气体分馏装置降低丙烯含水的探讨

(中国石化河南油田分公司南阳石蜡精细化工厂，河南南阳 473132)

南阳石蜡精细化工厂气体分馏装置原设计能力为年处理量8万t，由于我厂原料液化气量不足，目前装置实际处理量为3.5万t/a，年产丙烯1.0万t左右。装置的产品除丙烯以外，另有丙烷溶剂、混合液化气，丙烯是装置的主要产品，为聚丙烯生产提供原料。作为聚合生产的原料，除对丙烯纯度有很高要求以外(体积分数要求不小于99%)，对丙烯中水的含量也有很高的要求。生产实践表明，若丙烯中水含量偏高，对聚丙烯装置聚合反应有很大影响，不仅增加了催化剂和活化剂的加入量，使“三剂”消耗和水电能耗增加，反应也不稳定，并且单釜产量和聚丙烯质量都受到影响，严重时还对装置的安全生产带来隐患。因此，应严格控制和降低丙烯含水量。

1 降低水含量的探索

由于我们厂丙烯含水高，在聚丙烯装置开工生产时，我们走过很多弯路。为降低开工初期含水，我们用热氮吹扫系统，但系统容量太大，存水难以完全消除;丙烯含水高，多次更换吸附干燥系统填料，也难以达到预期效果;吸附干燥系统循环精制以求降低丙烯含水，造成了聚合生产投料无法连续进行。在降低丙烯含水方面，以上措施在实践中对丙烯含水都没有明显效果。

前几年由于脱乙烷塔停用，造成聚合反应无法进行，并且发现，此时生产的丙烯需要经过多次循环精制才能发生聚合反应，经过多次查找原因，最终确认是脱乙烷塔停用，从而造成丙烯的溶解水无法脱出;同时，在脱乙烷塔运行期间，丙烯夏季含水比冬季含水量高，给后续工艺生产带来很大困难也是一个重要原因;再有就是气体分馏装置开工后两周内聚合反应难以进行，丙烯必须经过循环精制后才能发生反应，由于循环精制延长了干燥时间，影响了聚丙烯的正常生产程序。如何让现有气体分馏装置丙烯产品含水量降至500×10－6以下，是我们近年一直在探讨并努力解决的问题。

2 丙烯含水高的原因

2.1 装置系统中残留水分

装置每次退料检修中，贯通吹扫介质均为蒸汽，虽然也用氮气反复吹扫，低点多次放空，但系统的存水还是很多，特别是塔盘上面、管线死角遗留的较多，从开工初期脱水状况看，各塔顶回流罐每两个小时都需要脱一次水，并且水量相对较多，说明仅吹扫不能彻底带走系统存水。管线及设备吹扫过程中残留的水分是开工初期丙烯含水高的一个重要原因。

2.2 原料含有溶解水

液化气在脱硫过程中多次与水充分混合，造成液化气中溶解有一定量的水，由于水在液化气中的溶解度随温度的升高而增大，因此环境温度越高，液化气中溶解的水越多，这也是夏季粗丙烯含水比冬季高的主要原因。由于水在丙烯中的溶解度比在液化气中的其他组分，包括丙烷、异丁烷、异丁烯、正丁烯、顺－2－丁烯、反－2－丁烯等组分高得多，这样会使丙烯的含水量偏高。

3 降低丙烯含水量采取的措施

丙烯聚合前，要进入精制系统进行脱水处理，经固碱塔、氧化铝脱水塔、分子筛脱水塔进行脱水，将丙烯水含量降到工艺要求数值，否则对聚合生产不利，严重时聚合反应无法进行。但如果气分装置生产的粗丙烯含水偏高，通过一次精制，无法将丙烯含水量降低到聚合工艺要求的范围内，因此采取措施从气分装置入手，控制粗丙烯含水是根本。

3.1 加强装置开工初期脱水

装置检修完毕氮气试压过程中，对所有容器、管线的低点放空排凝，排出的气体不夹带肉眼可以检测出的水汽为止;各塔进料初期，塔底再沸器放空阀暂不加盲板，间断脱水，直到两次间隔4 h脱不出明水为止;各塔顶回流罐加强脱水，严格控制水包界位，防止水在系统内循环。

3.2 增加开工返炼线

为了解决开工初期明水含水高的问题，2011年，在丙烯出装置线上新增加一条去罐区的跨线，使开工初期的含水高的丙烯经过冷却、沉降、脱水，与原料混合后再次进行返炼，从而达到有效降低丙烯含水过高的目的。实践证明，经过三天的混合返炼，丙烯产品可以控制到1 000×10－6以下。

3.3 利用脱乙烷塔切去回流罐中的离析水

近几年来，在降低丙烯含水的探讨中，通过一系列技术摸索，为改善脱乙烷塔的操作提供了有利条件。在精馏过程中，脱乙烷塔对降低丙烯含水量起着重要作用。各塔回流罐中的离析水以脱乙烷塔的回流罐为最多，脱丙烷塔回流罐次之，精丙烯塔回流罐最少。这主要是因为在装置精馏过程中，脱乙烷塔采用全回流，水分从塔顶蒸出后经过冷却，水在烃类中的溶解度降低，溶解的水被大部分析出，然后含水低的C2－C3组分又作为回流打入塔上部，继续携带更多的水分，馏出后再经过冷却又离析出部分水，经过反复循环，离析出大量的水。当稳定回流量、提高塔顶温度、增加水冷器循环水量，从而深冷塔顶流出液时会离析出更多的水，从而降低产品的含水量。

2011年，为了有效降低丙烯含水量，确保后续生产需要，在生产部的指导下，我们进行了脱乙烷塔降丙烯含水实验，在保证塔顶温度不变的情况下，尽量提高塔顶水冷器的冷却效果，进一步减低水冷器出口馏出液温度，加大水冷器进出口温差。同时采用固定的较大回流量，加大塔顶与回流之间的温差，使回流罐有更多的水沉降下来。通过实验表明，丙烯含水与温差有密切关系，但与操作压力的影响不大。改善脱乙烷塔操作条件后，在开工后2～3周的时间，就可以使丙烯含水量由大于1 000×10－6降至200×10－6～500 ×10－6。根据测定数据，实施温差控制后，丙烯含水量呈下降趋势，并随温差的加大而下降。表1为装置在2011年5～9月温差和含水量的变化。

表1 温差对含水量的影响

3.4 合理安排罐容，增加丙烯沉降脱水时间

丙烯进入罐区后，为了满足生产连续平稳，需要进行缓冲沉降，由于自然冷却，丙烯在降到常温状态时，丙烯中残留的溶解水也会脱出去一部分成为明水，从而为降低丙烯含水创造了条件。为了有效脱出冷却后丙烯中的明水，我们利用装置所属的丙烯罐区，对丙烯各罐的沉降时间合理安排，错开使用，使每罐丙烯都保证一定的沉降时间，使丙烯的温度充分降下来，同时对脱水包析出的微量明水及时脱出。实践证明，每罐丙烯沉降时间不少于3天，可以有效降低丙烯含水的20%左右。

4 结论

通过改善脱乙烷塔操作参数，大量冷凝出溶解水;通过罐区合理安排，保证冷却时间，达到降温后沉降出溶解水，均可以有效降低丙烯含水。特别是对于气体分馏系统脱乙烷塔塔顶回流温度可以调节的装置，均可以通过改善脱乙烷塔操作条件，即采用加大脱乙烷塔塔顶与回流之间温差的方法来脱除液态烃中的溶解水，从而降低丙烯含水量。通过上述措施的实施，我们厂气分装置的丙烯含水稳定控制到了500×10－6以下，冬季达 300 ×10－6以下。如果有条件采用液氨或其他深度冷却介质进一步增大回流温差，可以直接把丙烯含水降低到100×10－6以下，在达到气体分离的同时，利用气分装置可以直接生产出聚合级丙烯。