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      粗苯乙烯塔工藝條件研究

      2014-12-24 04:00:08宏,王
      石油化工應(yīng)用 2014年9期
      關(guān)鍵詞:乙苯苯乙烯真空度

      袁 宏,王 海

      (中國(guó)石油蘭州石化公司合成橡膠廠,甘肅蘭州 730060)

      本裝置于1960 年建成投產(chǎn),經(jīng)改造后生產(chǎn)能力達(dá)到6.0 萬(wàn)t/a。通過(guò)烷基化反應(yīng)、烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)、乙苯脫氫、乙苯精餾、苯乙烯精餾,完成苯乙烯生產(chǎn)制造過(guò)程[1]。本文針對(duì)苯乙烯精餾過(guò)程中,粗苯乙烯塔工藝操作困難,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響較大,研究粗苯乙烯塔各工藝條件,尋找粗苯乙烯塔工藝操作的最優(yōu)條件,指導(dǎo)生產(chǎn)。

      1 原理分析及問(wèn)題

      1.1 粗苯乙烯塔工藝簡(jiǎn)介

      1.1.1 粗苯乙烯塔工藝原理 粗苯乙烯塔操作真空為32 kPa~36 kPa(絕壓)。粗苯乙烯加料(重關(guān)鍵組分苯乙烯濃度54%~62%,輕關(guān)鍵組分乙苯濃度為40%~38%)通過(guò)加料口加入塔中[2]。乙苯和苯乙烯易形成二元共沸物,當(dāng)乙苯由液相變?yōu)闅庀鄷r(shí),苯乙烯也會(huì)出現(xiàn)部分汽化形成后向上氣流。上升的氣體在塔頂冷凝器冷凝后,經(jīng)補(bǔ)冷器的冷卻,通過(guò)回流泵打回流進(jìn)入塔內(nèi),經(jīng)每層填料分布器的均勻分布后在填料層上形成向下的液體流股。這樣在填料層上上升氣體和下降的液體經(jīng)逆向多級(jí)接觸,并在相平衡關(guān)系的約束下,使得易揮發(fā)組分(乙苯、甲苯、苯)不斷從液相往氣相中轉(zhuǎn)移,而難揮發(fā)組分(苯乙烯及更重組分)由氣相向液相中遷移,最終達(dá)到上升的氣體中苯乙烯含量越來(lái)越少,下降的液體中苯乙烯含量越來(lái)越多,最終塔頂、塔釜得到合格的產(chǎn)品[3-7]。

      1.1.2 粗苯乙烯塔工藝流程 粗苯乙烯經(jīng)粗苯乙烯塔的第四層填料上方加入塔內(nèi)。塔頂餾分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝,再經(jīng)補(bǔ)冷器冷卻后,不凝氣經(jīng)進(jìn)尾冷卻器后進(jìn)一步冷卻,進(jìn)入真空泵,從真空泵出口高位排空。冷凝物料依靠位差自流進(jìn)入回流槽,通過(guò)回流泵一路回流,另一路作為塔頂產(chǎn)品送出系統(tǒng)。塔釜物料經(jīng)釜液泵分兩路:一路塔釜循環(huán),另一路作為塔釜采出送出。塔釜再沸器以0.32 MPa 蒸汽作為加熱介質(zhì),為塔釜物料提高熱量,蒸汽凝液排至精餾單元蒸汽凝液系統(tǒng)[1]。

      流程簡(jiǎn)圖(見(jiàn)圖1)。

      1.2 問(wèn)題的提出

      粗苯乙烯塔在操作時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜質(zhì)量主要依據(jù)T4 和T5 的溫差來(lái)判斷。判定依據(jù)為:溫差在1.3 ℃~1.5 ℃時(shí),苯乙烯純度為99.3 %~99.5 %,溫差為1.5 ℃~1.7 ℃時(shí),苯乙烯純度為99.5 %~99.7 %,溫差為1.8 ℃~2 ℃時(shí),純度為99.8 %~99.9 %,同時(shí)塔頂回收乙苯中苯乙烯含量合格(小于0.5 %);溫差大于2.0 時(shí)純度在99.9 %以上,依據(jù)以上規(guī)律可以將苯乙烯產(chǎn)品的純度精確在0.1 %。

      圖2 預(yù)測(cè)純度和實(shí)際分析純度偏差趨勢(shì)圖

      目前在苯乙烯精餾系統(tǒng)操作過(guò)程中,產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大。2010 年1 月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)律預(yù)測(cè)值和實(shí)際分析純度偏差趨勢(shì)圖(見(jiàn)圖2)。

      從對(duì)比數(shù)據(jù)和偏差趨勢(shì)圖來(lái)看:依據(jù)T4 和T5 的溫差來(lái)判斷塔釜苯乙烯純度的規(guī)律已經(jīng)無(wú)法指導(dǎo)生產(chǎn),生產(chǎn)結(jié)果與判斷值偏差較大,產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大。為了保證粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量合格,必須重新尋找粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量的工藝控制條件。

      2 粗苯乙烯塔質(zhì)量控制依據(jù)的理論分析

      2.1 溫度分布分析

      從精餾塔各溫度分布點(diǎn)變化來(lái)看,由于受加料量、加料組成變化等影響因素影響,加料口填料層上下組分變化較大[3],因此加料口下方的溫度T3 變化比較明顯,控制好T3 溫度不僅可以控制好塔頂、塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量,也可以對(duì)精餾塔因外界因素影響造成的工藝波動(dòng)提前預(yù)判并做出及時(shí)調(diào)整,保證粗苯乙烯塔的穩(wěn)定運(yùn)行。

      2.2 實(shí)驗(yàn)方法

      粗苯乙烯塔運(yùn)行過(guò)程中,因塔頂真空度受加料負(fù)荷、環(huán)境溫度、加料組成等因素影響而不斷的變化,因此必須考慮真空度的變化對(duì)各測(cè)溫點(diǎn)的影響[4]。所以在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中要在每組記錄中記錄以下變量:塔頂真空P1、靈敏板溫度(T3)、塔頂產(chǎn)品苯乙烯含量、塔釜產(chǎn)品苯乙烯含量。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)對(duì)分析,找出真空度、塔頂產(chǎn)品、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量、靈敏板溫度之間的關(guān)系,確定最佳工藝控制條件。

      3 數(shù)據(jù)分析

      3.1 采集數(shù)據(jù)說(shuō)明

      為了尋找最佳工藝控制條件,采集了2 月粗苯乙烯塔頂真空、靈敏板溫度、塔頂產(chǎn)品、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

      3.2 P1 指示在33 kPa~34 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      P1 指示在33 kPa~34 kPa 時(shí),T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量(見(jiàn)圖3)。

      圖3 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量折線圖

      P1 指示在33 kPa~34 kPa 時(shí),從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論:(1)T3 溫度在106.7 ℃~108.7 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格;(2)T3 溫度低于106.7 ℃時(shí),塔釜苯乙烯純度小于99.7 %,純度不合格;(3)T3 溫度大于108.7 ℃時(shí),塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %,塔頂產(chǎn)品不合格;(4)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,T3 溫度在107 ℃~108.5 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

      3.3 P1 指示在34 kPa~35 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      P1 指示在34 kPa~35 kPa 時(shí),T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系(見(jiàn)圖4)。

      P1 指示在34 kPa~35 kPa 時(shí),從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論:(1)T3 溫度在107.8 ℃~109.9 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格;(2)T3 溫度低于107.9 ℃時(shí),塔釜苯乙烯純度小于99.7%,純度不合格;(3)P1 指示在34 kPa~35 kPa 時(shí),塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %,塔頂產(chǎn)品不合格;(4)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,T3 溫度在108 ℃~109.5 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

      圖4 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量管線圖

      3.4 P1 指示在35 kPa~36 kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      P1 指示在35 kPa~36 kPa 時(shí),T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系(見(jiàn)圖5)。

      圖5 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系

      P1 指示在35 kPa~36 kPa 時(shí),從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論:(1)T3 溫度在108.2 ℃~110.9 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格;(2)T3 溫度低于108.2 ℃時(shí),塔釜苯乙烯純度小于99.7 %,純度不合格;(3)T3 溫度大于110.9 ℃時(shí),塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %,塔頂產(chǎn)品不合格;(4)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,T3 溫度在108.5 ℃~110.5 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

      3.5 P1 指示在36 kPa~37kPa 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      P1 指示在36 kPa~37 kPa 時(shí),T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系(見(jiàn)圖6)。

      圖6 T3 溫度與塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)系

      P1 指示在36 kPa~37 kPa 時(shí),從趨勢(shì)圖可得出以下結(jié)論:(1)T3 溫度在109.1 ℃~111.5 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格;(2)T3 溫度低于109.1 ℃時(shí),塔釜苯乙烯純度小于99.7 %,純度不合格;(3)T3 溫度大于111.5 ℃時(shí),塔頂產(chǎn)品中苯乙烯純度大于0.5 %,塔頂產(chǎn)品不合格;(4)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量,P1 指示在35 kPa~36 kPa 時(shí),T3 溫度在109.1 ℃~111.5 ℃時(shí),粗苯乙烯塔頂、塔釜產(chǎn)品質(zhì)量均合格。

      4 結(jié)論

      通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)分析,得出:

      (1)真空度在33 kPa~34 kPa 下,溫度操作范圍為107 ℃~108.5 ℃。

      (2)真空度在34 kPa~35 kPa 下,溫度操作范圍為108 ℃~109.5 ℃。

      (3)真空度在35 kPa~36 kPa 下,溫度操作范圍為108.5 ℃~110.5 ℃。

      (4)真空度在36 kPa~37 kPa 下,溫度操作范圍為109.1 ℃~111.5 ℃。在此工藝條件下,到達(dá)塔頂、塔釜的產(chǎn)品質(zhì)量均合格,同時(shí)保證了系統(tǒng)工藝的平穩(wěn)運(yùn)行,取得了良好的效果。

      [1] 蘭州石化合成橡膠廠.6 萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置操作規(guī)程[S].2009.

      [2] 劉淑梅,等.乙苯/苯乙烯精餾塔在線模擬與優(yōu)化操作系統(tǒng)優(yōu)化[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào),1999,(3):85-86.

      [3] 李楠楠,韓言青,黃國(guó)強(qiáng),陳寧,許力強(qiáng),李鑫鋼.苯乙烯精餾技術(shù)中的問(wèn)題及解決途徑[C].2005 年全國(guó)塔器及塔內(nèi)件技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集,2005.

      [4] 于美紅,叢林,宋守剛,郭東榮.苯乙烯工藝技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2010,(10):90-91.

      [5] 張彩麗.6 萬(wàn)噸/年苯乙烯裝置技術(shù)改造分析[J].石化技術(shù),1999,(4):13-17.

      [6] Clough D E,Ramirez W F. Mathematical modeling andoptimization of the dehydrogenation of ethylbenzene to form styrene[G].A I ChE J,1976,22(6):375-378.

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