碳四裂解裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)操作優(yōu)化

李建軍

(洛陽煉化宏力化工有限責(zé)任公司 , 河南 洛陽 471012)

目前,公司混合C4裂解裝置分為反應(yīng)再生系統(tǒng)和吸收穩(wěn)定系統(tǒng),裂解催化劑采用ZSM-5分子篩,具有較大的比表面積和酸性,在固定床反應(yīng)器進(jìn)行裂解反應(yīng)生成干氣、丙烯液化氣和輕烴,采用吸收穩(wěn)定的方法將液化氣與較重的組分再分離。反應(yīng)再生系統(tǒng)主要設(shè)備有加熱爐、反應(yīng)器以及富氣壓縮機(jī)。吸收穩(wěn)定單元主要包括吸收塔、解吸塔和穩(wěn)定塔,其作用是利用吸收與精餾的原理將來自富氣壓縮機(jī)的物料分為干氣、輕烴與含丙烯液化氣,其中丙烯液化氣用作氣分裝置的原料,其干氣以及C4、C5的含量直接影響氣分裝置的操作負(fù)荷以及產(chǎn)品穩(wěn)定性,穩(wěn)定輕烴用來回?zé)捯约巴赓u,干氣主要用作加熱爐燃料,其余供燃?xì)夤苡脧S內(nèi)循環(huán)。C4裂解裝置自建立初期至開工至今,主要存在以下幾個(gè)問題:①當(dāng)來料組分多變,吸收塔溫度控制不及時(shí),常發(fā)生干氣不干的問題,也就是干氣中夾帶部分丙烯,易造成丙烯損失;②由于富氣壓縮機(jī)級(jí)間凝液罐不能自動(dòng)排液,需要人工定時(shí)開級(jí)間凝液泵往解吸塔輸送物料,如若不能及時(shí)調(diào)整解吸塔進(jìn)料流股流量與塔底再沸器熱量,塔溫以及塔壓將不可避免會(huì)產(chǎn)生波動(dòng),造成能量損失以及增加操作風(fēng)險(xiǎn);③解吸塔中部溫度控制指標(biāo)低于或者高于工藝卡片將增加穩(wěn)定塔的操作負(fù)荷,影響穩(wěn)定輕烴與丙烯液化氣的質(zhì)量。本文以現(xiàn)有裝置工藝流程為基礎(chǔ),從操作參數(shù)與上游工藝入手,分析產(chǎn)生上述問題的原因,提出優(yōu)化解決的方案,從整體上解決問題。

1 工藝流程及生產(chǎn)存在的問題

吸收穩(wěn)定單元流程圖見圖1。

圖1 吸收穩(wěn)定單元流程圖

從化工一部來醚后C4、醚前C4進(jìn)入萃取精餾系統(tǒng)拔出異丁烷組分,并富集C4烯烴進(jìn)入C4裂解反應(yīng)再生系統(tǒng)進(jìn)行裂解反應(yīng)。反應(yīng)再生系統(tǒng)包括原料汽化器、反應(yīng)器進(jìn)出物流換熱、反應(yīng)器進(jìn)料加熱、反應(yīng)器、反應(yīng)產(chǎn)物冷卻以及催化劑再生等部分,從萃取來氣相混合C4與反應(yīng)產(chǎn)物換熱,并加熱至400 ℃左右,最后在加熱爐內(nèi)加熱到反應(yīng)所需溫度520 ℃,進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行催化裂解反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)進(jìn)料換熱后再水冷,進(jìn)一步冷卻至壓縮機(jī)入口所需的溫度,進(jìn)入壓縮機(jī)。

吸收穩(wěn)定單元主要包括吸收塔、解吸塔、穩(wěn)定塔以及相連的冷換設(shè)備和儲(chǔ)罐。反應(yīng)產(chǎn)物和解吸塔頂解吸氣經(jīng)水冷并氣液分離后,液相進(jìn)入解吸塔,氣相進(jìn)入吸收塔底,與塔頂?shù)奈談?C5以上組分)進(jìn)行傳質(zhì),吸收塔頂?shù)母蓺庾魅細(xì)夤芫W(wǎng)燃?xì)馐褂谩Ｋ孜找号c產(chǎn)物混合、冷卻后進(jìn)入油氣分離罐,為促進(jìn)吸收,吸收塔設(shè)兩級(jí)中段循環(huán)回流冷卻。解吸塔底液相進(jìn)入穩(wěn)定塔,塔頂采出C3、C4組分進(jìn)入氣分裝置,塔底液相經(jīng)水冷至40 ℃后一部分C5以上產(chǎn)品作為本裝置的副產(chǎn)品送出界區(qū);一部分經(jīng)升壓后作為吸收劑送至吸收塔頂。

生產(chǎn)中存在的問題:①吸收塔效果未達(dá)到預(yù)期,導(dǎo)致塔頂干氣中夾帶部分丙烯并入火炬管網(wǎng),易造成丙烯損失。②解吸塔中部溫度過低解吸不完全,部分不凝氣進(jìn)入穩(wěn)定塔,導(dǎo)致穩(wěn)定塔產(chǎn)品不合格。③解吸塔進(jìn)料流股流量不穩(wěn)定,不及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整塔底再沸器熱負(fù)荷,將會(huì)導(dǎo)致解吸塔甚至穩(wěn)定塔不穩(wěn)定操作,產(chǎn)生安全隱患。

2 原因分析

2.1 影響干氣質(zhì)量的主要原因分析

2.1.1吸收劑流量與性質(zhì)

通過工藝流程介紹可知,現(xiàn)有流程的吸收劑是穩(wěn)定塔底的穩(wěn)定汽油通過P-2109加壓后循環(huán)使用,循環(huán)量控制在10 m3/h。吸收劑主要組分為C5,由于吸收劑組成主要由反應(yīng)再生單元催化劑裂解效果決定,不能隨意改變。通過理論研究可知,在一定壓力與溫度條件下,吸收劑組成與待吸收組分越相近時(shí),吸收效果越好,也就是干氣越干。這就說明,吸收劑組分越輕吸收效果越好,在這一理論指導(dǎo)下,可以適當(dāng)增加裂解深度來降低吸收劑相對(duì)分子質(zhì)量。

2.1.2吸收塔吸收溫度控制

吸收塔頂與塔底設(shè)定操作壓力為1.08、1.11 MPa,吸收溫度≤40 ℃,低溫高壓有利于提高吸收劑與吸收質(zhì)之間的傳質(zhì)推動(dòng)力,增強(qiáng)吸收效果。根據(jù)季節(jié)變化,適時(shí)開停一、二中回流泵,有利于調(diào)控吸收溫度。當(dāng)回流泵達(dá)到最大負(fù)荷,吸收溫度仍居高不下時(shí)可適當(dāng)降低氣分脫乙烷塔頂回流罐不凝氣來吸收塔流量,可一定程度上降低吸收塔底進(jìn)氣溫度,保證吸收效果。在吸收塔操作壓力控制在一定值不變時(shí),吸收溫度的變化將直接導(dǎo)致吸收塔頂干氣質(zhì)量的變化,數(shù)據(jù)分析后變化結(jié)果見圖2。

圖2 吸收溫度與干氣中丙烯量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

由圖2可知,在吸收塔壓力、吸收劑流量一定時(shí),干氣中丙烯質(zhì)量與吸收溫度在一定范圍呈正相關(guān)關(guān)系。在35 ℃以下,隨著吸收溫度的逐漸增加,干氣夾帶丙烯量很少,幾乎可忽略不計(jì)。35～40 ℃時(shí)吸收溫度升高,丙烯量緩慢增加,但低于0.6%。當(dāng)吸收溫度>40 ℃時(shí),干氣中丙烯量迅速增加,最高可達(dá)到3.5%。吸收塔的溫度變化是由多重因素引起的,當(dāng)溫度升高時(shí),由于吸收是放熱過程,不利于吸收的進(jìn)行,造成貧氣中C3以上重組分增多。因此在實(shí)際操作時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況以及天氣情況及時(shí)調(diào)整吸收溫度,控制在40 ℃以下為宜。

2.2 解吸塔穩(wěn)定控制主要因素分析

2.2.1進(jìn)料流股流量控制

裂解的富氣產(chǎn)品經(jīng)富氣壓縮機(jī)壓縮升壓后進(jìn)入閃蒸罐V-2104,P-2104升壓后液相作為解吸塔進(jìn)料,同時(shí)富氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中不可避免產(chǎn)生級(jí)間凝液,這些液相通過級(jí)間凝液泵P-2103直接進(jìn)入解吸塔。

解吸塔進(jìn)料有兩股分別來自P-2104泵出口與P-2103泵出口。由于工藝流程原因,自P-2103來物料流股流量受級(jí)間泵開停狀態(tài)影響,當(dāng)級(jí)間凝液罐液位高需要開級(jí)間泵時(shí),解吸塔進(jìn)料流股增大,為避免壓縮機(jī)出口凝液罐V-2104液位上漲過快,需要增大解吸塔進(jìn)料流量,流量的增大將對(duì)解吸塔中部以及塔底溫度造成一定下降。如果升溫不及時(shí),中部溫度過低,解吸不完全,塔底脫乙烷汽油將夾帶部分C2組分進(jìn)入穩(wěn)定塔,對(duì)穩(wěn)定塔的操作造成一定難度,進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2.2塔底蒸汽熱負(fù)荷控制

當(dāng)需要開級(jí)間泵時(shí),提前15～20 min增加蒸汽流量約500 kg/h,E-2110物料返回塔盤至解吸塔底部。提升蒸汽負(fù)荷,最先影響的是塔底部物料,繼而通過氣液相接觸,輕組分逐漸上升。受解吸塔的水力學(xué)特性等原因影響,從開始升溫到解吸塔中部溫度變化需要15～20 min,級(jí)間凝液泵物料輸送到解吸塔時(shí)間可以忽略不計(jì)。因此對(duì)開級(jí)間凝液泵前對(duì)解吸塔進(jìn)行預(yù)熱將極大地降低操作難度。

生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),未預(yù)熱時(shí)中部溫度曲線上下波動(dòng),需要操作人員及時(shí)調(diào)整蒸汽流量及進(jìn)料流量,預(yù)熱時(shí)溫度曲線幾乎呈現(xiàn)一條直線,可見在預(yù)熱的工況下,能夠長(zhǎng)時(shí)間維持解吸塔中部溫度的穩(wěn)定。

解吸塔中部溫度的控制是保證解吸塔穩(wěn)定操作的重要參數(shù),其變化的趨勢(shì)將直接影響穩(wěn)定塔的操作與產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.3 穩(wěn)定塔產(chǎn)品質(zhì)量因素分析

2.3.1催化劑對(duì)穩(wěn)定輕烴質(zhì)量的影響

混合C4裂解制丙烯裝置由于其催化劑特性的原因,產(chǎn)品以氣相的富丙烯液化氣為主。催化劑剛投入生產(chǎn)使用時(shí),其活性較高,在相同操作條件下,可能會(huì)使萃取C4深度裂解副產(chǎn)物增加,氣相中C2輕組分增加,造成油品過輕,飽和蒸汽壓高,這是由催化劑的特性決定的。催化劑再生1～2次之后,在正常操作條件下,穩(wěn)定輕烴質(zhì)量恢復(fù)正常。

2.3.2進(jìn)料流量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響

解吸塔的不穩(wěn)定操作將導(dǎo)致穩(wěn)定塔進(jìn)料流股有較大波動(dòng),通過控制穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度(70 ℃),避免因進(jìn)料溫度的變化導(dǎo)致塔盤上的氣液相平衡被破壞。進(jìn)料流量的變化取決于解吸塔是否有級(jí)間凝液物料進(jìn)入。進(jìn)料流量變化對(duì)塔頂壓力、塔底液位的影響見圖3、圖4。

圖3 進(jìn)料流量與塔頂壓力變化趨勢(shì)圖

圖4 進(jìn)料流量與塔底液位變化趨勢(shì)圖

由圖3可知,當(dāng)進(jìn)料流量控制在25～33 m3/h時(shí),塔頂壓力較為平穩(wěn),超過33 m3/h塔壓開始波動(dòng)。在一定的再沸器熱負(fù)荷下,進(jìn)料流量增加過多,塔內(nèi)氣液相相平衡被破壞,傳熱傳質(zhì)不均勻,導(dǎo)致塔壓力波動(dòng)。

同理,當(dāng)進(jìn)料流量控制在25～33 m3/h時(shí),塔底液位較為平穩(wěn),超過33 m3/h液位開始出現(xiàn)波動(dòng),這與進(jìn)料量突然增大有關(guān)系。由此可見,維持穩(wěn)定塔穩(wěn)定操作的前提是對(duì)解吸塔底溫度以及流量的穩(wěn)定控制,除了前面所述之外,還需要操作人員有提前預(yù)判的能力,需要一定的操作與理論水平,同時(shí)緩慢操作,這在一定程度上增加了操作的難度。

3 結(jié)論

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的研究探索,吸收溫度≤40 ℃,能夠?qū)⒏蓺庵械谋┙M分控制在1%以下。解吸塔中部溫度控制在52～56 ℃,既能保證不過度解吸,也能保證穩(wěn)定塔進(jìn)料不會(huì)攜帶過多的輕組分。當(dāng)需要控制級(jí)間凝液罐液位時(shí),提前對(duì)解吸塔底再沸器熱負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整,能夠避免解吸溫度波動(dòng),增加操作平穩(wěn)率。考察穩(wěn)定塔進(jìn)料對(duì)塔頂壓力、塔底液位以及穩(wěn)定輕烴飽和蒸汽壓影響,發(fā)現(xiàn)維持進(jìn)料溫度在70 ℃,進(jìn)料流量控制在25～33 m3/h,穩(wěn)定塔能夠平穩(wěn)運(yùn)行。