气体分馏装置丙烯精馏塔操作条件的优化

气体分馏装置丙烯精馏塔操作条件的优化

作者：张辉光

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2017年第07期

摘 要：随着我国高新技术的不断发展，对气体分流装置技术的革新具有重要的作用。中海油东方石化有限责任公司气体分馏装置丙烯精馏塔冷凝器，在运行过程中冷凝能力降低，导致丙烯精馏塔塔顶压力超标，装置被迫降低加工负荷运行。通过研究分析，找到了其原因并采取一系列整改措施。经过对换热器冷却水流程进行技术改造，换热器冷凝能力大幅提高，满足了装置生产的需要，提高了丙烯的产量，减少了排放，降低了生产成本。 关键词：气体分馏装置；丙烯精馏塔；操作条件

本文主要通过利用aspendynamics软件，对丙烯精馏塔的动态过程进行模拟研究，通过对进料量、进料组成和回流量等方面的计算，分析其对丙烯精馏塔操作过程所产生的影响。 1 丙烯精馏塔概述

丙烯精馏塔用于分离丙烯与丙烷。由于丙烯丙烷的分离要求塔板数高，有单塔和双塔分离流程、双塔流程两塔串联操作。单塔流程塔顶出聚合级丙烯，侧线可抽出化学级丙烯，塔釜则出丙烷。通常来说，烯烃装置所用的裂解原料较多，在工作过程中由于不同的原料需要进行频繁的切换，会导致烯烃装置的进料组成成分复杂，在进料量方面，裂解炉的清焦处理也导致了丙烯的进料量会出现较大的波动，提升了其操作难度。而为了保证丙烯精馏塔塔顶上出产的产品质量合格，塔釜的丙烯经常会出现损失过大的现象，并且丙烯精馏塔的能耗相对较高，也就导致了生产过程中会产生较大的成本，影响企业收益。 2 丙烯精馏塔动态过程操作

2.1 丙烯精馏塔动态过程操作的初始化

传统的丙烯精馏塔稳态操作过程中，通过对AspenPlus软件的运用，可以对进料的特性、精馏塔的气液平衡和壳程温度等方面进行严格的操作计算。在动态操作过程当中如利用稳态操作的方式进行计算，会产生计算量过大的后果，难以实现动态操作的要求。因此，在动态操作过程中，要对稳态操作结果进行相应的分段线性化处理，从中提取出进料特性、气液平衡和壳程温度等方面的参数，并通过线性化处理，利用这些数据对稳态操作的结果进行初始化处理，使得初始化处理后的稳态操作参数成为动态操作的初始值，也就导致了动态操作的初始值与稳态操作的结果有一定程度上的差别。实验表明，在丙烯精馏塔的动态操作初始化过程中，如冷却器和再沸器的负荷、塔顶和塔釜的产出量、塔釜的温度和丙烯摩尔分数等都有较大的波动，而在丙烯精馏塔运行8小时左右后，这些参数都趋于平稳，因此，事先要测试的进料量、进料组成、回流量等影响因素，要在8 小时候再进行介入。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

2.2 各个数据干扰下的动态过程操作

进料量。实验表明，通过投入的进料量增大，对其他的操作参数均产生了不同程度的影响，对于塔顶和塔釜的产出量影响尤为明显，而丙烯摩尔分数的响应速度较为缓慢，需要进行八小时左右的波动才能恢复正常。这就证明了在丙烯精馏塔的工作过程中，操作参数不能轻易的进行变动，如果进料量没有大幅度变化，尽量不要对丙烯精馏塔进行调整，否则会造成一定程度上的生产波动，降低生产效果，同时提高生产成本。进料组成。通过提升进料组成中的丙烷摩尔分数，可以得知，在进料组成发生变化后，冷却器和再沸器的负荷、塔釜温度、塔顶和塔釜的产出量、塔釜的丙烯摩尔分数都产生了较大的波动，但塔顶的丙烯摩尔分数响应速度缓慢，这段时间仍然是超过了8小时。回流量。在动态过程操作当中，在数值稳定的情况下，通过提升丙烯精馏塔的回流量，可以得知冷却器和再沸器的负荷、塔顶和塔釜的产出量、塔釜温度和丙烯摩尔系数都产生了较大的影响，尤其是对塔顶和塔釜的产数量，影响巨大。综上所述，进料量、进料组成和回流量都会对丙烯精馏塔的工作产生较大的影响，其中对冷却器和再沸器的负荷、塔釜温度、塔顶和塔釜的产出量影响尤为明显，塔顶和塔釜的产出量不但影响较大，而且反应速度也比其他参与更快，而由于塔顶的回流罐和塔釜的再沸器具有缓冲的作用，因此塔顶和塔釜的丙烯摩尔分数的反应速度较慢，并且波动持续时间较长。经过实验可以得知，在日常的工作当中，当产品质量出现一定问题的时候，工作人员通常会立刻对其进行相应的调整，这样虽然能够在短时间内使产品质量有所好转，但会导致接下来一段时间丙烯精馏塔工作产生较大的波动，也就加大了产品质量不合格等现象产生的可能，因此，在丙烯精馏塔工作出现问题的时候，工作人员要通过较平稳并循序渐进的方式进行解决。 3 丙烯精馏塔的操作优化 3.1 丙烯精馏塔动态过程操作分析

在进料方面，进料温度发生变化时，可以通过对再沸器的负荷进行调整，而不用对其他参数进行调整，就可以保证丙烯精馏塔在不发生参数改变的前提下，进行稳定运行。在进料压力方面，可以通过调整塔压的方式，让塔顶压力与进料压力的变化值产生相对平衡的状态，在通过调节塔底的热负荷、出口流量和回流量，在不进行其他操作的前提下，保持丙烯的出产量维持不变。当进料流量发生变化时，可以通过调整冷却器的符合、稳定塔压等方式进行解决。如果进料流量加大，要对塔中央的和塔底的再沸器负荷进行提高，增加其回流量，对丙烯产品的开采力度进行一定程度的增加，就可以防止丙烯质量不足、丙烯产量下降的情况。而如果进料流量减少，就要降低对丙烯产品的开采力度，降低开采量，降低热负荷和回流量，保持回流比的相对平衡，防止丙烯产品质量和产量的下降。第四，要尽量少对丙烯精馏塔进行干预，在没有较大的变动情况下，尽量不要对其进行人为的改造，如果必须要进行改造，也要对整个精馏塔的工作过程有所了解，通过最少的操作达到最好的效果。 3.2 精馏分离工艺流程

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

丙烯塔精馏分离工艺流程：丙烷丙烯混合物料通过换热器从塔中下部进入丙烯塔A塔进行分离，A塔釜液经再沸器后在塔釜形成丙烷产品，用换热器换热冷却送入成品罐区，A塔顶蒸气经出口管道进入B塔底部进行再次分馏，B塔釜液用泵打入A塔顶部回流，B塔顶部蒸汽经空冷和冷却器冷却进入丙烯塔回流罐，一部分通过回流泵从塔上部进入塔回流，一部分得到产品丙烯经冷却器冷却后送入成品罐区。 3.3 回流比与馏出比优化分析

系统中的DesignSpecifications（设计规定）通过调整回流比和馏出比，使分离要求、回收率等达到规定指标。回流比直接影响产品质量，馏出比影响产品收率。调节回流比和馏出比，给出一范围并运行。 3.4 进料位置模拟分析

同样理论板数的精馏塔，在不同的进料位置，只要通过调节相应的回流比，一般都能满足分离要求。但进料位置不同，在满足相同分离要求前提下，所需要的回流比或热负荷、能耗是不一样的。希望精馏塔在满足规定分离要求的前提下，回流比或热负荷越小越好，最佳进料位置所对应的回流比和热负荷最小。 3.5 模拟分析

由气液相平衡图分析可知，丙烯（PC）和丙烷（PG）不形成共沸物，而且丙烯与丙烷的相对挥发度不接近于1，使得普通精馏就可以较好地分离丙烯-丙烷。应用AspenPlus模拟软件对精馏分离丙烯-丙烷双塔工艺流程进行研究，得到优化工艺操作参数。在此条件下，通过计算模拟该双塔工艺流程，可得到质量分数为99%的丙烷与99.6%的丙烯产品。B塔经过模拟优化最终选定最佳回流比。 4 结语

本文主要就少了在气体分馏装置中关于丙烯精馏塔的具体操作，与实际的优化过程。当进料流量发生变化时，可以通过调整空冷器和冷却器的负荷、稳定塔压等方式进行解决。保持回流比的相对平衡，尽量少对丙烯精馏塔进行干预，保证塔顶的同时兼顾塔底产品的质量，防止丙烯流失。 参考文献：

[1]张平，张蔚兰.换热器设计中污垢热阻对设计的影响[J].石油化工和设备，2008（12）.

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn