...相色谱仪在气体分析中的应用
张健
[摘 要]丙烯精馏塔是乙烯装置的重要组成，起到分离丙烯和丙烷的作用。在塔板数和工况不变的条件下，对丙烯塔在高负荷下的运行状况进行分析。从进料组成、回流比、全塔温度分布等方面查找精馏效果差的原因。通过优化调整，实现了丙烯塔在高负荷下的正常运行。
[关键词]丙烯精馏；高负荷；运行
中图分类号：S943 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0136-01
随着催化裂化装置工艺技术的进步，原料的多样化和液化烃等新产品的生产，液态烃的生产正在增加，特别是随着气体分馏装置经济效益的核心显示出显着的增加趋势。在一般气体分馏装置中，丙烯蒸馏塔中实际的板数相对较大，回流相对较大。深入分析和研究托盘是非常重要的，确定合理的设计参数，这对于节省項目投资和提高经济效益非常重要。丙烯馏出物的目的是将碳三氢化反应器的进料分离成两部分：一个用于在塔顶生产聚合级丙烯产物，另一个用于在丙烯汽提塔的底部产生气体产物。350-C-540塔顶工作压力1.79Ma，最高温度46.8℃，350-C-530底温64.5℃。某装置在2005年6月投入运行，2010年4月经过5年的装置运行停机检修，于2010年6月成功并扩建了该装置。[1]
转变后，工厂生产能力扩大至740kt/a乙烯和396kt/a丙烯。在这种转变中，淬火塔塔盘开启率提高了20%？30%，丙烯蒸馏塔和丙烯3汽提塔MD托盘增强了EZMD托盘。由于转型投产，冷水塔温度仅为74℃，比设计低10℃，造成用户热量不足。[1]特别地，丙烯蒸馏塔系统是由于塔式再沸器的冷水温度低，塔的平均损失高于30%。因此，在正常运行中，需要使用冷却水加热器，而在高负载下，消耗大量低压蒸汽（25t/h以上）。蒸馏塔是塔型气液接触装置的蒸馏，也称为蒸馏塔。板和包装塔有两种类型。根据运行方式分为连续蒸馏塔和分批蒸馏塔。蒸汽从塔的底部进入，与下降的液体逆流流动，在两相接触中，下降液体中的挥发性（低沸点）成分被连续转移到蒸气中，蒸汽在蒸汽中挥发性较差。蒸汽越靠近塔顶，挥发性组分的浓度越高，液体越低靠近塔底部，较易挥发的组分越集中，达到分离组分的目的。来自塔顶的蒸汽进入冷凝器，一部分冷凝物作为回流返回塔的顶部，其余部分作为馏出物除去。在塔的底部液体，其一部分被供给到再沸器，蒸发后，蒸汽返回到塔中，另一部分作为釜残渣排出。丙烯蒸馏塔是乙烯的关键设备，当乙烯装置达到33万t/a时，丙烯蒸馏塔将成为主要的“瓶颈”。因此，丙烯蒸馏塔系统必须进行改性。齐鲁石油化工公司通过比较不同方案，选择年产33万吨乙烯单塔作业，原丙烯蒸馏塔储存。年产45万吨乙烯时，两座塔并联运行最多的投资计划。新的丙烯蒸馏塔全部由国内设计、制造、安装，是中国第一家。该项目在旧安装区施工，生产建设同时，与旧设备工艺管道相比施工更加困难。[2]
一、针对前面提到的问题进行模拟分析并提出相应的措施
2005年，乙烯装置达到满载运行。同年6月，丙烯塔显示出塔压力上升的迹象。此时环境温度较高，导致循环水供应温度高，装置处于高负荷运行状态。程度逐渐关闭，工艺逐渐失去了丙烯塔的压力措施，只能采取与循环水装置接触以减少供水温度的措施来维持运行。2015年冬季，随着环境温度逐渐降低，循环水入口温度保持在26℃左右，低于设计温度（28℃），但塔压仍达1.92MPa（正常工作压力1.83MPa）。进入2016年夏天，环境温度继续上升，塔压力持续上升，最高值为1.98MPa，直接影响到设备的安全运行和运行平稳。针对这种情况，这个过程已经花费了很多次在低负载期间塔式冷却器的冷却水侧的反冲洗不能令[3]人满意，但效果不理想。同时，丙烯蒸馏塔的高压运行，回流温度，丙烷和丙烯相对挥发度[1]小，顶部石蜡含量增加，需要偏离设计的较大回报（约设计价值140%），维修作业，塔式反应器丙烯损失大，回流罐不可冷凝气体回流到裂解炉压缩机流量之间的流量为设计值的3倍以上，器件循环和能量的严重增加消费。为了保证丙烯塔的长周期，高负荷运行，该工艺决定超压分析处理。该丙烯精馏系统的核心是1个带有中间再沸器的精馏塔，应用AspenPlusV7.0流程模拟软件和AspenTast+换热器模拟软件对该精馏系统进行模拟，并在模拟结果与实际工况吻合良好的基础上，从物料平衡、能量平衡、热量分配和塔压控制几个方面进行分析。例如：
1、丙烯不平衡对釜中丙烯浓度的影响，当进料中的丙烯含量恒定时，釜中的丙烯浓度随丙烯生产比增加。丙烯的不平衡是导致塔中丙烯含量高的重要因素。当冷却水温度过低时，热量不足，不能保证充分的加热保持较高的回流比，导致丙烯在丙烯中的产生量超标。[4]并在操作过程中，回流比和再沸器热负荷导致塔架压力波动，回流罐液位波动加剧，丙烯产品失效。所以要提高丙烯蒸馏系统的冷却水温度和流量是解决问题的关键。
2、再沸器热分布对釜中丙烯浓度的影响是在急冷水的总热值的情况下，釜的丙烯浓度与再沸器E-530的总重新加载量的百分比之间的关系供应。[5]E-530的热负荷有利于降低釜中丙烯的浓度。
二、基于实际工作条件计算塔式冷凝器工艺侧的液相含量和温度分布
冷凝器具有超过20%的用于过冷液化丙烯的传热单元，过冷可达10℃以上。塔压降低0.1MPa，塔顶冷凝器中组分的起泡点降低2.33°C。塔压降低0.1MPa，釜温降低2.25℃，因此冷凝能力足够，但在加热塔不足的情况下，请考虑减压作业。当塔压力降低时，再沸器工艺侧温度降低，这相当于将淬火水间接地提高到热交换器的温度。每增加冷却水1℃，可增加2.7MW的热量，相当于约4t/h低压蒸汽。因此，结合塔顶回流泵的特点，保持塔顶顶部在4℃左右过冷，可降低塔压约0.22MPa，塔釜温度降低5℃，可节约低压蒸汽约20吨/小时。
三、基于上述分析，采取以下优化措施
1、确保原料和生产的平衡；
2、通过交叉线和流量分布改善淬火水传热网络，
冷却水温度和再沸器可以提供热负荷系统冷却水流量与温度之间的关系；
3、提高再热器E-530热负荷；
4、降低塔压力运行，保持过冷的顶部在4℃左右，工作压力从原来设计的18.8×105Pa降至17×105Pa，由于工作压力较低，双重塔塔再沸器温度下降5℃。[3]通过以上措施达到稳定节能的效果，在急冷水塔釜温度仍保持在74℃，冷却水温度仅需少量加热，满足丙烯蒸馏塔的发热量，淬火热水器负荷已降至原来的1/3，节约低压蒸汽20t/h。
四、结束语
通过高负荷下的运行分析和优化调整，证实了丙烯塔操作弹性大，处理能力强的特点。在保持压力恒定的前提下，进料口固定的情况下，控制回流比保证充分的传质传热；合理匹配全塔热量负荷，可以实现丙烯塔长、满、优运行。
参考文献
[1] 王志魁.化工原理[M].天津：化学工业出版社，2001：186-188.
[2] 唐修祥.化工过程常见气阻现象及解决措施[J].化工技术与开发，2013（1）：31-34.
[3] 丁旭.气相色谱分析在化工过程中的应用[J].浙江化工，1991（2）67-68.
[4] 王志魁.化工原理[M].天津：化学工业出版社，2001：76-83.
[5] 许林卓.工业仪表自动化技术[M].北京：国家图书馆出版社，2003：229-232.
