乙烯装置脱丁烷塔系统操作影响因素的探讨.pdf
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1、工工工工工工工工工工工工业业业业业业业业业业业业技技技技技技技技技技技技术术术术术术术术术术术术乙 烯 工 业()乙烯装置脱丁烷塔系统操作影响因素的探讨白宇辰(中国石化工程建设有限公司 北京)摘 要:脱丁烷塔系统是乙烯装置的重要组成部分之一直接影响着乙烯装置和下游生产装置的长周期安全稳定运行 着重介绍了不同的塔压对脱丁烷塔系统的影响选择合适的塔压对该塔系的操作与节能是十分重要的 并对不同进料位置对脱丁烷塔系统的具体影响做了进一步研究对最佳进料位置给出了建议 同时对该系统操作的影响因素做了详细的分析这些有助于实现乙烯装置的长稳优运行实现本质安全提高市场竞争力关键词:脱丁烷塔 塔压 进料位置 影响
2、因素 乙烯装置的原料通常为石脑油、轻柴油、凝析油、加氢裂化尾油、饱和液化气、芳烃抽余油等中间产品和最终产品为氢气、甲烷、聚合级乙烯、聚合级丙烯、混合碳四、粗裂解汽油、燃料气等均为易燃、易爆介质且乙烯装置设备台数多、流程长、工艺过程较为复杂因此危险性较高 在对安全环保要求日益严格的今天乙烯装置各单元的本质安全设计与操作是十分必要的 为实现装置的长周期运行必须对影响装置稳定运转的薄弱点精心设计用心操作提高装置稳定运转的可靠性乙烯装置主要分为裂解、急冷、压缩、冷区、热区、制冷、公用工程等单元 脱丁烷塔系统是热区的一部分该系统的目的是将来自脱丙烷塔釜液的进料分离为混合碳四馏分和粗裂解汽油馏分(含碳五及
3、碳五以上的组分)其中关键轻组分是丁烷关键重组分是碳五 脱丁烷塔系统由脱丁烷塔、塔顶冷凝器、塔釜再沸器、回流罐、回流/产品泵、塔釜泵等组成 考虑到再沸器的结垢和清理一般会考虑增设备用再沸器 以前脱丙烷前加氢分离流程为例简要说明该系统的工艺流程低压脱丙烷塔的塔釜物料进入脱丁烷塔 塔顶气体在脱丁烷塔冷凝器中用循环冷却水冷凝后进入回流罐物料一部分作为塔的回流其余作为混合碳四产品送出界区 脱丁烷塔再沸器用低压饱和蒸汽作为热媒进行加热 塔釜出料是碳五及更重组分与来自急冷区的汽油汽提塔底部物料混合进一步冷却后作为粗裂解汽油产品送出界区 脱丁烷塔系统的工艺流程见图 不同塔压对脱丁烷塔操作的影响精馏塔操作压力的
4、确定一方面要考虑压力对精馏塔分离效果的影响另一方面又要考虑塔顶使用冷剂所能达到的冷却温度以及物料物理化学性质的限制 在气液平衡中压力、温度和物料组成之间有着确定的关系即操作压力决定产品组成 在满足塔顶和塔釜目标产物分离效果的同时脱丁烷塔的操作压力受塔釜温度的限制 为避免塔釜聚合物的生成一般限制塔釜温度不超过 随着操作压力的下降塔顶冷凝温度相应下降 当塔顶操作压力过低时塔顶冷凝温度可能低于 为使塔顶冷凝器采用循环冷却水冷凝而避免使用丙烯冷剂脱丁烷塔的操作压力不能过低否则将会消耗丙烯冷剂能耗相收稿日期:修改稿收到日期:作者简介:白宇辰男 年毕业于北京化工大学材料学专业工学硕士主要从事石油化工工艺设
5、计工作正高级工程师已发表论文多篇 第 卷白宇辰.乙烯装置脱丁烷塔系统操作影响因素的探讨 应会增加 因此需要充分利用循环冷却水的低温在一定程度上可适当降低脱丁烷塔的操作压力不仅可减少塔釜再沸器的低压蒸汽用量而且还可以降低塔内的温度、提高塔顶冷凝器循环水流量减少塔内、塔釜再沸器及塔顶冷凝器的结垢和腐蚀对延长装置的运行周期有着明显的效果图 脱丁烷塔系统流程示意 由于塔压影响了混合碳四和粗裂解汽油的相对挥发度因此不同的塔压对分离效果以及能耗指标有着不同的影响 塔压越高相对挥发度越小越难分离能耗越大以实际进料位置在脱丁烷塔 块板为例研究了某乙烯装置不同塔压对脱丁烷塔系统的具体影响结果见表 表 不同塔压对
6、脱丁烷塔系统的影响项目参数塔顶压力(表)/.塔釜压力(表)/.塔顶冷凝器负荷/.塔釜再沸器负荷/.塔顶温度/.塔釜温度/.从表 可看到:由于脱丁烷塔压力的提高在满足塔顶混合碳四和塔釜粗裂解汽油产品规格的前提下塔顶冷凝器和塔釜再沸器的负荷均要提高 同时随着塔压的升高塔釜温度也随之升高这将会加重塔釜以及再沸器内的重组分结垢进而堵塞设备的现象 而塔压的降低则有利于缓解此问题但随着塔顶温度的进一步降低工艺介质与冷剂侧循环冷却水的相对平均温差将会减小塔顶冷凝器的尺寸将会有所增加 因此选择合适的塔压对该塔系的操作、降低投资与节能是十分重要的乙烯装置的热分离区再沸器多发生烯烃自聚使得塔底再沸器发生结焦降低再
7、沸器的传热效率 脱丁烷塔再沸器结焦表现出传热阻力大加热量不足热源调节阀开度变大的同时流量却不增加等现象 一般而言应考虑设置备用再沸器以保证装置稳定运行 从乙烯分离装置的运行经济性和能量消耗角度讲热区热交换器的良好运行首先能保证乙烯装置的产品质量相对降低塔釜再沸器和塔顶冷凝器的热负荷同时也能稳定塔的处理量在乙烯装置高负荷运行中显得尤为重要 另外可减少设备的维护、检修费用 脱丁烷塔釜再沸器的运行情况备用再沸器切换频率是衡量乙烯装置热分离区运行效果的重要指标是节能增效的重要方面为减缓塔釜再沸器的结焦脱丁烷塔可以采取降压操作 首先需要判断塔顶冷凝器是否有 乙 烯 工 业第 卷内漏 当塔顶冷凝器内漏时塔
8、压不可低于循环水的操作压力这样可防止循环水进入脱丁烷塔内部同时循环水中溶解氧对系统中丁二烯、戊二烯等二烯烃聚合有显著促进作用 脱丁烷塔内的聚合机理较为复杂完全不同于单组分的聚合结焦现在公认的机理是二烯烃的聚合机理 结垢物中不饱和烃的聚合是自由基的链反应这种反应通常由链引发、链增长和链终止等组成 烯烃单体的加聚反应大部分属于此类反应 脱丁烷塔在进行降压操作时需要循序渐进逐步降低塔压 塔压小幅度降低后系统先稳定一段时间再进行下一步的降压 降压过程中需要关注塔釜液位的控制确保塔釜采出有一定的调节裕量特别需要注意的是虽然降低操作压力可以使关键组分的相对挥发度增大但回流比的降低一定程度上抵消了挥发度增大
9、的影响 若通过加大回流比来保证塔顶产品质量则必然会加重提馏段的负荷使更多轻组分进入脱丁烷塔的塔釜这样又将使塔釜中的碳四组分损失加大 不同进料位置对脱丁烷塔操作的影响某百万吨级规模的乙烯装置采用前脱丙烷前加氢分离工艺流程 脱丁烷塔的进料来自低压脱丙烷塔的塔釜物流的进料组成情况见表 表 某乙烯装置的脱丁烷塔进料情况项目参数().().温度/.压力(表)/.相态两相流量/().该装置的脱丁烷塔共有 块实际塔板工艺控制塔顶混合碳四产品的纯度(摩尔分数)为.塔釜粗裂解汽油产品的纯度(摩尔分数)为.对应调整的变量分别是塔顶冷凝器的热负荷和塔釜再沸器的热负荷选取脱丁烷塔顶压力(表)为.对该系统的进料选取不同
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