大庆石化乙烯装置脱丙烷系统优化运行分析

刘先国

(大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163714)

一、概述

大庆石化公司E2乙烯装置于1999年投产，2004年7月通过技术改造，乙烯产能从18万吨/年提高到27万吨/年。E2乙烯装置压缩分离部分采用的是前脱丙烷前加氢工艺。其中脱丙烷系统主要进行了如下改造：增加了高压脱丙烷塔精馏段塔板的开孔面积、塔顶新增四块塔板(使高压脱丙烷塔由原来的35块塔盘增加至39块塔盘)、增加提馏段塔盘的开孔面积和降液管的直径。高压脱丙烷塔的回流改在第39块板上部注入(原来在35块板注入)，低压塔返高压塔的一股回流仍在第35块板上进入。

二、工艺流程简介

从裂解炉出口来的裂解气经过压缩机前三段压缩，进入碱洗塔、干燥器后，经过高压塔进料冷却器EH-1650冷却到-9℃后进入高压脱丙烷塔。高压脱丙烷塔塔顶气相进入压缩机四段，经四段压缩后进入前加氢反应器ER1605进行加氢除炔，脱除乙炔的裂解气经过一系列的冷凝器(丙烯制冷系统提供冷量)冷凝后进入高压塔回流罐EV-1641，一部分液相作为高压塔的回流，另一部分液相进入脱甲烷系统，气相进入前冷分离氢气和甲烷；高压塔塔釜液相进入低压脱丙烷塔ET-1611，进一步分离出C3组分。低压塔塔顶气相经冷凝后进入回流罐EV-1640，其中一部分液相作为低压塔的回流，另一部分返回到高压塔。下图中实线部分为设计的工艺流程：

图 工艺流程图

三、运行存在的问题及原因分析

E2乙烯装置在2004年7月扩建结束后，装置负荷基本维持在20～24万吨/年乙烯下运行。在这种负荷下，双塔脱丙烷系统表现出以下的问题：

1、高压脱丙烷塔精馏效果不好，塔顶温度波动较大，常常高于设计温度。原设计温度-27℃，实际在-22℃左右；这导致塔顶气相中超过设计指标的C4或C5被带入加氢反应器ER1605中，影响催化剂的活性。

2、裂解气压缩机四段吸入量(即高压塔塔顶气相量)明显超过在在设计负荷下的吸入量，导致裂解气压缩机的负荷增加，四段吸入压力高，前三段憋压。

针对表现出来的问题，分析原因如下：

1、高压脱丙烷塔是板式塔，改造时通过增加高压脱丙烷塔塔板的开孔面积和降液管尺寸，增加了塔板的处理能力，虽然保证了该塔在没有大的改动前提下，处理能力提高了近15%，但在一定程度上降低了塔的操作弹性，使塔在低负荷下的效率明显下降[1]。

2、在没有改造前，低压塔回流罐EV-1640返高压塔的回流是与高压塔回流罐EV-1641回流汇合在一起进入高压塔的第35块板，此时混合后的温度大约为-42℃，能够满足高压塔回流的需要；在改造后，EV-1641返高压塔的回流在第39块板上注入，而EV-1640罐返高压塔的回流仍进入高压塔的第35块板，此股回流的组成99.9%为C3组分，完全满足在35块板作为回流的组分需要。此股回流在节流后的温度约为6～8℃，而高压塔35块板的设计温度为-25℃,由于两股物流的温差较大，这股回流进入此块塔板后，与该板上的液相形成暴沸，破坏了塔在正常状况下的温度和组成分布[2]，这也影响了高压塔精馏效果。

3.裂解气压缩机四段吸入量(即高压塔塔顶气相量)在22万吨/年乙烯的负荷下，设计吸入量为69t/h，而实际为73t/h，超出设计值4t/h。将裂解气压缩机防喘线手阀关闭后，吸入量没有变化，确认不是返回线泄漏所致。同时，也一一排除了工艺系统向四段返回的可能性。因此分析认为，这是某些组分在此不断循环的结果。

表 对比高压脱丙烷塔实际运行数据与设计数据

通过与设计数据的对比分析认为：实际操作中控制进入EV-1641的工艺物流的温度过低，在3.4～3.6Mpa的压力下，将导致较多的C2组分和甲烷组分被冷凝下来。

表 分析此时组成与设计组成对比

在通过调节阀节流到1.2Mpa后，大部分C2和甲烷组分转变为气相直接进入压缩机四段。这一方面导致高压塔塔压力高，四段吸入量大，使压缩机各段负荷不匹配，影响了裂解气压缩机的效率；另一方面由于这部分不必要的组分循环，增加了丙烯机的负荷；同时，节流后过低的回流温度导致过冷效应，对塔板的分离效果反而有一定的影响。

另外，在3.4～3.6Mpa的压力下，进入EV-1641的工艺物流的温度宜保持在-24～-28℃左右为宜，此时也有一部分C2和甲烷组分被冷凝下来，通过组分的节流作用[3]，EV-1641回流到高压塔的工艺物流的温度可以降到-40℃以下，这已经完全可以满足高压塔分离的需要。

四、运行优化措施

1、EV-1640返高压塔的回流不再进入高压塔的第35块板，而是改为进入进料冷却器EH-1605前。这种方案将导致高压塔进料组分的变化，同时将增加装置的能耗，在负荷高的时候更加不利；(工艺流程简图中虚线所示)。

2、与EV-1641返高压塔的回流混在一起，进入高压塔的第39块板。这种方案将导致高压塔塔顶的C4组分较设计值偏高，但仍在可以允许的范围内；(工艺流程简图中虚线所示)。

3、在负荷相对较低的情况下，重新分配了高/低压塔的负荷分配，在高压塔塔釜温度允许的情况下，尽量提高高压塔的釜温，使更多的C3在高压脱丙烷塔被分离出来，减少低压脱丙烷塔的负荷，相应地减少了低压塔回流罐EV-1640返高压塔的量。这是一种临时采用的办法，是以牺牲高压脱丙烷塔塔釜加热器的运行周期和C4产量为代价的。

4、EV-1640底部加设去往老区装置C3液相加氢反应器的管线，此股物流不再去往高压脱丙烷塔，而是直接加氢后进入丙烯塔。低压脱丙烷塔塔顶气相组分中99.9%为C3组分，因此这种方案是可行的，彻底解决新区脱丙烷系统存在问题的同时，也在一定程度上降低了裂解装置的能耗。(工艺流程简图中虚线所示)。

五、结论

1、在前脱丙烷前加氢工艺流程的双塔脱丙烷系统中，低压脱丙烷塔返高压脱丙烷塔的回流在根据组分选择合适的进料位置的同时，还应该考虑到物料温度的影响，避免温差过大，形成暴沸影响精馏效果。

2、在前脱丙烷前加氢工艺流程的双塔脱丙烷系统中，在资金允许的条件下，尽量设置C3液相加氢系统，虽然一次投资费用高一些，但从长远看来，这对装置的平稳生产和降低装置的能耗都有积极的作用。

3、高压脱丙烷塔的回流罐温度不宜控制过低。经过节流降压后，回流到高压塔的物流温度保持在-40℃以下，有效回流组分维持在一定的浓度即可。避免不必要组分的循环，增加裂解气压缩机和丙烯机的负荷。

[1]王松汉，乙烯装置技术与运行[M]．北京：中国石化出版社，2003.

[2]李作政，乙烯生产与管理[M]．北京：中国石化出版社，1992.

[3]陈滨，乙烯工学[M]．北京：化学工业出版社，1997.