丙烯装置操作优化与节能

赵俊云

山东泰特尔新材料科技有限公司 山东东营 257091

本公司丙烯装置于2006 年2 月初建成，年加工量10 万吨。随着原料紧缺，公司外购的原料组成和作为设计依据的原料组成偏差较大，C2 等不凝气及其它组分偏多，导致实际产出的丙烯比设计纯度降低。为改变这种状况，本人带领团队对丙烯装置的操作参数进行了重新核算，针对不同原料情况、不同原因采用不同措施进行优化，取得了较好效果。

1 原料组份的对比优化

丙烯装置由催化裂化生产的裂解气经过三次精馏后最终在精丙烯塔顶得到高纯度的工业丙烯。原设计中的丙烯原料组成与实际生产中的丙烯原料组成有所不同，丙烯原料组分中乙烷乙烯含量增加0．52%，丙烷含量下降了1．25%，而丙烯含量却下降了8．15%，合计碳三组分摩尔百分含量合计下降9．40%，而碳四以上的烷烃含量增加3．03 个百分点，碳四以上的烯烃组分含量增加5．85 个百分点，合计碳四以上的烷烃烯烃组分摩尔百分含量增加8．88%，由此可以看出丙烯装置的原料摩尔质量变重，装置原料性质变化是：碳二等轻组分变多，碳三组分变少，碳四碳五组分变多，整体单位质量变重，在物料性质发生变化的情况下原设计院给出的设计操作温度、压力、回流比与实际操作参数就产生了偏差。例如设计院依据设计时物料组成给出T201 的操作压力是2．10MPa，塔底温度是108℃，T201 精馏塔的用途是将物料组分中的乙烷、乙烯、丙烷、丙烯等C2、C3 从塔顶精馏出来，而C4、C5 及硫化氢等分子质量大的组分从塔底馏出。而物料性质变化后，物料中C2、C3 等物料组分变少，在精馏塔内分离时所需的热量就变小，致使塔底重沸器在加热升温时，所需的温度就不需要像设计时的温度那样高，因此说设计温度高于最佳的理论操作温度，需要降低塔底操作温度，实际装置操作中的最佳温度是105±3℃；T201 的理论设计温度高于了最佳操作温度，造成更多的C4、C5 组分蒸到塔顶组分当中，为了塔顶馏出组分合格，就需要增大回流量将塔顶温度降得更低，方可将过多的C4、C5 组分压回塔底，这样就导致塔顶回流量大于最佳理论回流量；在塔底温度过高、塔顶回流量增大情况下，整塔的负荷上升，塔顶塔底的压降增大，造成塔顶压力高于最佳理论值，需要更多的塔底能量，浪费了蒸汽[1]。T202、T203 的情况也与之类似，由于组分的变化、加工量的变化，实际最佳操作温度也与设计院给出的理论值产生较大偏差。此外，装置根据市场情况的变化及要求，丙烯纯度由99．6%降为99．2%，这对我们降低能耗、提高装置效益进一步拓宽了优化操作的空间，因此实际操作进一步优化的潜力很大[2]。

2 计算适宜回流比，优化操作

当市场要求变化时，我们首先在T203（丙烯精馏塔）顶馏出产品上开始进行调整，我们依据从“回流量——→塔顶温度——→塔顶压力——→塔底温度”的思路来逐个进行计算，再进行实际操作的调整，先进行T203—→到T202——→再到T201，从后到前不相互影响的顺序进行。

2.1 优化回流，提高丙烯产量

根据原料液化气中各组分的含量和相对挥发度，利用化工分离来核算回流量、操作压力和操作温度。按照多组分精馏计算方法，对于丙烯精馏塔，采用Kirkbride 经验公式计算软件，并绘制成了粗略估算丙烯精馏塔（塔盘数为160-170 层）回流量的C-R 曲线从丙烯纯度与回流比的计算结果可以看出，当丙烯纯度由99．6%下降到99．2%时，回流比可由14 下降到11，则回流量也可降低20%。当丙烯加工量为3．9 吨/小时时，设计回流量为31．3 吨/小时，这样可计算的回流量为25 吨/小时，当加工量为4t/h-4．5t/h 时考虑到设计时给定的各参数都有余量，从实际运行中也发现，在低于设计回流量20%的情况下，丙烯装置仍可生产纯度为99．6%的精丙烯。因此在实际操作运行中把该值作为操作上限进行了一系列的调整。从实验调整开始，我们对丙烯装置的各塔的低温、顶温、顶压及回流量参数进行了实验研究，在保持丙烯精馏塔塔底温度和塔顶压力相对平稳的情况下，共进行了四种加工量（4 吨/小时-4．5吨/小时）下的12 种方案（回流量从23．33 吨/小时调整到28 吨/小时）的试验，每种方案进行6-10 天，共持续了近4 个月（为保证数据准确可靠，对操作有较大波动的数据都进行了筛选）。

实验证明：①在这几个优化方案下操作，丙烯装置整体物料收率相对较高，各精馏塔的操作也相对平稳，同时也可以看出：加工量（在12t/h-13．5t/h 之间）越大，丙烯产量也越高，但当加工量超过13．5t/h 时，由于脱乙烷塔塔底挡板高，丙烯精馏塔进料控制阀量程小以及塔顶冷却器效果差等原因，操作平稳率会急剧下降，反而影响丙烯收率；②随着回流量的减少（70t/h-84t/h）产品液化气中丙烯含量有所下降，说明丙烯拔出率有所增加，但随着回流量的减小，丙烯纯度对蒸汽波动更加敏感，会造成丙烯纯度下降，反而会影响丙烯产量和质量。

在实际操作中，这些方案只能作为参考，因为对于这样一个对分离精度要求如此高的精馏塔来说，抗干扰能力相对较弱，任何大的干扰如外界气温、原料中的乙烷乙烯含量、丙烯含量、丙烷含量等都会直接影响各精馏系统的平稳操作，影响到操作参数的选取和丙烯的产量，甚至化验分析数据的间断性也制约着各个参数的准确性和可信度，所以以上数据还有待进一步摸索证实，不过从整体调整思路来看，本次对丙烯装置操作参数的优化对丙烯产品质量和装置平稳运行是非常必要的，且是可行的。

2.2 回流与节能

从能耗角度考虑，各精馏塔的温度、压力、回流量的降低能显著降低装置能耗。而操作压力降低能增大原料组分的相对挥发度，反过来能进一步促使回流比的降低，有利于组分的分离[3]。适当提高各精馏塔进料温度，可减少物料热损失，减少塔底热源蒸汽用量。计算表明，丙烯装置各精馏塔回流量每降低1 吨，加热能耗负荷可降低80-100KW；降低操作温度能增大传热温差，提高热源利用率，减少热源用量。我收集了从2013 年8 月份至2016 年12 月份装置摸索回流量期间的能耗数据进行分析论证，在上述12 种方案下，对丙烯装置丙烯精馏塔的温度、压力、能耗进行了比较，得出以下结论：

（1）回流量越小，操作压力越低，分离所需要的温度也越低，能耗也越低；

（2）回流每降低10 吨，塔压可降低0．1-0．2MPa，能耗可减少1 个单位；

（3）在可控范围内，进料温度提高，塔底热源能耗降低；

（4）在满足要求的情况下，将脱乙烷塔塔底热源蒸汽改用凝结水，充分利用凝结水的潜热，减少热损失；

回流量在一定范围内调整时，顶底温差基本保持不变，说明塔内丙烯分布变化不大，优化后的参数仍能满足产品要求。从收率和能耗两个方面综合考虑，在保证产品质量合格，装置平稳运行的情况下，能耗最低的为最佳。

经过对丙烯装置各精馏塔操作的深度优化和理论结合实践证明，在保证各产品质量和各精馏塔系统平稳操作的前提下，刨除统计数据期间的非正常开停工状态和因其他特殊外界因素的影响，丙烯装置的平均丙烯产量由调整前的87．61 吨/天，调整后增加到91．51 吨/天，增产3．90 吨/天（平均）；而装置能耗也由原来的平均70．1kgEO/t（原料），下降为68．3kgEO/t（原料），下降了近2 个单位，比设计的91kgEO/t（原料）下降了22．7 个单位，节能降耗效果非常显著。

3 结语

生产实践证明，通过对丙烯装置各精馏塔操作参数进行分析并实验优化，不仅使丙烯产量由每天87．61 吨增加到了91．51 吨，而且装置能耗也由70．1kgEO/t 降到了68．3kgEO/t，将丙烯装置的能耗降低至最佳状态，提高装置的操作平稳率，这给具有同类情况的装置提供了可参考的经验。