脫乙烷塔異常現象分析及對策

侯明剛

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江寧波 315000）

脫乙烷塔異常現象分析及對策

侯明剛

（中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江寧波 315000）

氣體分餾是精餾原理在煉油廠里應用最廣泛的裝置之一，在生產過程會遇到很多異常現象。本文從氣體分餾裝置技術特點出發，針對某石化100×104t/a氣體分餾裝置脫乙烷塔生產過程中出現的問題，運用LIMS數據和道爾頓分壓定律從工藝狀態變化的角度進行分析，并提出有效的解決辦法，提高分離效率。

精餾原理；現象；脫乙烷塔；工藝狀態

氣體分餾裝置是煉油向化工過渡的關鍵裝置，上游的液化氣經過氣分裝置，將液化氣分離成重要的化工原料，如丙烯，丙烯主要用于生產聚丙烯、丙烯腈、丁/辛醇、環氧丙烷、丙烯酸、苯酚/丙酮等。因此保證氣分裝置的平穩運行，產出合格的產品對下游化工產鏈生產有重要的意義。據了解，國內較多新建氣體分餾裝置在生產中都遇到了碳二組分多影響丙烯質量的問題，本文根據大榭石化氣體分餾裝置生產工況的實際情況出發，對脫乙烷塔出現的問題展開分析，總結經驗，希望為國內同類裝置能更好的做到安、穩、長、滿、優運行提供點滴參考。

1 裝置簡介

某石化有限公司100萬噸/年氣體分餾裝置是重蠟油裂解制烯烴項目新建15套工藝裝置中的一套，本裝置按三塔流程設計，其由脫丙烷塔、脫乙烷塔、兩臺精丙烯塔及相應其他設備組成，與催化裂解（DCC）深度熱聯合。該裝置的原料為220×104t/a重油催化裂解所產液化氣經脫硫、脫硫醇后的精制液化氣，所生產的丙烯純度≥99.6%（mol）的精丙烯作為下游將建的聚丙烯裝置的原料，混合碳四餾分作為下游15萬噸/年MTBE裝置的原料，部分碳四餾分回到DCC回煉，丙烷送入罐區，不凝氣排至DCC回收，或排到燃料氣管網[1]。

脫乙烷塔采用了57層高效浮閥塔板，該塔是全回流的精餾塔，塔頂不出產產品，塔頂氣相冷凝后全部作為回流返回塔內。塔底的主要產品是丙烯、丙烷的混合物，對于C2組分含量有嚴格要求，其操作的穩定性直接影響丙烯質量和裝置的穩定性。

2 主要問題

2016年6月，某石化氣體分餾裝置實現一次開車成功。7月下旬，連續幾天時間丙烯純度不合格，低于產品質量要求的99.6%，無法達到公司對丙烯產品要求，而丙烯不合格的原因有丙烯中丙烷組分超標，丙烯中碳二組分超標，經化驗LIMS結果和脫乙烷塔工況分析，這次是因為碳二大量積聚在脫乙烷塔攜帶至丙烯塔所致（見圖1）。脫乙烷塔C2在大量積聚不及時排出造成壓力波動，不僅使脫乙烷塔工況紊亂，影響丙烯純度，而且對設備安全來說也是一個巨大的隱患。

3 現象分析

氣體分餾裝置帶大量C2組分，最明顯變化的是脫乙烷塔的塔頂溫度降低，冷后溫度低，回流罐液位大幅度下降，頂壓上升，整個塔工況紊亂，精丙烯塔不穩定，丙烯純度下降，下面從溫度差和壓差角度分析。

3.1 脫乙烷塔頂底溫度差變化分析

按相平衡原理，塔頂與塔底溫度的改變將引起操作壓力和塔頂、塔底產品組成的變化，從而影響物料平衡及汽液平衡。如果壓力和組成不變，溫度就不會改變。如果塔壓穩定在規定指標上，溫度和組成就是相互制約的，溫度變化就反映了組成的變化。當脫乙烷塔內輕組分增多，其各塔盤溫度會相應降低，頂底溫差增大（見圖 2）[2]。

圖1 丙烯純度與丙烯中C2對比

圖2 脫乙烷塔頂底溫度趨勢

對于T-102的工況，如果僅根據頂溫或者壓力來判斷，無法得出一個全面的結果。精餾塔的操作需要結合多個參數來綜合判斷。當壓力變化不大時，溫度的變化反應的是產品的組成。可以根據T-102塔底溫度（TI-00503）、塔頂溫度（TI-00511）差 ΔT來粗略判斷塔底C2脫除的效果。ΔT=塔底溫度-塔頂溫度。

由圖3數據可見：（1）當22日08：00以后，脫乙烷塔T-102的塔頂塔底溫度差ΔT超過8℃并逐步上升；（2）于24日04：00達到最大24.2℃以后溫度差ΔT開始下降；（3）于24日20：00以后下降至8℃以下。同時，由丙烯中的 C2含量趨勢圖可見：（1）22日08：00以后丙烯產品中C2含量快速上升；（2）24日20：00以后丙烯產品中C2達到最大后快速下降。

通過以上可知：（1）當T-102塔頂塔底溫差ΔT超過8℃以上并繼續上升時，脫乙烷塔底C3中攜帶C2，丙烯產品中的C2含量會隨之大幅度攀升；（2）當T-102塔頂塔底溫差ΔT下降至8℃及以下時，脫乙烷塔底C3中基本不攜帶C2，丙烯產品中的C2開始下降。

圖3 脫乙烷塔頂底溫度差變化

圖4 脫乙烷塔頂底溫度差和壓力差趨勢對比

3.2 脫乙烷塔頂底壓差變化分析

脫乙烷塔頂的大部分都是C3組分，C2只是占一小部分，由道爾頓分壓定律，混合氣體中任一組分的分壓等于該組分的物質的量分數與總壓的乘積，由于C2和C3在相同溫度下飽和蒸汽壓相差很大，查閱相關資料可知，50℃下乙烷的飽和蒸汽壓為7.0MPa，而丙烯的飽和蒸汽壓為1.8MPa[3]，可知當脫乙烷塔C2含量增多，對脫乙烷塔頂壓力影響很大，塔壓會迅速上漲。

塔的壓差直觀反應塔盤的平衡相態，或塔盤上液面的厚度，通過壓差來分析，脫乙烷塔帶C2后塔頂底溫度差和壓差對比（見圖4）。

由圖4可知當塔內C2組分增多，壓差和溫差同時增大，C2組分減少，壓差和溫差同時減小，可知正常操作下脫乙烷塔各層塔盤C2含量的組分變化是影響壓力和溫度變化的根本原因，而溫度變化比壓力變化更顯著。

4 對策

4.1 安裝在線分析儀

丙烯產品的化驗LIMS結果顯示C2含量大幅上升時，丙烯塔內已經富集大量C2，此時再調整很有可能已經影響了丙烯產品質量，利用脫乙烷塔溫度差顯著的變化來判斷丙烯塔是否帶C2并提前調整工藝，建議在中控DCS氣分脫乙烷塔界面添加溫差參數，或檢修期間加丙烯在線分析儀，為提前優化工藝操作提供指導。

4.2 優化操作思路

當氣分原料液化氣中C2含量較高時，聯系上游裝置穩定其操作，減少碳二攜帶量，應該提高脫乙烷塔的底溫，以此來降低脫乙烷塔頂中C2的分壓，并加大塔頂不凝氣的外排量，這樣才能控制好脫乙烷塔頂的壓力，并降低塔底組分中C2的含量。若排不及，可以在氣分進料罐，脫丙烷回流罐以及丙烯塔回流罐頂大量排碳二組分。

以下是脫乙烷塔具體應對方法：（1）塔頂壓力高，冷后溫度低，通常帶C2，則開閥排放不凝氣，同時加大塔底加熱量以排出塔底C2；（2）塔頂壓力高，冷后溫度高，則開大循環水降溫：如果冷后溫度可以降低，待壓力穩定后再根據工況判斷；如果冷后溫度不能降低，為熱量過剩需要減小塔底加熱量；塔頂壓力低，冷后溫度高，為塔頂不凝氣排放過量，關閉排不凝氣閥；塔頂壓力低，冷后溫度低，加大塔底熱源，待工況穩定后再判斷。

5 結語

（1）經過一系有針對性的措施，某石化氣體分餾裝置很好的解決了生產過程丙烯產品純度低的問題，并能保持產品質量長期合格，實現穩定生產，滿足了公司對的丙烯質量的要求，增加了裝置效益。

（2）實際生產中，控制進料中的碳二組分含量是關鍵，需根據氣分脫乙烷塔頂底溫度差以及丙烯產品的化驗分析數據，及時調整氣分裝置工藝操作。

（3）氣體分餾裝置的運行初期是各項操作參數不斷調整優化的過程，需要以設計數據作為生產的指導，但不能盲目依賴設計數據，應根據實際生產的情況，采取相應對策，以達到裝置平穩高效運行的目標。

［1]王葆華，楊果，李樹清，等.寧波100萬噸/年氣體分餾裝置技術規程［G］.2015.

［2]LIMS數據采集［G］.寧波：公司中心化驗室，2016.

［3]丁玉興.化工原理［M］.北京：化學工業出版社，2007.

Analysis of deethanizer's abnormity and countermeasures

HOUminggang
（CNOOC Ningbo Daxie Petrochemical Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315000，China）

Gas fractionation is distillation principle in one of the most widely used device in refinery,in the production process will encounter a lot of abnormal phenomenon.This article embarks from the gas fractionation equipment technical characteristics.Aiming at the petrochemical 1 million tons/year appeared in the process of gas fractionation unit deethanizer production problems,using the LIMS data and partial pressure of Dalton's law is analyzed from the angle of process state changes,and effective solutions were put forward to improve the separation efficiency.

distillation principle；phenomenon；deethanizer；process state

TE962

A

1673-5285（2017）09-0142-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.09.035

2017－08-11

侯明剛，男（1989-），助理工程師，畢業于中國石油大學（華東）化學工程與工藝專業，主要從事石油化工生產工作，郵箱：1049329749@qq.com。