影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因和解決對策分析

賈南

【摘 要】丙烯是一項重要的化工原料，廣泛應用與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，具有其他原料不可替代的作用與價值，是諸多重要有機化工原料、合成產(chǎn)品及精細化學品的生產(chǎn)原料。近年來，全球丙烯消費量大幅度提升，提升丙烯的生產(chǎn)效率已經(jīng)成為化工企業(yè)面對的核心問題。基于此，本文分析了影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因，得出提升丙烯生產(chǎn)力的解決對策。促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】氣體分餾裝置;丙烯收率;原因和解決對策

在全球丙烯的消費量逐年增長的背景下，丙烯的生產(chǎn)能力的增長速率遠不及消費水平，從而造成了丙烯供求關(guān)系的矛盾日益加劇，全球三分之一以上的丙烯都由煉油廠氣體分餾裝置對催化裂化液化氣的分離制造而成。當前，氣體分餾裝置丙烯收率保持在 97%左右，提升丙烯總收率成為提升氣體分餾單元技術(shù)提升與經(jīng)濟收益提升的重要因素。為了降低在制作過程中丙烯損失，提高裝置創(chuàng)造的經(jīng)濟效益，世界各國都積極開展優(yōu)化氣體分餾裝置調(diào)的相關(guān)工作，經(jīng)過不斷的嘗試單個裝置的操作達到了優(yōu)化的效果，丙烯收率能夠提升到98%左右。本文應用 PRO Ⅱ軟件對某煉油廠氣體分餾裝置進行分析探討，通過對脫乙烷塔、丙烯塔進行優(yōu)化設(shè)計，提高丙烯收率。

一、流程概述

該項裝置全面應用三塔流程，具體的進料方式為泡點法。具體為：當脫丙烷塔頂汽相全面降溫之后，就此進入到塔頂?shù)幕亓鞴拗畠?nèi)。在該項過程中，部分冷凝液通過脫丙烷塔頂回流泵內(nèi)。剩下的部分全面經(jīng)由乙烷塔進料泵轉(zhuǎn)到脫乙烷塔之內(nèi)。在此之后，脫乙烷塔頂汽相通過部分冷處理以后，重新回流到脫乙烷塔的回流罐之內(nèi)，在此過程中，非凝結(jié)乙烷氣體會傳送到相關(guān)催化設(shè)備之內(nèi)。在這種情況下，已經(jīng)形成的冷凝液通過脫乙烷塔的回流泵實現(xiàn)回流，且丙烷餾分自壓以及處于脫乙烷塔底部的丙烯會自動進入到丙烯塔內(nèi)部，其塔頂通過降溫冷卻處理之后，會重新進入到丙烯塔頂回流罐之內(nèi)。冷凝液的主要成分為濃度99.00%以上的高純度丙烯。簡而言之，在此過程內(nèi)，部分丙烯冷卻后被送出裝置設(shè)備，另外一部分則被回流處理。

二、提升氣體裝置丙烯收率的方法

針對三塔流程，設(shè)計脫丙烷塔釜液、脫乙烷塔頂氣相和丙烯精餾塔釜液的夾帶三個不同的氣體分餾裝置丙烯損失路徑。眾所周知，脫乙烷塔頂氣相和丙烯塔釜液夾帶是丙烯損失的主要路徑，前者能夠占據(jù)丙烯損失總量的24%，后者能夠占丙烯損失總量的76%，而脫丙烷塔釜產(chǎn)品的丙烯只占總損失的0.67%。由此可見，要想提高裝置丙烯收率最為主要的路徑就是降低脫乙烷塔頂氣相和丙烯塔釜液中丙烯含量[1]。

（一）脫乙烷塔模擬優(yōu)化與分析

1、設(shè)計壓力

與塔頂設(shè)計壓力對塔頂氣相中丙烯濃度的影響計算有所不同，溫度、壓力和氣液相是一個氣 - 液兩相平衡系統(tǒng)的重要因素，各因素的組成存在一一對應關(guān)系，壓力高低與組分間相對揮發(fā)度呈正比，在壓力低的情況下，分離的溫度就越低，塔的能耗也會隨之而變低。若提高塔的設(shè)計壓力，則相對揮發(fā)度則會降低，分離溫度也會隨之提升，能耗也會有所提升。實施降低設(shè)計壓力操作，塔頂冷凝器與塔釜再沸器熱負荷便會發(fā)生降低變化。同時，設(shè)計壓力降低使物系平衡溫度下降，為了將塔頂溫度保持在一定的范圍內(nèi)，只需將塔頂?shù)牟糠种亟M分從中釋放，使丙烯損失大幅度提升。在設(shè)計壓力不斷升高的操作下，能耗也會逐漸提升，對丙烯的收率的影響也會逐漸減退，設(shè)計壓力從 2.65MPa 升至 2.7MPa，脫乙烷塔頂丙烯流量減少了 0.145kmol/h，而設(shè)計壓力從 3.1MPa 升至3.2MPa，脫乙烷塔頂丙烯流量只減少了 0.06kmol/h，可見要控制好設(shè)計壓力不可超出過高，控制在3.2MPa 較為適宜[2]。

2.塔頂回流溫度

在降低塔頂回流溫度時發(fā)現(xiàn)塔頂氣相中丙烯含量也會隨之降低;經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，回流溫度高低與塔頂被冷凝的重組分有直接影響，二者呈反向關(guān)系，塔底重沸器負荷也會發(fā)生變化?？紤]到脫乙烷塔頂冷凝器運行過程中需要用冷水進行循環(huán)處理。夏季高溫天氣，難以將溫度控制在40℃以下，因此塔頂回流的最佳溫度為 40℃。

3.理論板書及回流溫度

在回流溫度發(fā)生變化時，塔頂丙烯含量受氣的影響變化，要明顯高于理論板數(shù)?；亓鳒囟缺３忠恢碌那闆r下，為進一步提升傳質(zhì)效果對塔板數(shù)增加，并對塔頂物流中丙烯濃度降低的作用表現(xiàn)的并不明顯，在增加40塊理論板數(shù)后，若持續(xù)增加理論板數(shù)，則對減少塔頂氣相中丙烯含量發(fā)揮的作用并不明顯，若保持相同的40塊理論板的條件下，將回流溫度下降15℃控制在30℃。則塔頂丙烯含量會降低一半，但不易實現(xiàn)過低的回流溫度。綜合不同設(shè)計壓力、塔頂回流溫度及理論板的結(jié)果，綜合各項因素，脫乙烷塔設(shè)計條件壓力、塔頂回流溫度及理論板數(shù)分別為 3.2MPa、40℃、40 塊理論板較為合理。

（二）丙烯塔模擬優(yōu)化與分析

丙烯分

離效率與脫乙烷塔受丙烯塔設(shè)計壓力、塔頂回流溫度及理論板數(shù)的影響完全一致。本文針對以上不同條件對丙烯分離效率的影響做出分析與探究。得出結(jié)論塔釜產(chǎn)品是丙烯塔中丙烯損失的唯一路徑。因此，在確保丙烯產(chǎn)品質(zhì)量達到規(guī)定要求的情況下，降低塔釜產(chǎn)品中丙烯的濃度，丙烯的收率越就會隨之提升，但會造成回流比增大。在塔底丙烯產(chǎn)品含量降低的情況下，丙烯塔回流比、丙烯收率、塔頂冷凝器和塔底重沸器的熱負荷就會隨之變大，但塔頂冷凝器和塔底重沸器的熱負荷水平也會隨之提升，而丙烯收率增加幅度會隨之降低，分界點為1.0mol%，將塔底產(chǎn)品丙烯含量控制在 1.0mol% 最為合適[3]。

結(jié)束語

綜上所述，由于隨著世界對丙烯需求的逐年提升，有必要探究提升氣體分餾裝置丙烯收率的方法。為此，本文通過分析不同設(shè)計壓力、塔頂回流溫度及理論板數(shù)的模擬結(jié)果，并且考慮了綜合耗能、設(shè)備投資等因素，總結(jié)出提升丙烯收率的方法。得出塔底產(chǎn)品是丙烯塔丙烯損失的唯一途徑的結(jié)論，對收率與耗能進行綜合考慮，最終確定丙烯塔底產(chǎn)品中丙烯含量為1.0mol%，進而提升此套裝置的丙烯總收率。

參考文獻：

[1]潘登. 氣體分餾裝置丙烯損失的原因分析及對策[J]. 中國化工貿(mào)易，2018，10（022）：246，248.

[2]宋紅燕，白永濤. 影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因和解決措施[J]. 石油煉制與化工（8期）：35-39.

[3]宋紅燕，白永濤. 影響氣體分餾裝置丙烯收率的原因和解決措施[J]. 石油煉制與化工，2016，47（8）：35-39.

（作者單位：撫順石化公司石油二廠烷基化車間）