三塔氣體分餾工藝流程研究

崔秋娟,雷 潔

(1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710302；2.陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西 延安 727406)

當(dāng)今世界，能源危機(jī)日益威脅人類生存和發(fā)展，因此石油化工仍然是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。化工生產(chǎn)中的基本原料，如丙烯、丙烷等，主要來自于液化石油氣的分餾過程[1-2]。液化石油氣原料中的C2及小于C2的烴類含量(體積分?jǐn)?shù))小于1%，C5及C5以上烴類的含量小于5%，液態(tài)烴中丙烯含量多在25%～40%[3]。粗丙烯主要來源于石油餾分蒸汽裂解生產(chǎn)的丙烯和煉廠丙烯[4]，由于原油價(jià)格較高、下游產(chǎn)品對(duì)丙烯的強(qiáng)有力需求，從而導(dǎo)致丙烯價(jià)格上升。本設(shè)計(jì)是以煉廠催化裂化裝置副產(chǎn)的液態(tài)烴為原料的氣體分餾裝置。

1 氣分三塔工藝流程

氣體分流裝置采用三塔工藝流程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)高純度的丙烯產(chǎn)品，該工藝是在五塔氣體分餾傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行的開發(fā)應(yīng)用。針對(duì)只要求丙烯產(chǎn)品的中小型煉油廠，能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益[5-6]。氣分三塔的工藝流程見圖1(略去泵等次要設(shè)備)。該流程主要包含脫丙烷塔(T-101)、脫乙烷塔(T-102)、丙烯精餾A塔(T-103A)、丙烯精餾B塔(T-103B)等設(shè)備。

1)脫丙烷塔工段流程

脫硫后的液化氣，經(jīng)進(jìn)料泵加壓后，通過預(yù)熱器換熱以泡點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)入脫丙烷塔(T-101)，塔頂壓力控制在 2.15 MPa(G)。塔頂蒸氣C2、C3餾分，經(jīng)冷凝器冷卻后進(jìn)入脫丙烷塔回流罐，冷凝液一部分經(jīng)回流泵加壓后送回塔頂作為回流，另一部分經(jīng)脫乙烷塔進(jìn)料泵加壓后送入脫乙烷塔(T-102)進(jìn)料口。脫丙烷塔(T-101)塔底采用重沸器加熱，塔底C4、C5餾分通過預(yù)熱器與脫硫后的液化氣進(jìn)料換熱后，作為汽油添加劑，去脫丙烷油產(chǎn)品儲(chǔ)罐。

2)脫乙烷塔工段流程

脫乙烷塔(T-102)塔頂壓力控制在 3.15 MPa(G)。塔頂蒸氣，經(jīng)塔頂冷凝器部分冷凝后，進(jìn)入脫乙烷塔回流罐；未冷凝的氣體，主要是C2和部分丙烯、丙烷組成的干氣，由回流罐上部經(jīng)壓控閥放至催化氣壓機(jī)出口回收(增加丙烯產(chǎn)品的收率)，亦可使干氣作為加熱爐的燃料返回?zé)拸S燃料氣管網(wǎng)。脫乙烷塔回流罐冷凝液，經(jīng)回流泵抽出后，送入塔頂作為回流。脫乙烷塔(T-102)塔底用重沸器加熱，塔底的丙烯、丙烷餾分自壓進(jìn)入丙烯精餾A塔(T-103A)。

圖1 氣分三塔工藝流程圖

3)丙烯精餾塔工段流程

由于丙烯塔的理論塔板數(shù)為89，故分為丙烯精餾A塔(T-103A)和丙烯精餾B塔(T-103B)，兩塔串聯(lián)操作。用PRO /Ⅱ化工流程模擬計(jì)算軟件模擬時(shí)，可認(rèn)為是一個(gè)精餾塔，塔頂壓力大約在 2.1 MPa(G)。丙烯精餾A塔(T-103A)塔頂不設(shè)冷凝器，物流進(jìn)入丙烯精餾B塔(T-103B)。B塔塔頂蒸氣進(jìn)入回流罐冷凝后，得到產(chǎn)品精丙烯。丙烯精餾B塔(T-103B)塔底不設(shè)重沸器，B塔塔底物流由回料泵加壓后送回A塔繼續(xù)精餾。丙烯精餾A塔(T-103A)塔底用重沸器加熱，塔底得到的主要產(chǎn)品為高純度的精丙烷。

2 原料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

依據(jù)氣分三塔工藝流程分餾裝置，生產(chǎn)精丙烯和丙烷產(chǎn)品。丙烯達(dá)到國標(biāo)優(yōu)級(jí)品(GB7716—87)的質(zhì)量指標(biāo)F1-J：丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%。丙烷達(dá)到國標(biāo)商品丙烷(GB9052．1—88)的質(zhì)量指標(biāo)，即丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%，以提高裝置經(jīng)濟(jì)效益。本次模擬計(jì)算選取國內(nèi)某煉廠催化裂化裝置經(jīng)過脫硫后液態(tài)烴為原料，其原料組成及物性見表1。

表1 氣分原料組成及物性

對(duì)整個(gè)氣體分餾三塔工藝運(yùn)用PRO /Ⅱ化工流程模擬計(jì)算軟件進(jìn)行優(yōu)化模擬，模擬后的三塔工藝全流程界面圖如圖2所示。

圖2 氣分三塔工藝全流程模擬圖

3 模擬結(jié)果

設(shè)計(jì)液化石油氣處理量為25萬t/a，年操作時(shí)長為 8 000 h，即以 31 250 kg/h 氣分進(jìn)料進(jìn)行模擬。分別得到純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為99.5%精丙烯和95%丙烷產(chǎn)品，并要求丙烯回收率不低于95%。優(yōu)化模擬后的物料計(jì)算結(jié)果見表2，各個(gè)塔的操作壓力、操作溫度、理論塔板數(shù)、進(jìn)料板位置等見表3。

表3 各塔主要操作參數(shù)模擬優(yōu)化值

4 結(jié)論

三塔工藝開發(fā)設(shè)計(jì)中，副產(chǎn)品干氣可作為加熱爐燃料，送入燃料氣管網(wǎng)，或者經(jīng)過壓控閥放至催化氣壓機(jī)出口回收丙烯，以提高丙烯的回收率；副產(chǎn)品脫丙烷油可作為汽油調(diào)合組分送出裝置。運(yùn)用PRO/II化工流程模擬計(jì)算軟件，對(duì)各個(gè)塔的操作壓力、理論板數(shù)、進(jìn)料板位置、回流比等參數(shù)進(jìn)行模擬和優(yōu)化，選取最優(yōu)值，并利用脫丙烷塔(T-101)塔底溫度較高的脫丙烷油與進(jìn)料的LPG換熱，使得冷、熱兩方面的能源消耗得以節(jié)約。三塔氣體工藝方案是五塔工藝流程的簡化，模擬數(shù)據(jù)表明，三塔氣體分餾裝置，一次性建設(shè)投資小，且產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、流程操作穩(wěn)定，具有可靠、較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，對(duì)只要求生產(chǎn)精丙烯產(chǎn)品的中小型煉油廠特別適用。