粗苯乙烯塔工藝條件研究

袁 宏，王 海

（中國石油蘭州石化公司合成橡膠廠，甘肅蘭州 730060）

本裝置于1960 年建成投產，經改造后生產能力達到6.0 萬t/a。通過烷基化反應、烷基轉移反應、乙苯脫氫、乙苯精餾、苯乙烯精餾，完成苯乙烯生產制造過程[1]。本文針對苯乙烯精餾過程中，粗苯乙烯塔工藝操作困難，對系統運行影響較大，研究粗苯乙烯塔各工藝條件，尋找粗苯乙烯塔工藝操作的最優條件，指導生產。

1 原理分析及問題

1.1 粗苯乙烯塔工藝簡介

1.1.1 粗苯乙烯塔工藝原理 粗苯乙烯塔操作真空為32 kPa～36 kPa（絕壓）。粗苯乙烯加料（重關鍵組分苯乙烯濃度54%～62%，輕關鍵組分乙苯濃度為40%～38%）通過加料口加入塔中[2]。乙苯和苯乙烯易形成二元共沸物，當乙苯由液相變為氣相時，苯乙烯也會出現部分汽化形成后向上氣流。上升的氣體在塔頂冷凝器冷凝后，經補冷器的冷卻，通過回流泵打回流進入塔內，經每層填料分布器的均勻分布后在填料層上形成向下的液體流股。這樣在填料層上上升氣體和下降的液體經逆向多級接觸，并在相平衡關系的約束下，使得易揮發組分（乙苯、甲苯、苯）不斷從液相往氣相中轉移，而難揮發組分（苯乙烯及更重組分）由氣相向液相中遷移，最終達到上升的氣體中苯乙烯含量越來越少，下降的液體中苯乙烯含量越來越多，最終塔頂、塔釜得到合格的產品[3-7]。

1.1.2 粗苯乙烯塔工藝流程 粗苯乙烯經粗苯乙烯塔的第四層填料上方加入塔內。塔頂餾分經塔頂冷凝器冷凝，再經補冷器冷卻后，不凝氣經進尾冷卻器后進一步冷卻，進入真空泵，從真空泵出口高位排空。冷凝物料依靠位差自流進入回流槽，通過回流泵一路回流，另一路作為塔頂產品送出系統。塔釜物料經釜液泵分兩路：一路塔釜循環，另一路作為塔釜采出送出。塔釜再沸器以0.32 MPa 蒸汽作為加熱介質，為塔釜物料提高熱量，蒸汽凝液排至精餾單元蒸汽凝液系統[1]。

流程簡圖（見圖1）。

1.2 問題的提出

粗苯乙烯塔在操作時，粗苯乙烯塔頂、塔釜質量主要依據T4 和T5 的溫差來判斷。判定依據為：溫差在1.3 ℃～1.5 ℃時，苯乙烯純度為99.3 %～99.5 %，溫差為1.5 ℃～1.7 ℃時，苯乙烯純度為99.5 %～99.7 %，溫差為1.8 ℃～2 ℃時，純度為99.8 %～99.9 %，同時塔頂回收乙苯中苯乙烯含量合格（小于0.5 %）；溫差大于2.0 時純度在99.9 %以上，依據以上規律可以將苯乙烯產品的純度精確在0.1 %。

圖2 預測純度和實際分析純度偏差趨勢圖

目前在苯乙烯精餾系統操作過程中，產品質量波動較大。2010 年1 月統計數據規律預測值和實際分析純度偏差趨勢圖（見圖2）。

從對比數據和偏差趨勢圖來看：依據T4 和T5 的溫差來判斷塔釜苯乙烯純度的規律已經無法指導生產，生產結果與判斷值偏差較大，產品質量波動大。為了保證粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量合格，必須重新尋找粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量的工藝控制條件。

2 粗苯乙烯塔質量控制依據的理論分析

2.1 溫度分布分析

從精餾塔各溫度分布點變化來看，由于受加料量、加料組成變化等影響因素影響，加料口填料層上下組分變化較大[3]，因此加料口下方的溫度T3 變化比較明顯，控制好T3 溫度不僅可以控制好塔頂、塔釜產品的質量，也可以對精餾塔因外界因素影響造成的工藝波動提前預判并做出及時調整，保證粗苯乙烯塔的穩定運行。

2.2 實驗方法

粗苯乙烯塔運行過程中，因塔頂真空度受加料負荷、環境溫度、加料組成等因素影響而不斷的變化，因此必須考慮真空度的變化對各測溫點的影響[4]。所以在實驗測試過程中要在每組記錄中記錄以下變量：塔頂真空P1、靈敏板溫度（T3）、塔頂產品苯乙烯含量、塔釜產品苯乙烯含量。通過對以上數據對分析，找出真空度、塔頂產品、塔釜產品質量、靈敏板溫度之間的關系，確定最佳工藝控制條件。

3 數據分析

3.1 采集數據說明

為了尋找最佳工藝控制條件，采集了2 月粗苯乙烯塔頂真空、靈敏板溫度、塔頂產品、塔釜產品質量的數據。

3.2 P1 指示在33 kPa～34 kPa 試驗數據分析

P1 指示在33 kPa～34 kPa 時，T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量（見圖3）。

圖3 T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量折線圖

P1 指示在33 kPa～34 kPa 時，從趨勢圖可得出以下結論：（1）T3 溫度在106.7 ℃～108.7 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于106.7 ℃時，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于108.7 ℃時，塔頂產品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產品不合格；（4）為了保證產品質量，T3 溫度在107 ℃～108.5 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量均合格。

3.3 P1 指示在34 kPa～35 kPa 試驗數據分析

P1 指示在34 kPa～35 kPa 時，T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量關系（見圖4）。

P1 指示在34 kPa～35 kPa 時，從趨勢圖可得出以下結論：（1）T3 溫度在107.8 ℃～109.9 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于107.9 ℃時，塔釜苯乙烯純度小于99.7%，純度不合格；（3）P1 指示在34 kPa～35 kPa 時，塔頂產品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產品不合格；（4）為了保證產品質量，T3 溫度在108 ℃～109.5 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量均合格。

圖4 T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量管線圖

3.4 P1 指示在35 kPa～36 kPa 試驗數據分析

P1 指示在35 kPa～36 kPa 時，T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量關系（見圖5）。

圖5 T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量關系

P1 指示在35 kPa～36 kPa 時，從趨勢圖可得出以下結論：（1）T3 溫度在108.2 ℃～110.9 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于108.2 ℃時，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于110.9 ℃時，塔頂產品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產品不合格；（4）為了保證產品質量，T3 溫度在108.5 ℃～110.5 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量均合格。

3.5 P1 指示在36 kPa～37kPa 試驗數據分析

P1 指示在36 kPa～37 kPa 時，T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量關系（見圖6）。

圖6 T3 溫度與塔頂、塔釜產品質量關系

P1 指示在36 kPa～37 kPa 時，從趨勢圖可得出以下結論：（1）T3 溫度在109.1 ℃～111.5 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜均合格；（2）T3 溫度低于109.1 ℃時，塔釜苯乙烯純度小于99.7 %，純度不合格；（3）T3 溫度大于111.5 ℃時，塔頂產品中苯乙烯純度大于0.5 %，塔頂產品不合格；（4）為了保證產品質量，P1 指示在35 kPa～36 kPa 時，T3 溫度在109.1 ℃～111.5 ℃時，粗苯乙烯塔頂、塔釜產品質量均合格。

4 結論

通過生產過程中實驗數據的采集和數據分析，得出：

（1）真空度在33 kPa～34 kPa 下，溫度操作范圍為107 ℃～108.5 ℃。

（2）真空度在34 kPa～35 kPa 下，溫度操作范圍為108 ℃～109.5 ℃。

（3）真空度在35 kPa～36 kPa 下，溫度操作范圍為108.5 ℃～110.5 ℃。

（4）真空度在36 kPa～37 kPa 下，溫度操作范圍為109.1 ℃～111.5 ℃。在此工藝條件下，到達塔頂、塔釜的產品質量均合格，同時保證了系統工藝的平穩運行，取得了良好的效果。

［1］ 蘭州石化合成橡膠廠.6 萬噸/年苯乙烯裝置操作規程［S］.2009.

［2］ 劉淑梅，等.乙苯/苯乙烯精餾塔在線模擬與優化操作系統優化［J］.北京化工大學學報，1999，（3）：85-86.

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