中韩石化│乙烯装置前脱丙烷前加氢流程运行状况分析及优化措施

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编 辑 | 化工活动家

来 源 | 乙烯工业 中韩石化

作 者 | 戴传武

关键词 | 乙烯装置  前脱丙烷前加氢

共 2256 字 | 建议阅读时间 10 分钟

导 读

目前乙烯装置分离流程主要包括顺序分离、前脱丙烷前加氢和前脱乙烷前加氢流程。前脱丙烷前加氢流程具有能耗低、操作简便和开车方便等优势，在我国乙烯装置中广泛采用。某800kt/a乙烯装置分离工艺采用中石化自主开发的前脱丙烷前加氢技术(LECT)，其中脱丙烷塔采用高低压双塔脱丙烷技术，双压力脱丙烷塔系统设计可以最大程度的减缓结垢降低能耗；碳二加氢催化剂由中国石化北京化工研究院开发，催化剂燕山分公司生产，其乙烯选择性较高，抗波动能力强。

前脱丙烷前加氢工艺流程

脱丙烷塔采用双塔。高压脱丙烷塔设在裂解气压缩机四段和五段之间，位于裂解气碱洗及干燥之后。经过干燥后的物料进入高压脱丙烷塔，塔顶气相进入压缩机五段，后进入碳二加氢反应器，脱除乙炔和绝大部分丙炔和丙二烯(MAPD)后依次由预脱甲烷塔塔釜液、-1℃丙烯、脱甲烷塔釜液、-22℃丙烯冷却冷凝，再进入高压脱丙烷塔回流罐。回流罐分液后的大部分液相作为高压脱丙烷塔的回流，其余液相和气相分别进入冷分馏系统。高压脱丙烷塔塔釜物料进入低压脱丙烷塔，低压脱丙烷塔塔顶物流返回高压脱丙烷塔补充回流，塔釜物料进入脱丁烷塔。

前脱丙烷前加氢系统生产运行情况分析

01

高低压脱丙烷塔运行情况分析

2013年11月，乙烯装置进行了考核标定，高低压脱丙烷塔考核标定数据及日常运行数据如下。

可以看出：双塔运行参数与设计值相差较小，且实际运行过程中高压脱丙烷塔冷凝器满足设计要求，可以保持回流温度在设计值，保证了该塔分离效果，满足乙烯装置高负荷运行工况。在标定及生产运行期间，由于原料因素进料中重组分较设计值偏高，塔釜出料均比设计值高出7~10t/h，釜温较设计值高2~4℃。

02

碳二加氢系统运行情况

采用由中国石化北京化工研究院开发的BC-H-21B碳二加氢催化剂，该催化剂从2013年8月至今已运行2个生产周期，共进行了10次催化剂性能评价。运行结果表明：在CO和MAPD浓度都较高的情况下，催化剂性能比较稳定，能满足乙烯装置正常生产要求。

①催化剂活性高，抗CO波动能力强

在2个运行周期内，裂解气中CO含量变化较大，CO含量(体积分数)在380×10-6~920×10-6波动，但三段出口乙炔含量(体积分数)始终小于0.1×10-6，说明其加氢活性高，抗CO波动能力强。

②乙烯选择性高

下图为碳二加氢催化剂乙烯平均选择性运行考核数据。

在2个运行周期内，乙烯选择性始终保持在60%~85%。可以看出：从各次考核的数据来看，BC-H-21B的选择性的稳定性好，根据裂解原料的不同，其选择性有所差别，但未出现明显的选择性衰减现象，整个运行周期内的乙烯平均选择性达到69.3%，这表明该碳二前加氢系统具有良好的乙烯增长。

③MAPD转化率

从10次考核的平均数据来看，入口MAPD含量(体积分数)波动幅度较大，从0.45%~1.01%，平均含量在0.71%，高于其它国内前脱丙烷前加氢流程的裂解装置，出口MAPD含量平均控制在0.3%以下。第1周期(前9次考核数据)MAPD平均转化率达到60.0%，第2周期(第10次考核数据)MAPD转化率为45%，由于数据考核在反应器初期运行阶段，各段反应温度都控制较低，随着运行时间的延长，反应温度逐步升高MAPD转化率也会提升。

前脱丙烷前加氢系统存在问题及应对措施

01

裂解气压缩机五段吸入压力波动

2016年大检修后乙烯装置开车初期，裂解气压缩机五段入口压力在短时间内发生剧烈波动，由1.37MPa下降至0.95MPa，而高压脱丙烷塔顶压力急剧上涨至2.48MPa，五段吸入流量最低降至92t/h。由于裂解气压缩机及高压脱丙烷塔系统波动，碳二加氢反应器入口流量由261t/h降至160t/h，碳二加氢反应器被迫手动停车，前冷停止进料。

裂解气压缩机五段吸入压力波动的原因为五段入口过滤网发生堵塞。过滤网堵塞主要原因是开车初期铁锈等机械杂质所致。后通过敲打、加热、五返五返回阀的调整，让裂解气在该滤网处形成扰动，使滤网破损，消除堵塞，裂解气压缩机五段吸入压力恢复正常。

为防止开车过程中机械杂质堵塞压缩机入口过滤器，在试车以后正常运行前应该拆掉细的过滤网，保留骨架。

02

低压脱丙烷塔再沸器结垢

2018年乙烯装置低压脱丙烷塔再沸器发生聚合堵塞，导致换热器报废更换。造成换热器聚合结垢的主要原因分析如下：

1）再沸器管程为盘油加热，壳程为含有大量不饱和碳四及碳五等物料，换热器型式采用卧式换热器，死角较多，工艺侧聚合物容易在壳程内累积。

2）塔釜温度较设计值偏高。

上表可看出：低压塔进料实际组成较设计值偏重，导致塔釜温度需保持在81℃以上才可保证塔釜碳三不超标。

3）阻聚剂注入管道为碳钢材质，容易堵塞导致阻聚剂注入不畅。

 

针对上述具体原因，具体措施如下：

1）结合扩能改造项目，拟将换热器型式由卧式改为立式热虹吸，盘油走壳程，工艺物料走管程，没有死区。停留时间短，对缓解物料结垢会有一定效果。另外将盘油出口温度由125℃降低至90℃，降低了换热管金属壁温有利于降低自聚结垢。

2）低压脱丙烷塔压力尽量采取设计下限卡边操作，高压脱丙烷塔受压缩机最大能力的限制，降压幅度有限，为减缓换热器结垢，塔釜将不严格控制C2含量。

3）将阻聚剂注入管道改为不锈钢材质，强化阻聚剂注入量管控，建立换热器参数及阻聚剂注入量台账。

4）装置根据工艺参数变化情况，确定合理的再沸器切换周期。

03

“五返五”防喘振阀门动作导致碳二加氢反应器跳车

自2013年8月装置开工以来，共发生2次因“五返五”防喘振阀门动作导致碳二加氢SD-1联锁，乙烯产品不合格，以及碳二加氢SD-2联锁，冷区切断进料的事故。

 

裂解气五段设置了2个返回阀FZV-20028A/B。A阀位于高压脱丙烷塔回流罐顶，简称冷回流;B阀位于脱砷保护床Ｒ-202入口，简称热回流。原设计冷返阀采用简单的五段排出流量控制碳二加氢空速，不参与机组的防喘振控制。热返受CCS系统五段防喘振安全裕度控制。一旦机组工作点运行进入防喘振区域，“五返五”B阀易提前动作导致碳二加氢空速过低而跳车。

 

2016年大检修优化防喘振系统，增加“五返五”A阀的防喘振控制系统，A阀与B阀的喘振曲线一致，A阀防喘振曲线是B阀防喘振曲线右移20%，并在A阀防喘振系统中设置流量的低限，低限用来调节和稳定碳二加氢的空速。通过防喘振优化后，碳二加氢系统运行至今未发生空速过低停车事故。