氣體分餾裝置降低丙烯含水的探討

(中國石化河南油田分公司南陽石蠟精細(xì)化工廠，河南南陽 473132)

南陽石蠟精細(xì)化工廠氣體分餾裝置原設(shè)計(jì)能力為年處理量8萬t，由于我廠原料液化氣量不足，目前裝置實(shí)際處理量為3.5萬t/a，年產(chǎn)丙烯1.0萬t左右。裝置的產(chǎn)品除丙烯以外，另有丙烷溶劑、混合液化氣，丙烯是裝置的主要產(chǎn)品，為聚丙烯生產(chǎn)提供原料。作為聚合生產(chǎn)的原料，除對(duì)丙烯純度有很高要求以外(體積分?jǐn)?shù)要求不小于99%)，對(duì)丙烯中水的含量也有很高的要求。生產(chǎn)實(shí)踐表明，若丙烯中水含量偏高，對(duì)聚丙烯裝置聚合反應(yīng)有很大影響，不僅增加了催化劑和活化劑的加入量，使“三劑”消耗和水電能耗增加，反應(yīng)也不穩(wěn)定，并且單釜產(chǎn)量和聚丙烯質(zhì)量都受到影響，嚴(yán)重時(shí)還對(duì)裝置的安全生產(chǎn)帶來隱患。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制和降低丙烯含水量。

1 降低水含量的探索

由于我們廠丙烯含水高，在聚丙烯裝置開工生產(chǎn)時(shí)，我們走過很多彎路。為降低開工初期含水，我們用熱氮吹掃系統(tǒng)，但系統(tǒng)容量太大，存水難以完全消除;丙烯含水高，多次更換吸附干燥系統(tǒng)填料，也難以達(dá)到預(yù)期效果;吸附干燥系統(tǒng)循環(huán)精制以求降低丙烯含水，造成了聚合生產(chǎn)投料無法連續(xù)進(jìn)行。在降低丙烯含水方面，以上措施在實(shí)踐中對(duì)丙烯含水都沒有明顯效果。

前幾年由于脫乙烷塔停用，造成聚合反應(yīng)無法進(jìn)行，并且發(fā)現(xiàn)，此時(shí)生產(chǎn)的丙烯需要經(jīng)過多次循環(huán)精制才能發(fā)生聚合反應(yīng)，經(jīng)過多次查找原因，最終確認(rèn)是脫乙烷塔停用，從而造成丙烯的溶解水無法脫出;同時(shí)，在脫乙烷塔運(yùn)行期間，丙烯夏季含水比冬季含水量高，給后續(xù)工藝生產(chǎn)帶來很大困難也是一個(gè)重要原因;再有就是氣體分餾裝置開工后兩周內(nèi)聚合反應(yīng)難以進(jìn)行，丙烯必須經(jīng)過循環(huán)精制后才能發(fā)生反應(yīng)，由于循環(huán)精制延長了干燥時(shí)間，影響了聚丙烯的正常生產(chǎn)程序。如何讓現(xiàn)有氣體分餾裝置丙烯產(chǎn)品含水量降至500×10－6以下，是我們近年一直在探討并努力解決的問題。

2 丙烯含水高的原因

2.1 裝置系統(tǒng)中殘留水分

裝置每次退料檢修中，貫通吹掃介質(zhì)均為蒸汽，雖然也用氮?dú)夥磸?fù)吹掃，低點(diǎn)多次放空，但系統(tǒng)的存水還是很多，特別是塔盤上面、管線死角遺留的較多，從開工初期脫水狀況看，各塔頂回流罐每兩個(gè)小時(shí)都需要脫一次水，并且水量相對(duì)較多，說明僅吹掃不能徹底帶走系統(tǒng)存水。管線及設(shè)備吹掃過程中殘留的水分是開工初期丙烯含水高的一個(gè)重要原因。

2.2 原料含有溶解水

液化氣在脫硫過程中多次與水充分混合，造成液化氣中溶解有一定量的水，由于水在液化氣中的溶解度隨溫度的升高而增大，因此環(huán)境溫度越高，液化氣中溶解的水越多，這也是夏季粗丙烯含水比冬季高的主要原因。由于水在丙烯中的溶解度比在液化氣中的其他組分，包括丙烷、異丁烷、異丁烯、正丁烯、順－2－丁烯、反－2－丁烯等組分高得多，這樣會(huì)使丙烯的含水量偏高。

3 降低丙烯含水量采取的措施

丙烯聚合前，要進(jìn)入精制系統(tǒng)進(jìn)行脫水處理，經(jīng)固堿塔、氧化鋁脫水塔、分子篩脫水塔進(jìn)行脫水，將丙烯水含量降到工藝要求數(shù)值，否則對(duì)聚合生產(chǎn)不利，嚴(yán)重時(shí)聚合反應(yīng)無法進(jìn)行。但如果氣分裝置生產(chǎn)的粗丙烯含水偏高，通過一次精制，無法將丙烯含水量降低到聚合工藝要求的范圍內(nèi)，因此采取措施從氣分裝置入手，控制粗丙烯含水是根本。

3.1 加強(qiáng)裝置開工初期脫水

裝置檢修完畢氮?dú)庠噳哼^程中，對(duì)所有容器、管線的低點(diǎn)放空排凝，排出的氣體不夾帶肉眼可以檢測(cè)出的水汽為止;各塔進(jìn)料初期，塔底再沸器放空閥暫不加盲板，間斷脫水，直到兩次間隔4 h脫不出明水為止;各塔頂回流罐加強(qiáng)脫水，嚴(yán)格控制水包界位，防止水在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。

3.2 增加開工返煉線

為了解決開工初期明水含水高的問題，2011年，在丙烯出裝置線上新增加一條去罐區(qū)的跨線，使開工初期的含水高的丙烯經(jīng)過冷卻、沉降、脫水，與原料混合后再次進(jìn)行返煉，從而達(dá)到有效降低丙烯含水過高的目的。實(shí)踐證明，經(jīng)過三天的混合返煉，丙烯產(chǎn)品可以控制到1 000×10－6以下。

3.3 利用脫乙烷塔切去回流罐中的離析水

近幾年來，在降低丙烯含水的探討中，通過一系列技術(shù)摸索，為改善脫乙烷塔的操作提供了有利條件。在精餾過程中，脫乙烷塔對(duì)降低丙烯含水量起著重要作用。各塔回流罐中的離析水以脫乙烷塔的回流罐為最多，脫丙烷塔回流罐次之，精丙烯塔回流罐最少。這主要是因?yàn)樵谘b置精餾過程中，脫乙烷塔采用全回流，水分從塔頂蒸出后經(jīng)過冷卻，水在烴類中的溶解度降低，溶解的水被大部分析出，然后含水低的C2－C3組分又作為回流打入塔上部，繼續(xù)攜帶更多的水分，餾出后再經(jīng)過冷卻又離析出部分水，經(jīng)過反復(fù)循環(huán)，離析出大量的水。當(dāng)穩(wěn)定回流量、提高塔頂溫度、增加水冷器循環(huán)水量，從而深冷塔頂流出液時(shí)會(huì)離析出更多的水，從而降低產(chǎn)品的含水量。

2011年，為了有效降低丙烯含水量，確保后續(xù)生產(chǎn)需要，在生產(chǎn)部的指導(dǎo)下，我們進(jìn)行了脫乙烷塔降丙烯含水實(shí)驗(yàn)，在保證塔頂溫度不變的情況下，盡量提高塔頂水冷器的冷卻效果，進(jìn)一步減低水冷器出口餾出液溫度，加大水冷器進(jìn)出口溫差。同時(shí)采用固定的較大回流量，加大塔頂與回流之間的溫差，使回流罐有更多的水沉降下來。通過實(shí)驗(yàn)表明，丙烯含水與溫差有密切關(guān)系，但與操作壓力的影響不大。改善脫乙烷塔操作條件后，在開工后2～3周的時(shí)間，就可以使丙烯含水量由大于1 000×10－6降至200×10－6～500 ×10－6。根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)，實(shí)施溫差控制后，丙烯含水量呈下降趨勢(shì)，并隨溫差的加大而下降。表1為裝置在2011年5～9月溫差和含水量的變化。

表1 溫差對(duì)含水量的影響

3.4 合理安排罐容，增加丙烯沉降脫水時(shí)間

丙烯進(jìn)入罐區(qū)后，為了滿足生產(chǎn)連續(xù)平穩(wěn)，需要進(jìn)行緩沖沉降，由于自然冷卻，丙烯在降到常溫狀態(tài)時(shí)，丙烯中殘留的溶解水也會(huì)脫出去一部分成為明水，從而為降低丙烯含水創(chuàng)造了條件。為了有效脫出冷卻后丙烯中的明水，我們利用裝置所屬的丙烯罐區(qū)，對(duì)丙烯各罐的沉降時(shí)間合理安排，錯(cuò)開使用，使每罐丙烯都保證一定的沉降時(shí)間，使丙烯的溫度充分降下來，同時(shí)對(duì)脫水包析出的微量明水及時(shí)脫出。實(shí)踐證明，每罐丙烯沉降時(shí)間不少于3天，可以有效降低丙烯含水的20%左右。

4 結(jié)論

通過改善脫乙烷塔操作參數(shù)，大量冷凝出溶解水;通過罐區(qū)合理安排，保證冷卻時(shí)間，達(dá)到降溫后沉降出溶解水，均可以有效降低丙烯含水。特別是對(duì)于氣體分餾系統(tǒng)脫乙烷塔塔頂回流溫度可以調(diào)節(jié)的裝置，均可以通過改善脫乙烷塔操作條件，即采用加大脫乙烷塔塔頂與回流之間溫差的方法來脫除液態(tài)烴中的溶解水，從而降低丙烯含水量。通過上述措施的實(shí)施，我們廠氣分裝置的丙烯含水穩(wěn)定控制到了500×10－6以下，冬季達(dá) 300 ×10－6以下。如果有條件采用液氨或其他深度冷卻介質(zhì)進(jìn)一步增大回流溫差，可以直接把丙烯含水降低到100×10－6以下，在達(dá)到氣體分離的同時(shí)，利用氣分裝置可以直接生產(chǎn)出聚合級(jí)丙烯。