

(2)

F—進料量；D—塔頂餾出物的量；W—塔釜餾出物的量；xf—進料中目標(biāo)物含量；xd—塔頂餾出物中目標(biāo)物含量；xw—塔釜餾出物中目標(biāo)物含量。

本研究選取了2022年1月份3個丙烯純度不合格的時間點，經(jīng)過 8 h 的操作調(diào)整后，均得到合格產(chǎn)品。由表1可以看出，丙烯純度不合格時，塔頂?shù)膶嶋H采出量均高于理論采出量，表明塔頂丙烯產(chǎn)品中攜帶了過量的丙烷，導(dǎo)致丙烯純度降低，出現(xiàn)了不合格的問題。通過調(diào)整手段使塔頂?shù)膶嶋H采出量低于理論采出量后，丙烯純度合格。因此，操作丙烯塔時有必要根據(jù)進料組成及時核算產(chǎn)品產(chǎn)量，將塔頂采出量控制在合理的范圍內(nèi)，保證丙烯產(chǎn)品質(zhì)量合格。

表1 丙烯塔頂產(chǎn)品采出量與體積分數(shù)

2.2 回流比對丙烯質(zhì)量的影響

塔頂回流是保證丙烯精餾塔輕重組分連續(xù)分離的基本條件，是精餾過程的重要參數(shù)[6]。表2為進料中丙烯組成基本不變時不同回流量下丙烯產(chǎn)品純度變化，在進料中丙烯摩爾分率維持在81%的情況下，隨著回流量的增加，回流比增大，塔頂丙烯產(chǎn)品的純度也隨之變高。對于穩(wěn)定操作的丙烯塔來說，當(dāng)回流比減小時，理論塔板數(shù)增加，設(shè)備能耗減少，塔頂輕組分組成將變??；相反，當(dāng)回流比增大時，理論塔板數(shù)減少，設(shè)備能耗增加，塔頂輕組分組成將變大。

表2 不同回流比下丙烯塔頂產(chǎn)品純度

在一個月時間內(nèi)每天對丙烯塔頂回流量和丙烯產(chǎn)品質(zhì)量進行固定監(jiān)測，結(jié)果如圖2所示，隨著回流比的增大，丙烯純度呈現(xiàn)上升的總體趨勢，當(dāng)回流比>19.00時，丙烯體積分數(shù)均>99.50%，達到合格標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)回流比>20.50時，丙烯體積分數(shù)均>99.55%，丙烯質(zhì)量進一步提升；當(dāng)回流比>21.50時，丙烯體積分數(shù)均>99.60%，丙烯純度過高則會降低產(chǎn)量，影響經(jīng)濟效益。因此，將丙烯塔頂回流比控制在19.50～20.50這個范圍內(nèi)，既保證丙烯產(chǎn)品質(zhì)量合格，又利于提高丙烯收率。

圖2 不同回流比下丙烯純度的變化曲線

2.3 塔壓和溫度對丙烯質(zhì)量的影響

丙烯塔塔壓的控制是丙烯塔穩(wěn)定操作的重要指標(biāo)之一，在實際生產(chǎn)運行中，丙烯塔操作壓力的變化會對塔內(nèi)部的氣液相平衡產(chǎn)生影響。當(dāng)塔壓偏高時，丙烯和丙烷的相對揮發(fā)度減小，塔內(nèi)整體的溫度升高，增大了分離難度，從而影響丙烯質(zhì)量。在進料穩(wěn)定的情況下，較低的操作壓力有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量[7]。而過低的塔壓也不利于丙烯塔的正常運行，因為塔頂溫度隨著塔壓的降低而逐步降低，塔頂溫度偏低時，塔頂冷凝器內(nèi)的冷卻水就不能達到對塔頂組分的換熱效果，直接影響丙烯塔的平穩(wěn)生產(chǎn)。因此有必要將塔壓控制在合適的范圍內(nèi)，并使塔內(nèi)的整體溫度和內(nèi)部壓力構(gòu)成對應(yīng)關(guān)系，以達到輕重組分的分離要求[8]。

該丙烯塔在常規(guī)操作中要求塔頂壓力控制在1.75±0.20 MPa，塔底溫度控制在56.00±6.00 ℃，塔頂溫度控制在45.00±5.00 ℃，靈敏板位于30層塔板附近。在此工藝指標(biāo)要求的范圍內(nèi)操作仍存在丙烯質(zhì)量不合格的可能，還需進一步精確控制相應(yīng)壓力下塔內(nèi)溫度來保證產(chǎn)品純度合格。從表3可看出，當(dāng)塔頂壓力分別維持在1.72～1.73 MPa、1.75 MPa、1.78～1.79 MPa 時，較高的塔溫會導(dǎo)致丙烯體積分數(shù)<99.50%；而塔內(nèi)各部分溫度下降后，丙烯體積分數(shù)均>99.50%，達到合格標(biāo)準(zhǔn)。塔壓和溫度發(fā)生變化，塔內(nèi)氣液相間的平衡關(guān)系也發(fā)生改變，在塔壓穩(wěn)定的情況下，較高的塔溫表明塔內(nèi)氣相中重組分即丙烷的含量增加，這容易導(dǎo)致塔頂產(chǎn)品中丙烯含量低，致使丙烯質(zhì)量不合格。本研究在相應(yīng)壓力下通過調(diào)整塔底熱源降低塔內(nèi)溫度的方式，特別是將靈敏板溫度的降低作為重要參考，來減少氣相中的丙烷組分，改善了丙烯產(chǎn)品質(zhì)量。

表3 不同壓力和溫度下丙烯純度變化

3 結(jié)論

氣體分餾裝置丙烯精餾塔的進料組成、回流比、壓力和溫度是衡量塔頂丙烯產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。本文通過對上述參數(shù)的調(diào)整，優(yōu)化了丙烯精餾塔生產(chǎn)工藝，提高丙烯質(zhì)量，并得出以下觀點：①丙烯精餾塔塔頂丙烯采出量需按照進料組成及時調(diào)整，控制塔頂?shù)膶嶋H采出量低于理論采出量。②對于該裝置，將丙烯塔頂回流比控制在19.50～20.50可以保證丙烯產(chǎn)品體積分數(shù)≥99.50%(φ%)，達到合格標(biāo)準(zhǔn)。③塔壓一定時，需將塔溫控制在合理范圍內(nèi)變化，過高的塔溫容易導(dǎo)致丙烯質(zhì)量不合格，適當(dāng)降低靈敏板溫度有利于提高丙烯純度。