烯烴分離裝置精制汽提塔瓶頸問(wèn)題及措施

摘 要：介紹了神華榆林烯烴裝置工藝流程情況，敘述了汽提原理以及精制汽提塔系統(tǒng)的工藝流程，分析了精制汽提系統(tǒng)在開(kāi)工后遇到的一些典型問(wèn)題，并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：烯烴分離；汽提；問(wèn)題；原因與對(duì)策

目前，世界上的煤制烯烴項(xiàng)目中的系統(tǒng)分離技術(shù)主要有美國(guó)魯姆斯公司（Lummus），，凱洛格布朗洛特公司（KBR），惠生工程（中國(guó)）有限公司（WISON），中石化洛陽(yáng)石化工程公司（Lpec），美國(guó)環(huán)球油品公司（UOP）等公司研發(fā)的專利技術(shù)。根據(jù)MTO裝置生產(chǎn)的原料氣特點(diǎn)和組成分布，從項(xiàng)目建設(shè)，生產(chǎn)操作和能耗等方面綜合考慮，大多專利公司選擇了前脫丙烷，后加氫和丙烷洗回收乙烯的技術(shù)。UOP開(kāi)發(fā)了前脫乙烷，后加氫和變壓吸附回收乙烯的技術(shù)。自MTO來(lái)的原料氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)增壓后進(jìn)行分離，分別得到聚合級(jí)乙烯，聚合級(jí)丙烯，混合碳四，混合碳五，丙烷和燃料氣等產(chǎn)品。丙烯制冷系統(tǒng)提供低溫冷劑[1]。

1 烯烴分離裝置介紹

神華榆林能源化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱“榆林公司”）烯烴分離裝置采用美國(guó)KBR專利技術(shù)，由KBR進(jìn)行工藝包設(shè)計(jì)，中石化上海工程公司進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)工程設(shè)計(jì)。采用KBR前脫丙烷后加氫工藝技術(shù)。如圖1所示：上游裝置來(lái)的產(chǎn)品氣進(jìn)入烯烴分離裝置，首先經(jīng)過(guò)三段壓縮、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，進(jìn)入脫丙烷進(jìn)行分離。塔底物流送至脫丁烷塔，得到混合C4產(chǎn)品和C5產(chǎn)品。塔頂物流經(jīng)四段壓縮后冷凝，一部分送至脫甲烷塔，脫甲烷塔頂主要是甲烷氫，經(jīng)過(guò)升溫后送燃料氣管網(wǎng)；塔底物流送至脫乙烷塔進(jìn)行C2和C3分離，塔頂C2經(jīng)過(guò)乙炔加氫后進(jìn)入乙烯精餾塔，塔頂產(chǎn)品即為聚合級(jí)乙烯產(chǎn)品。塔底C3進(jìn)入丙烯精餾塔，塔頂產(chǎn)品是聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品。聚合級(jí)的乙烯和聚合級(jí)丙烯分別送至罐區(qū)。產(chǎn)品氣壓縮一般都與冷卻脫水結(jié)合進(jìn)行，即壓縮后的原料氣冷卻至常溫后將會(huì)析出一部分游離水與液烴，分離出游離水與液烴后的氣體再進(jìn)一步脫水與冷卻，從而減少脫水與制冷系統(tǒng)的負(fù)荷[2]。

2 精制汽提塔原理及流程概述

2.1精制汽提塔原理

汽提是一個(gè)物理過(guò)程，它采用一個(gè)氣體介質(zhì)破壞原氣液兩相平衡而建立一種新的氣液平衡狀態(tài)，使溶液中的某一組分由于分壓降低而解吸出來(lái)，從而達(dá)到分離物質(zhì)的目的。在本裝置中，乙烯丙烯等輕烴溶于烴類凝液中中達(dá)到氣液平衡，塔頂氣相中以輕烴為主，加入氣相汽提介質(zhì)PE馳放氣氣時(shí)，塔頂氣相中乙烯丙烯的分均均降低從而破壞了氣液平衡，乙烯丙烯物質(zhì)均向氣相擴(kuò)散，但因氣相中以輕烴為主，趨于建立一種新的平衡關(guān)系，故大量輕烴介質(zhì)向氣相中擴(kuò)散，從而達(dá)到氣液相分離目的。通過(guò)控制氣提介質(zhì)的量可以控制汽提程度塔釜溫度的選擇以保證塔釜釜液中C2餾分含量低于規(guī)定值為原則。但是，為避免塔釜和再沸器因聚合物生產(chǎn)而結(jié)垢嚴(yán)重，一般要求塔釜溫度不超過(guò)78℃[3]。

2.2精制汽提塔流程概述

如圖2所示：來(lái)自汽液分離罐的烴類冷凝液，在汽提塔進(jìn)料加熱器中被低壓蒸汽加熱至35攝氏度送往汽提塔。來(lái)自PE單元的馳放氣也在精制汽提塔中處理，以回收乙烯，丙烯以及大部分碳四產(chǎn)品。汽提塔將輕組分與塔釜的C5+烴類分離，塔頂汽提氣進(jìn)入壓縮機(jī)二段吸入，塔釜C5+組分送至脫丁烷塔處理。聚結(jié)器收集的水相，返回到二段吸入罐中。汽提塔塔底再沸器由急冷水加熱。再沸器和聚結(jié)器均設(shè)置為一開(kāi)一備。裝置在2014年開(kāi)工以后，精制汽提系統(tǒng)指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)值，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，制約著裝置負(fù)荷的提升。具體來(lái)說(shuō)，有一下幾個(gè)方面。

3 汽提塔運(yùn)行中常見(jiàn)問(wèn)題分析以及相應(yīng)措施

3.1 精制汽提塔進(jìn)料罐液位持續(xù)偏高

設(shè)計(jì)中，堿洗水洗塔塔頂氣相經(jīng)過(guò)塔頂冷卻器冷卻到10℃，進(jìn)入堿洗塔頂凝液罐V430，V430設(shè)有油水分離器，在凝液罐中冷卻下來(lái)的水分通過(guò)LV4044送往產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段吸入罐，最后通過(guò)泵送往界外，而烴類凝液則通過(guò)LV4042作為進(jìn)料進(jìn)入精制汽提塔。實(shí)際操作中，當(dāng)堿洗塔頂冷卻器溫度控制在10℃的時(shí)候，V430罐液位迅速上漲，出現(xiàn)滿量程的情況，排出儀表原因后，通過(guò)全開(kāi)LV4042跨線，也不能緩解這一現(xiàn)象。

原因分析：

3.1.1堿洗水洗塔頂冷卻器溫度過(guò)低

堿洗塔頂冷卻器溫度TC4024對(duì)于凝液罐是非常重要的參數(shù)，溫度升高，水份乙烯丙烯碳四碳五等烴類冷凝量變小，未冷凝的水份進(jìn)入脫水系統(tǒng)，直接加重了脫水系統(tǒng)的負(fù)荷，嚴(yán)重情況下，會(huì)發(fā)生水份穿透干燥器床層現(xiàn)象，導(dǎo)致水份進(jìn)入后續(xù)低溫系統(tǒng)，發(fā)生凍塔等現(xiàn)象。溫度降低，水份乙烯丙烯碳四碳五等烴類冷凝量變大，雖然脫水系統(tǒng)負(fù)荷降低，但是大量烴類冷凝，導(dǎo)致凝液罐液位過(guò)高，精制汽提塔負(fù)荷過(guò)大。

措施：在保證脫水系統(tǒng)脫水能力的情況下，逐漸提高堿洗塔塔頂冷卻器的溫度。操作中發(fā)現(xiàn)，冷卻器溫度從10℃提高到11℃后，水份及烴類冷凝量變少，凝液罐液位逐漸下降，達(dá)到了汽提塔的處理能力。

3.1.2汽提塔系統(tǒng)和壓縮機(jī)系統(tǒng)之間循環(huán)量過(guò)大

流程中，凝液罐液相烴類經(jīng)過(guò)進(jìn)料加熱器E410蒸汽加熱后，乙烯丙烯等烴類被汽提，汽提塔塔頂氣相進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮機(jī)的二段吸入罐進(jìn)行再次壓縮，壓縮后進(jìn)入堿洗水洗塔，然后再次冷卻，冷卻后再進(jìn)入精制汽提塔，如此反復(fù)循環(huán)。當(dāng)精制汽提塔進(jìn)料溫度TC4025過(guò)高后，提高了汽提效果，乙烯丙烯以及部分重組分汽提氣量變大，本來(lái)應(yīng)該進(jìn)入塔底外送的物料進(jìn)入塔頂，循環(huán)量加大，間接導(dǎo)致凝液罐液位高。

措施：逐漸降低精制汽提塔進(jìn)料溫度TC4025，操作中發(fā)現(xiàn)，溫度從37℃度降低至35 ℃后，塔底外送量加大，進(jìn)料凝液罐液位逐漸下降達(dá)到了汽提塔的處理能力。

3.1.3產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段排出溫度過(guò)高

產(chǎn)品氣在經(jīng)過(guò)三段排出冷卻器冷卻后，進(jìn)入堿洗水洗塔，堿洗水洗后，進(jìn)入塔頂冷卻器冷卻。所以三段排出冷卻器后的溫度，關(guān)系到產(chǎn)品氣在排出罐V405中冷凝量的大小。溫度升高高，冷凝量小，部分未冷凝下來(lái)的烴類進(jìn)入堿洗水洗塔，經(jīng)過(guò)冷卻后進(jìn)入精制汽提塔，間接加重了汽提塔的負(fù)荷。溫度降低，部分碳四碳五等重組分在此處冷凝，間接減少了精制汽提塔的進(jìn)料量，從而降低了凝液罐V430的液位。

措施：穩(wěn)定循環(huán)水溫度，將三段排出冷卻器冷卻溫度控制在35℃-36℃之間，使得部分重?zé)N在此處冷凝，減少V430罐的冷凝量，間接降低精制汽提塔的進(jìn)料量。

3.2精制汽提塔塔壓過(guò)高

設(shè)計(jì)中，精制汽提塔的操作壓力0.17MPa（G），實(shí)際操作中達(dá)到了0.23MPa（G） ，有時(shí)壓力短時(shí)間內(nèi)會(huì)上漲至0.25MPa（G），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值。由于汽提塔塔頂氣相進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮機(jī)二段吸入罐，所以汽提塔塔壓實(shí)際由壓縮機(jī)二段壓力決定。在此段流程中，只有倆道閘閥還有一個(gè)止逆閥，經(jīng)排查，與管道閥門等設(shè)備因素?zé)o關(guān)。

原因分析：

3.2.1精制汽提塔凝液以及馳放氣進(jìn)料量過(guò)大

設(shè)計(jì)中，汽提塔凝液進(jìn)料量為4.2t/h，實(shí)際操作中，凝液進(jìn)料量達(dá)到了10 t/；h以上，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)量，超過(guò)汽提塔的處理能力。同時(shí)，塔底PE馳放氣設(shè)計(jì)為1.1 t/h，實(shí)際操作中達(dá)到了2 t/h，在提高汽提能力的同時(shí)，部分重?zé)N被汽提至塔頂從而提高了操作壓力。

措施：由于塔壓直接由壓縮機(jī)二段吸入壓力決定，實(shí)際只能通過(guò)降低汽提塔的進(jìn)料量來(lái)間接降低塔壓。通過(guò)降低三段排出冷卻器冷卻溫度以及提高堿洗水洗塔塔頂冷卻器溫度，減少烴類在V430罐的冷凝量來(lái)間接控制塔壓，實(shí)際發(fā)現(xiàn)效果并不明顯。

3.2.2精制汽提塔凍塔堵塞。

操作中發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽提塔進(jìn)料溫度長(zhǎng)時(shí)間低于35℃或汽提塔靈敏板溫度低于10℃的時(shí)候，塔釜液位迅速降低，同時(shí)塔釜外送量減少，塔壓差降低等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析，汽提塔進(jìn)料中大部分為乙烯丙烯碳四碳五等烴類，同時(shí)還還有微量水份，當(dāng)進(jìn)料經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥TC4025后輕烴節(jié)流，物料溫度壓力降低，當(dāng)?shù)陀谝欢囟群?，水份結(jié)冰累積，逐漸堵塞填料，導(dǎo)致物料下降受阻，塔釜液位下降，烴類在塔上部存留，導(dǎo)致塔壓快速上漲，發(fā)生凍塔現(xiàn)象。

措施：發(fā)生凍塔現(xiàn)象后，通過(guò)短時(shí)間提高進(jìn)料溫度TC4025至40℃以上，同時(shí)短時(shí)間提高靈敏板溫度，對(duì)塔進(jìn)行解凍，當(dāng)塔壓差升高，塔釜液位快速上漲同時(shí)塔壓降低說(shuō)明塔堵塞問(wèn)題已解決，可以恢復(fù)到正常操作狀態(tài)。

3.3精制汽提塔淹塔

原因分析：

3.3.1精制汽提塔塔釜泵設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行不符。

精制汽提塔塔釜泵P402設(shè)計(jì)泵送量為1.5t/h，泵送介質(zhì)為碳五。實(shí)際操作中達(dá)6 t/h，且實(shí)際介質(zhì)為碳四碳五以及少量碳三，泵實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)不想符合。當(dāng)泵入口溫度超過(guò)35℃或者泵入口碳三含量過(guò)多時(shí)，泵容易發(fā)生氣蝕，現(xiàn)場(chǎng)泵體振動(dòng)大，出口壓力低，泵外送不正常，導(dǎo)致塔釜液位過(guò)高。

措施：監(jiān)測(cè)汽提塔靈敏板溫度大于10℃，防止溫度降低碳三在塔釜累積造成泵氣蝕不上量。

3.3.2 再沸器熱負(fù)荷不足

汽提塔再沸器加熱介質(zhì)為MTO來(lái)的急冷水，由于催化劑跑損嚴(yán)重?fù)Q熱器堵塞加快，加上汽提塔進(jìn)料量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，再沸器熱負(fù)荷達(dá)不到進(jìn)料要求，當(dāng)再沸能力不足引起靈敏板溫度降低的時(shí)候也會(huì)發(fā)生淹塔現(xiàn)象。

措施：MTO加強(qiáng)監(jiān)測(cè)防止催化劑大量跑損至急冷水系統(tǒng)，同時(shí)急冷水系統(tǒng)注入分散劑，降低催化劑在設(shè)備中的結(jié)塊率，提高設(shè)備換熱效果。

3.3.3 PE馳放氣中斷

PE馳放氣作為汽提氣，主要介質(zhì)為乙烯，當(dāng)PE停車引起馳放氣中斷時(shí)，汽提效果變差，乙烯丙烯落入塔釜，造成泵氣蝕不上量，發(fā)生淹塔現(xiàn)象。同時(shí)馳放氣中斷，一臺(tái)再沸器的熱負(fù)荷不足以滿足汽提塔的處理能力。

措施：PE馳放氣中斷時(shí)，逐漸提高靈敏板板溫度至35℃左右，防止溫度上漲過(guò)快或過(guò)高引起泵氣蝕不上量。此外，當(dāng)一臺(tái)再沸器能力不足時(shí)，可投用備用臺(tái)或提高急冷水溫度來(lái)保證塔汽提量。

3.4精制汽提塔塔壓差顯示情況

對(duì)于一般塔而言，當(dāng)塔發(fā)生淹塔現(xiàn)象后，塔壓差變大至逐漸超量程。而此裝置精制汽提塔在操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽提塔塔釜液位逐漸升高，發(fā)生淹塔現(xiàn)象時(shí)，塔壓差逐漸變小，當(dāng)超過(guò)上引壓管時(shí)，壓差為零。運(yùn)行初期，經(jīng)常造成操作人員判斷失誤。

檢查發(fā)現(xiàn)，差壓計(jì)PDT4061為毛細(xì)管式差壓計(jì)，所測(cè)量介質(zhì)為氣相。相比帶導(dǎo)壓管式差壓計(jì)，其壓力測(cè)量受熱脹冷縮影響嚴(yán)重，當(dāng)發(fā)生淹塔現(xiàn)象時(shí)，塔釜液體沒(méi)過(guò)PDT4061下測(cè)量點(diǎn)，造成下測(cè)量點(diǎn)的壓力降低，而上測(cè)量點(diǎn)為氣相，其壓力未發(fā)生變化，最終造成淹塔時(shí)差壓計(jì)PDT4061顯示逐漸降低。

3.5其他問(wèn)題

由于汽提塔實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)出入較大，導(dǎo)致汽提塔操作參數(shù)與設(shè)計(jì)差別較大，汽提系統(tǒng)中管道設(shè)備的振動(dòng)噪音明顯高于其他系統(tǒng)，以及塔釜外送介質(zhì)發(fā)生明顯變化，在線儀表AI4002無(wú)法投用，對(duì)脫丁烷塔的影響等等都是由于與設(shè)計(jì)差別較大引起的。

4結(jié)束語(yǔ)

凝液汽提塔的設(shè)置在降低干燥器以及脫丙烷塔系統(tǒng)負(fù)荷的同時(shí)，增加了段間循環(huán)量，提高了產(chǎn)品氣壓縮機(jī)及制冷壓縮機(jī)的功耗。產(chǎn)品氣的分布以及汽提塔設(shè)計(jì)的好壞直接影響到裝置的日常操作，同時(shí)還將影響其他塔系統(tǒng)的操作甚至產(chǎn)品的質(zhì)量。這就要求我們?cè)谘b置的原始設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算時(shí)，要做到認(rèn)真，精確，防止出現(xiàn)實(shí)際與設(shè)計(jì)大幅偏離的情況。此外，還需提高操作人員的水平，遇到問(wèn)題能認(rèn)真分析，尋找癥結(jié)，方可快速有效解決問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011.

[3]王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行[M].北京：中國(guó)石化出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：

高志榮，出生年月：1990.5.19，性別：男，民族：漢，籍貫（陜西神木），當(dāng)前職務(wù)：主操，當(dāng)前職稱： 助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：生產(chǎn)技術(shù)與管理.