浅析乙烯装置丙烯精馏塔操作的影响因素

浅析乙烯装置丙烯精馏塔操作的影响因素

关洪飞

（大庆石化公司化工一厂   黑龙江省大庆市163714 ）

摘要：蒸馏装置一般由蒸馏塔、重沸器、冷凝器、回流罐和一些辅助设备组成。蒸馏过程实质上是利用混合物中各组分的不同挥发度，即在同一温度下各组分的不同蒸气压，将液相中的轻组分与气相中的重组分相互传递，从而达到分离的目的。

关键词：丙烯精馏塔；活动影响因素

一、 丙烯精馏塔系统模拟的流动模型

丙烯精馏系统不含极性物质，如一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫。可以大致处理水，也就是说，通过使用简单的碳氢化合物热力学方法，默认的水倾析项可以完全满足要求，无需进一步校正。

利用ProⅡ过程模拟软件建立了丙烯精馏塔系统过程，探讨了其影响因素。为简单起见，丙烯汽提塔和丙烯精馏塔被合并为一个塔系统，用于过程模拟。塔的中部由中间锅炉加热，底部由重沸器加热，顶部由冷凝器冷凝。塔釜循环丙烷，丙烯产品从塔侧线提取。

二、 不同因素对丙烯精馏塔系统的影响

1、进给位置。丙烯精馏塔系统由丙烯汽提塔和丙烯精馏塔组成，其中丙烯汽提塔有48个筛板，丙烯精馏塔有178个筛板，共226个筛板（不包括塔顶冷凝器和塔釜重沸器）。其中，固定侧线丙烯产品纯度99.61%，塔底丙烯损失3%，塔顶温度44.4℃。相应的调整变量为塔顶冷凝器的热负荷、塔底再沸器的热负荷和侧线丙烯产品的萃取流量。

此外，对于不同的进料位置，塔系统的指标参数也不同。145塔盘进料时，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的负荷较小，有利于降低整个塔系统的能耗。

2、塔压。由于塔压影响丙烯及丙烷相对挥发度，不同塔压对分离效果和能耗指标有不同影响。塔压越高，相对挥发度越小，分离难度越大，能耗越大。

以进料位置145块塔板为例，不同塔压对丙烯精馏塔系统影响为：因塔压的增加，在满足丙烯产品规格前提下，塔顶冷凝器及塔釜再沸器负荷应增加，所以选择合适的塔压对塔系节能至关重要。

3、进料组成。以进料位置第145块塔板为例，比较不同进料组成对丙烯精馏塔系统的影响，发现丙烷含量有一定增加。随着丙烷含量的增加，丙烯精馏塔系统的整体负荷将增加，以满足塔顶丙烯产品规格及塔釜丙烯损失指标，塔釜再沸器使用的加热急冷水用量将增加，塔顶冷凝器使用的冷却水用量也将增加。所以若不调整进料位置，将不利于系统节能。

对丙烷含量为15%进料进行分析，使系统的塔釜再沸器及塔顶冷凝器接近初始丙烷含量10.63%工况，进料位置将进行一定程度的调整。当丙烷含量从10.63%增加到15%时，进料位置适当向下移动到第147块塔板，这有助于降低装置能耗。

4、优化回流比。回流比是精馏设计与操作的重要控制参数，回流比不仅影响所需理论塔板数、塔径和塔板结构尺寸，还影响加热急冷水及冷却水消耗量。若选择的回流比过大，会增加加热急冷水和冷却水消耗及运行成本，还会影响塔径，增加设备投资成本。因此，在精馏设计或操作中，无论从经济上还是操作上，都应选择合适的回流比。

通过比较不同进料位置的回流比，得到以下结果：第145块进料位置回流比最低，约为16.8，所以在正常运行时，塔顶液相回流与测绘产品采出量比应控制在不大于17。

当装置进料量和进料组成波动，需调整操作时，先适当提高回流比，然后在保证高回流比情况下调整其他操作条件，避免操作调整导致产品质量不合格。待进料量及进料组成稳定后，缓慢降低回流比至正常值。一般来说，随着进料量的增加，塔中雾沫夹带增加，板效率降低，所以要求运行更加稳定，以避免液泛。

三、塔板效率

1、塔板效率。在精馏塔实际操作中，由于气液相传质阻力、混合、雾沫夹带等原因，气液相组成偏离平衡状态。因此，在确定塔板实际数量时，应考虑塔板效率。系统物性、流体力学、操作条件、塔板结构参数等都会影响塔板效率，当前塔板效率无法准确预测。

塔板效率通常根据经验确定。常用经验关联式是基于一些工业装置数据，对这些归纳经验式求取塔效率分析，适用于一般烃类物系及化学物系大多数设计。

丙烯精馏塔一般塔的操作压力为2.0MPa左右，塔顶塔底平均温度约为53℃，在此温度下，其进料粘度为0.055～0.065mPa·s，丙烯丙烷相对挥发度为1.2。根据德里卡默及布罗德福的经验关系曲线，得出塔板效率范围为92～96%。在关系曲线使用说明中，认为“直径大于2133mm的塔，操作效率可较高。”因进料粘度与丙烯丙烷相对挥发度乘积小于0.1，超出奥康奈尔经验关系曲线应用范围，其经验关系曲线不适用于丙烯精馏塔。

2、塔板效率理论。丙烯精馏塔板效率经验关系曲线及实际运行结果能达到95%，甚至超过100%。从物系分析可知，丙烯精馏操作压力高意味着操作温度高，液相粘度及相对挥发度小，有利于提高塔板效率。随着装置规模的增大，精馏塔直径增大，塔内液流长度增大，液流轴向返混减小，液体与汽体接触传质时间增加，也有利于提高塔板效率。根据文献分析，“当塔中液体流经塔板时，它不起返混作用，因此液体进入塔板时含有更多低沸物，两相汽液接触后，离开塔板时含量降低，上升蒸汽与进入塔板液体接触，导致合成离开塔板蒸汽组温度于离开塔板的液体平衡蒸汽组温度”。还认为“在C2～C4烃类的加压普通精馏时，浮阀塔的整个塔效率通常在100%左右，有时超过100%，若丙烯丙烷在加压下分离，塔板效率将超过100%”。

四、确定合理的丙烯与塔板效率

1、确定合理的丙烯收率。无论是新建还是扩建，都要优化整个气体分馏装置设计，控制丙烯精馏塔进料中C2和C4含量，确定合理的丙烯收率。

2、确定合理的塔板效率。通过以上模拟计算与实际情况和理论分析的比较，可知丙烯精馏塔板高效性符合传质理论及实际情况。设计中塔板效率取值过于保守，致使整塔高度增加，造成制造、运输、吊装等工作量及工作难度加大，导致塔及冷换设备投资增加;装置投产后，产品质量比设计值“过剩”，经济效益考虑并不合理。

五、结语

1、在一定进料组成下，选择合适的进料位置非常重要，这对丙烯精馏塔系统的能耗有一定影响。

2、不同进料组成将对应不同进料位置。需增加一个进料口，以满足不同工况下切换进料位置的要求，满足分离要求。由于回流比的增加，塔顶冷凝器及塔釜再沸器需考虑一定余量。

参考文献：

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[3]  门亚男，王立文等;丙烯塔停工物料回收的工艺技术探讨[J];炼油与化工;2016;6（5）;36-38

[4]邹德东.丙烯精馏塔板效率分析[J].齐鲁石油化工，2015（01）.

作者简介：关洪飞,男，1969年10月13日 汉族 黑龙江省大庆市在大庆石化公司化工一厂裂解车间从事值班长工作 联系地址：大庆石化公司化工一厂裂解车间 邮编：163714