独山子石化│乙烯装置脱乙烷塔系统存在的问题及优化

编 辑 | 化工活动家

来 源 | 乙烯工业

作 者 | 黄登胜等

关键词 | 脱乙烷塔  存在问题  系统优化

共 2616 字 | 建议阅读时间 13 分钟

导 读

中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司2号乙烯装置采用Lummus顺序分离流程，裂解气干燥预冷后，经脱甲烷系统脱除氢气、甲烷等轻组分，由脱甲烷塔塔釜得到碳二及碳二以上馏分，送入脱乙烷塔。脱乙烷塔顶分离出碳二馏分送入碳二加氢反应器脱除乙炔，脱乙烷塔釜液则为C3+馏分，送至脱丙烷塔进一步分离。

2002年乙烯装置扩建后，裂解气干燥预冷后首先进入增设的1号预切割塔，塔顶分离出不含C3+馏分，送至深冷及脱甲烷系统；塔釜分离出不含C1-馏分，经过裂解气干燥器出口冷却器(E-220A/B)和低压脱丙烷1号冷却器(E-472)回收冷量后送入2号预切割塔进行汽提切割。2号预切割塔塔釜分离出不含碳二的C3+馏分进入高压脱丙烷塔，塔顶馏分分两股进入脱乙烷塔进行分离。脱乙烷塔顶所得碳二馏分和脱甲烷塔碳二馏分汇合后送入碳二加氢反应器脱除乙炔，塔釜馏分送至高压脱丙烷塔进一步加工。图1为乙烯装置脱乙烷塔前向预切割流程示意。

脱乙烷操作压力为1970~2110kPa，塔顶温度控制小于-17℃，灵敏板温度控制在29~35℃，塔釜温度控制在60℃。塔釜采用急冷水加热，塔顶冷凝器采用-27℃丙烯冷剂进行部分冷凝，冷凝下来的液体作为回流，通过送至碳二反应器的流量来控制塔压。装置正常运行时，脱乙烷塔顶温度要求控制在-20℃以下，才能满足塔顶丙烯含量(摩尔分数)小于0.3%的要求。

脱乙烷塔运行现状

独山子2号乙烯装置在满负荷运行时，脱乙烷塔时常发生塔顶温度高，塔顶物料进入碳二加氢反应器，入口碳三在线分析(摩尔分数)一般为1.0%，最高时达到1.5%。塔顶物流中夹带过高的丙烯，一方面造成丙烯产品损失，另一方面对乙炔加氢和轻烃裂解炉的运行造成不利影响。同时，塔釜馏分波动大。经常在15500~18500kg/h波动。当塔釜流量大于17500kg/h时，塔釜在线分析乙烷超标，塔釜碳二馏分进入高压脱丙烷塔，最终进入丙烯精馏塔，导致丙烯产品乙烷超标不合格。通过降低脱乙烷塔灵敏板温度，优化脱乙烷塔两股进料流量分配等方法，试图降低塔顶丙烯含量和塔釜乙烷含量，虽有改善，但仍时常发生超标，未解决根本问题。

原因分析

01

脱乙烷塔进料分析

脱乙烷塔的两股进料来自2号预切割塔塔顶物料，设计下部进料为15.1℃气相进入脱乙烷塔的第28块塔板，上部进料经过冷箱(E-350X)冷却、裂解气预冷换热器(E-211)冷凝至-12.5℃后，以全液相的形式进入脱乙烷塔的第14块塔盘。脱乙烷塔关键运行参数与设计值对比见表1。

由表1可知：脱乙烷塔实际运行回流量与设计值相近，回流温度低于设计值，但塔顶气相中夹带过多的丙烯。由于脱乙烷塔运行状态长期偏离设计值，即下部进料温度操作值高于设计值，进料量比设计值小；上部进料温度高于设计值，实际操作进料量大于设计值。为此，通过对两股进料重新分配进行测试，结果使脱乙烷塔塔顶温度升高。

从2号预切割塔塔顶在线分析可知，2号预切割塔塔顶碳四含量(摩尔分数)在7%~9%，设计值为2.1%。脱乙烷塔上部进料组分重、温度高于设计值，进入脱乙烷塔第14层塔盘，下部进料温度高，进入脱乙烷塔第28层塔盘。两股进料温度均高于设计值，造成脱乙烷塔精馏段热负荷过大，过热量需要更多的冷量来平衡。当塔上部冷量不足，无法平衡时，会造成塔顶温度上升，碳三含量升高，部分冷凝的碳三使脱乙烷塔回流温度升高，进一步使塔顶温度升高，塔顶夹带更多的碳三。

02

脱乙烷塔塔釜出料分析

在装置负荷稳定裂解原料未发生变化情况下，脱乙烷塔塔釜外送量比设计值大很多(去除仪表测量误差仍高于设计值)，即提馏段负荷过大。脱乙烷塔塔釜物料的来源为2号预切割塔塔顶，脱乙烷塔进料负荷增大，导致脱乙烷精馏效果下降，塔釜在线分析乙烷含量超标。塔釜碳二馏分进入高压脱丙烷塔，碳二馏分在高压脱丙烷系统属于轻组分，从塔顶送出最终进入丙烯精馏塔，导致丙烯产品乙烷超标。

03

2号预切割塔分析

2号预切割塔为汽提塔，进料位置在第1层塔盘，该塔共37层塔盘，要求控制塔釜中不含碳二。预切割进料和塔顶物料运行参数与设计值比较见表2。

由表2可知：2号预切割塔进料为气液两相进料，进料温度较设计值高7℃以上。在实际操作中，当进料温度高于20℃时，塔釜外送量明显减少，塔顶外送气相负荷明显增大。分析判断2号预切割塔进料温度升高，气液两相温度和组成变化较大，进料在塔顶闪蒸，部分组分直接从塔顶进入脱乙烷塔，导致塔顶去脱乙烷塔量增大，并夹带过多的碳四组分，不仅增大了脱乙烷塔的处理量，也降低了脱乙烷塔的精馏效果。

问题的解决

1

降低2号预切割塔进料温度及顶温

首先通过减小2号预切割塔塔釜加热量来降低其顶部温度。在保证塔釜物料中不含碳二的情况下，通过降低灵敏板温度来降低塔釜加热量。在操作测试中，将2号预切割塔灵敏板温度由58℃降至55℃，2号预切割塔塔顶温度基本无变化。

 

2号预切割进料来自1号预切割塔釜，1号预切割塔塔釜物料(设计温度23.3℃、压力3.482MPa、流量39352kg/h)经过节流控制阀降温降压后，首先经E-220A/B为裂解气降温，再经E-472回收冷量后进入2号预切割塔第1层塔盘(设计温度为13.2℃、压力2.385MPa)。在装置负荷稳定的情况下，E-220A/B热负荷基本稳定，无法调节，只能通过调整低压脱丙烷塔来降低E-472的热负荷，以此降低2号预切割塔进料温度(见表3)。

由表3可知：当2号预切割塔进料温度由22.8℃降至19.8℃后，其塔顶温度也随之降低3℃，塔釜外送量增加明显，脱乙烷塔塔釜外送量明显减少，随后脱乙烷塔塔釜外送乙烷含量和塔顶温度缓慢下降。

2

技术改造降低2号预切割塔进料温度及顶温

2号预切割塔进料温度偏离设计值，究其原因为：低压脱丙烷塔操作工况的变化，塔顶温度比设计值高8℃左右，导致E-472的热负荷增大。为确保碳四产品合格，低压脱丙烷塔优化操作弹性小，塔顶温度一直偏高。

 

为有效降低E-472的热负荷，对1号预切割塔釜物料去E-472进行技改增加旁路线。技改投用后，通过缓慢调节旁路阀开度，使2号预切割塔进料温度降至18℃，2号预切割塔塔釜外送量明显增加，而脱乙烷塔釜外送量明显减少，随后脱乙烷塔顶碳三含量(摩尔分数)很快降至0.3%以下，塔釜液中碳二含量也降至60mL/m3以下。

3

技改投用后对装置其他相关系统的影响

调节E-472的旁路，增大了低压脱丙烷塔E-411的热负荷。E-411采用-6℃丙烯作为冷剂，汽化后进入丙烯制冷压缩机三段吸入罐。三段吸入罐-6℃的气相丙烯大部分进入乙烯精馏塔再沸器(E-408)，通过调节进入换热器的气体的流量来控制乙烯精馏塔釜加热。E-411汽化量的适当增大，避免了前期操作中通过开大三段防喘振来调整E-408加热量，也避免了开三段防喘振时三段气相直接通过E-408窜入丙烯制冷压缩机二段吸入罐。适当调节E-472旁路，优化了丙烯制冷压缩机的操作，降低了2号预切割塔塔顶温度和塔顶去E-350X的热负荷，有效节约了冷量，降低了丙烯制冷压缩机的制冷功耗。

优化后

经济效益

通过优化脱乙烷塔前向预切割操作，使2号预切割进料温度降低4℃，脱乙烷塔的进料温度下降3~4℃，进料量适当降低，脱乙烷塔顶温可以稳定控制在-20℃以下，塔顶丙烯损失(摩尔分数)从优化前的1%降低到0.2%~0.3%。按碳二加氢反应器的进料量为36000kg/h计，优化前丙烯损失约360kg/h，优化后丙烯损失约为108kg/h。按照丙烯的内部价格4000元/t计算，优化后(年操作时间8560h)可节省862.8万元/a。