一種高低壓脫丙烷塔改造方案

趙唯 辛江 吳德娟 劉驍

摘 ?????要：以某順序流程乙烯裝置中高低壓脫丙烷系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了原設(shè)計(jì)雙塔耦合操作困難的原因。同時(shí)由于此系統(tǒng)進(jìn)料組成和流量發(fā)生變化，給出一種改造方案，以解決進(jìn)料組分改變和原系統(tǒng)操作難度大的問(wèn)題。最終的改造方案對(duì)原系統(tǒng)改動(dòng)量少，投資較小，也使操作會(huì)變得相對(duì)容易。

關(guān) ?鍵 ?詞：乙烯裝置;高低壓脫丙烷塔;改造

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ 221 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）08-1862-04

Abstract： Taking the high and low pressure depropanizer system in an ethylene unit as the research object， reasons for the difficult operation of the original system were analyzed. A solution was put forward based on the change of feed composition and flow to solve the difficulty in the operation. The final optimization scheme needs less transformation to the original system and less investment， and it can make the system operation more easy.Key words： Ethylene plant; High and low pressure depropanizer; Optimization

在采用順序流程的乙烯裝置中，丁二烯等不飽和烴在脫丙烷塔中含量較高，在正常的操作條件下，緩慢進(jìn)行熱聚合和自由基聚合反應(yīng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成塔釜聚合堵塞[1]。設(shè)置高、低壓脫丙烷塔兩個(gè)塔，其主要目的是為了降低脫丙烷塔塔釜溫度，減少丁二烯聚合[2]。現(xiàn)某乙烯裝置由于原料變化而進(jìn)行改造，現(xiàn)場(chǎng)反映原高、低壓脫丙烷塔雙塔存在內(nèi)循環(huán)量大，高壓脫丙烷塔塔釜容易結(jié)焦聚合，低壓脫丙烷塔存在塔釜易夾帶碳三組分等問(wèn)題，操作難度大。此次改造，由于進(jìn)料量增加，組分發(fā)生變化，使這些問(wèn)題變得更加惡化，影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。文章分析了產(chǎn)生該問(wèn)題的原因，并結(jié)合原料變化提出改造方案。

1 ?原設(shè)計(jì)流程說(shuō)明

原設(shè)計(jì)流程如圖1所示。來(lái)自脫乙烷塔和第二預(yù)切割塔塔釜的物料進(jìn)入高壓脫丙烷塔，塔頂?shù)奶既M分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，進(jìn)入回流罐，罐中的液相一部分經(jīng)回流泵加壓后作為回流返回塔，另一部分經(jīng)碳三加氫反應(yīng)器進(jìn)料泵加壓后送至下游系統(tǒng)[3，4]。

為減少蒸汽用量，該塔設(shè)有中間再沸器，熱源為急冷水。為了減少結(jié)焦，嚴(yán)格控制高壓脫丙烷塔的塔釜溫度。含有少量碳三的塔釜液相經(jīng)與低壓脫丙烷塔塔頂物料換熱后作為回流進(jìn)入低壓脫丙烷塔。

高壓凝液汽提塔塔釜物料作為低壓脫丙烷塔另一股進(jìn)料，進(jìn)入低壓脫丙烷塔。塔頂?shù)奶既M分經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，進(jìn)入低壓脫丙烷塔回流罐，罐中液相不作為本塔回流，也不作為產(chǎn)品采出。液相經(jīng)低壓脫丙烷塔回流泵加壓后，并與高壓脫丙烷塔底物料換熱后進(jìn)入高壓脫丙烷塔。低壓塔的冷凝器相當(dāng)于串聯(lián)雙塔的中間冷凝器。低壓脫丙烷塔的塔釜控制溫度為82 ℃，塔釜物流送至下游作為脫丁烷塔的進(jìn)料。

2 ?問(wèn)題分析

2.1 ?原設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

由于原設(shè)計(jì)高、低壓兩個(gè)脫丙烷塔完全耦合操作，低壓塔塔頂冷凝液不采出任何物料，全部回到高壓塔下部作為進(jìn)料，導(dǎo)致高壓塔下部和低壓塔上部循環(huán)量大，也使高壓塔下部丁二烯絕對(duì)流量大，造成高壓塔下部結(jié)焦嚴(yán)重，同時(shí)，高壓塔塔釜與低壓塔回流罐的液位常常出現(xiàn)高高報(bào)警，低壓塔的塔壓差經(jīng)常增高。這勢(shì)必造成分離效果差，碳三組分被帶入到脫丁烷塔進(jìn)入碳四產(chǎn)品的現(xiàn)象發(fā)生，使產(chǎn)品純度低，丙烯損失率高[5]。

2.2 ?改造帶來(lái)的問(wèn)題

本次改造乙烯裝置原料發(fā)生變化后，高低壓脫丙烷塔還需加工來(lái)自外部的碳三以上組分，暫以原設(shè)計(jì)流程為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，原料變化前后高低壓脫丙烷塔進(jìn)料情況見(jiàn)表1和表2。

從表1和表2可以看出，以摩爾流量為依據(jù)，來(lái)自脫乙烷的原料增加了32.6%，高壓凝液汽提塔物料和增加的外部碳三比原高壓凝液汽提塔增加了88.8%，整個(gè)系統(tǒng)總進(jìn)料增加了49%。若仍采用原流程，塔的處理能力顯然無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3 ?改造方案

3.1 ?改造過(guò)程

為解決上述存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)設(shè)法減少塔中段的物料處理量，初步將藕合操作的雙脫丙烷塔改為獨(dú)立運(yùn)行的雙塔流程，改造過(guò)程如下。

（1）根據(jù)進(jìn)料組分特點(diǎn)，重新切割碳三組分在高壓脫丙烷塔頂和塔釜的比例，確保塔釜溫度在要求范圍內(nèi)，同時(shí)精確調(diào)整了兩個(gè)塔釜的操作溫度，高壓塔塔釜溫度由原設(shè)計(jì)的84 ℃降低到82 ℃，低壓塔塔釜溫度由原設(shè)計(jì)的82.5 ℃降低到81.5 ℃。

（2）高壓脫丙烷塔底液相由低壓脫丙烷塔頂回流冷卻改為用冷卻水冷卻，與高壓凝液汽提塔底液匯合進(jìn)入低壓脫丙烷塔。

（3）低壓脫丙烷塔回流罐中碳三產(chǎn)品一部分作為低壓塔的回流，一部分經(jīng)回流泵增壓后進(jìn)入高壓脫丙烷塔回流罐，與高壓塔的碳三產(chǎn)品混合采出。

3.2 ?改造后的流程

改造方案如圖2所示。

3.3 ?改造后的塔負(fù)荷

改造后的系統(tǒng)減少了兩塔之間的內(nèi)循環(huán)，高壓塔塔釜的丁二烯組分流量從原設(shè)計(jì)的10 250 kg/h減少到了2 436 kg/h，降低了塔釜溫度，減少了塔釜丁二烯聚合結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)，減少內(nèi)循環(huán)也會(huì)簡(jiǎn)化實(shí)際操作。

由于進(jìn)料變化，仍需核算整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備能否滿(mǎn)足現(xiàn)有工況的要求。

（1）如表3所示，雖然低壓塔有新的進(jìn)料，但是經(jīng)過(guò)計(jì)算改造后高低壓塔的冷凝再沸負(fù)荷普遍減小或者與原設(shè)計(jì)持平，經(jīng)逐臺(tái)換熱器核算，原有換熱器均滿(mǎn)足新工況要求，無(wú)需改造。

（2）經(jīng)核算，高壓脫丙烷塔回流泵和低壓脫丙烷塔回流泵也滿(mǎn)足新工況的要求。

（3）兩個(gè)塔的尺寸基本滿(mǎn)足新工況的要求，經(jīng)過(guò)塔內(nèi)件廠(chǎng)家的核算需要更換內(nèi)件，以滿(mǎn)足新工況的要求。

（4）低壓脫丙烷塔塔頂冷凝器的冷劑由18 ℃丙烯冷劑更換為0 ℃丙烯冷劑，會(huì)造成丙烯壓縮機(jī)各段流量變化，增加丙烯機(jī)的負(fù)荷。經(jīng)核算，由于丙烯機(jī)的設(shè)計(jì)有一定余量，增加的丙烯機(jī)負(fù)荷在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

如表4所示，由于原設(shè)計(jì)部分設(shè)備的設(shè)計(jì)余量較大，經(jīng)全系統(tǒng)核算，僅需更換塔內(nèi)件即可滿(mǎn)足改造要求。另需更換新增部分管道，總體來(lái)說(shuō)，改動(dòng)量較小。

4 ?結(jié) 論

文章提供一種改造方案，來(lái)解決采用順序流程工藝的乙烯裝置中，高低壓脫丙烷塔進(jìn)料變化和原雙塔耦合操作復(fù)雜的問(wèn)題。通過(guò)詳細(xì)的設(shè)備核算后，此方法僅更換了兩塔的內(nèi)件，更換了低壓脫丙烷塔冷凝器冷源，新增部分管道，便適應(yīng)了近50%的原料進(jìn)料量增加，同時(shí)減少了兩塔之間大量的內(nèi)循環(huán)。最終的改造方案對(duì)原系統(tǒng)改動(dòng)量少，投資較小，也使業(yè)主操作會(huì)變得相對(duì)容易。通過(guò)文章分析，該方案對(duì)類(lèi)似的系統(tǒng)改造是一種較優(yōu)的改造方法。

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