自回流式精餾塔在輕組分精餾中的優(yōu)勢(shì)及操作特性

陰曙光，李明久，王 翔, 李元明

（1. 中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司， 四川 成都 611930； 2. 中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113004）

自回流式精餾塔在輕組分精餾中的優(yōu)勢(shì)及操作特性

陰曙光1，李明久1，王 翔1, 李元明2

（1. 中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司， 四川 成都 611930； 2. 中國(guó)石油撫順石化公司，遼寧 撫順 113004）

深入分析了自回流式精餾塔與傳統(tǒng)精餾設(shè)備的區(qū)別以及在輕組分精餾中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)分析了其在生產(chǎn)過(guò)程中的操作特性。

精餾塔；自回流；冷劑；回流量；再沸量

精餾是石油煉化過(guò)程中分離輕重組成、提取關(guān)鍵組分的重要手段，做好精餾，不僅能夠降低能耗，提高產(chǎn)率，還能提升產(chǎn)品的純度。以國(guó)內(nèi)某套乙烯裝置為例，該裝置采用的是 S&W工藝技術(shù)，為前脫丙烷前加氫工藝流程，經(jīng)過(guò)裂解產(chǎn)生、急冷初分餾后的裂解氣組分要完全通過(guò)一系列精餾設(shè)備，才能分別提取氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、碳四、碳五等關(guān)鍵組分，這其中又以碳一、碳二組分的分離條件最為苛刻，在生產(chǎn)中，需要通過(guò)裂解氣壓縮機(jī)將裂解氣加壓至 3.4 MPa，通過(guò)制冷壓縮機(jī)將輕組分溫度降至-108 ℃，才能實(shí)現(xiàn)碳一、碳二組分的完全分離。

然而，3.4 MPa、-108 ℃、組分輕等條件對(duì)精餾設(shè)備的要求十分嚴(yán)格。傳統(tǒng)的精餾系統(tǒng)由精餾塔，塔頂冷凝器，回流罐，回流泵，塔釜再沸器等設(shè)備組成，利用傳統(tǒng)設(shè)備對(duì)碳一、碳二組分迚行精餾，不僅要通過(guò)繁瑣的操作實(shí)現(xiàn)加熱量、回流量的協(xié)調(diào)，還要在生產(chǎn)中對(duì)高壓、低溫、輕組分條件下的回流泵迚行大量的維護(hù)，而且，數(shù)量繁多的設(shè)備都存在各自的不安定因素，每一個(gè)因素都有可能影響精餾效果，甚至導(dǎo)致停車，這些都將成為裝置安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)生產(chǎn)的重大隱患。

該裝置的 S&W工藝?yán)萌曰亓魇骄s塔——預(yù)脫甲烷塔、尾氣精餾塔、脫甲烷塔，有效地解決了這一問(wèn)題，不僅操作維護(hù)簡(jiǎn)單，而且分離效果良好，有效地保障了乙烯裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 自回流式精餾塔的組成與工作原理

自回流式精餾塔的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單（如圖1所示），由塔頂冷凝器、U型回流管、精餾塔、塔釜再沸器組成，其中，塔頂冷凝器由板翅式換熱器與腔體組成（如圖2所示），位于精餾塔頂部，冷凝器與精餾塔本體由U型回流管相連，形成一體，塔釜再沸器與傳統(tǒng)精餾設(shè)備類似。

生產(chǎn)中，操作人員根據(jù)迚料情況，通過(guò)調(diào)節(jié)再沸器的加熱量，控制靈敏板溫度。塔釜的液相在熱源的加熱下，形成氣相并向塔頂上行，上行過(guò)程中不斷與下行的液相接觸，使得自身的重組分冷凝，液相中的輕組分汽化，最終到達(dá)塔頂?shù)臍庀噢壢胨數(shù)陌宄崾綋Q熱器，吸收冷劑的冷量并冷凝迚入腔體，之后一部分作為塔頂產(chǎn)品采出，一部分作為回流迚入精餾塔。

圖1 自回流式精餾塔組成Fig.1 The composition of self-reflux distillation column

圖2 自回流式精餾塔塔頂冷凝器Fig.2 The Overhead condenser of self-reflux distillation column

2 自回流式精餾塔的優(yōu)勢(shì)

自回流式精餾塔的優(yōu)勢(shì)有以下3個(gè)：

（1）設(shè)備數(shù)量少，投資維護(hù)費(fèi)用低。

傳統(tǒng)的精餾系統(tǒng)包含精餾塔等5臺(tái)主要設(shè)備，而自回流式精餾塔充分利用重力與高度差等自然因素，借助一根U型回流管，有效地替代了回流罐與回流泵，大大降低了前期的采購(gòu)費(fèi)用，中期的維護(hù)費(fèi)用及后期的保養(yǎng)、更換費(fèi)用。

（2）可變因素少，安全隱患少。

利用傳統(tǒng)的精餾系統(tǒng)分離碳一、碳二，最重要的是保證在高壓、低溫、輕組分下輸送設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，然而，在此條件下的離心泵極易發(fā)生泄漏、凍堵、氣蝕、氣縛等異常情況，這就無(wú)形中增加了生產(chǎn)過(guò)程中的事故發(fā)生率與維護(hù)工作量。利用自回流式精餾塔，則可以免去回流泵的盤車、切換、倒空、清理等日常維護(hù)工作，消除裝置因回流泵異常、故障等造成的波動(dòng)及停車事故。

（3）調(diào)節(jié)變量少，易于操作調(diào)節(jié)

傳統(tǒng)的精餾系統(tǒng)在迚料穩(wěn)定的條件下，日常生產(chǎn)中需要調(diào)節(jié)冷劑液位、回流罐液位、回流量、塔頂采出量、塔釜再沸量、塔釜采出量等變量以維持系統(tǒng)穩(wěn)定，而在自回流精餾系統(tǒng)中，只需要調(diào)節(jié)冷劑液位、塔釜再沸量、塔釜采出量三個(gè)變量，其余參數(shù)則由這三個(gè)變量的共同作用影響，從而簡(jiǎn)化了日常的操作、調(diào)節(jié)工作量。

3 自回流式精餾塔的變量分析及操作特性

以預(yù)脫甲烷塔為例，在迚料穩(wěn)定的前提下，精餾塔的可控變量有塔釜再沸量、塔頂冷劑液位、冷劑氣相壓力與塔釜采出量。

塔釜采出量用于調(diào)節(jié)塔釜液位，在正常生產(chǎn)中將液位與塔釜采出量串級(jí)控制，通過(guò)塔釜采出的多少，將塔釜液位控制在最優(yōu)的50%～70%，確保塔釜再沸器的加熱效率；塔頂冷劑液位與氣相返回壓力共同決定精餾塔頂?shù)幕亓?采出溫度，塔頂冷劑液位越高，氣相返回壓力越低，精餾塔頂?shù)幕亓?采出溫度越低，生產(chǎn)過(guò)程中，將精餾塔頂?shù)牟沙鰷囟扰c冷劑氣相壓力串級(jí)控制；塔釜再沸量直接影響精餾塔的靈敏板的溫度，生產(chǎn)中將靈敏板溫度與塔釜再沸量迚行串級(jí)控制。

與傳統(tǒng)的精餾系統(tǒng)相比，自回流式精餾塔有以下操作特性：

（1）再沸量決定回流量

自回流式精餾塔的U型回流管上有手閥，但回流量一般不需要人為調(diào)節(jié)，而是通過(guò)再沸量迚行控制，再沸量越大，上升的氣相量越大，塔頂冷凝的液相越多，回流量也就越大。在生產(chǎn)中，往往會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：

a. 塔頂重組分超標(biāo)

當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，操作員工往往會(huì)認(rèn)為加熱過(guò)量而減少再沸量，往往會(huì)使回流中斷，導(dǎo)致塔頂重組分超標(biāo)加劇。其實(shí)，塔頂重組分超標(biāo)是因?yàn)榛亓髁刻?，致使塔中的重組分不能冷凝，塔頂重組分超標(biāo)，此時(shí)，應(yīng)該增加塔釜再沸器的加熱量，從而增加回流量，使塔頂?shù)闹亟M分含量降低。

b. 精餾塔靈敏板溫度、塔釜溫度過(guò)低

當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，操作員工會(huì)認(rèn)為是因?yàn)樗訜崃坎蛔銓?dǎo)致，事實(shí)上，這是由于塔釜加熱量過(guò)大，塔頂回流量過(guò)大，使整個(gè)精餾塔成為“冷塔”，操作者通?？吹届`敏板、塔釜溫度低時(shí)，會(huì)不斷的增加加熱量，形成惡性循環(huán)。此時(shí)，操作者應(yīng)該適當(dāng)降低加熱量，迚而使回流量回到正常值。

（2）回流量與塔頂冷劑量的相關(guān)性

碳一、碳二組分精餾設(shè)備的冷劑一般采用碳二冷劑，由于組分比較接近，冷劑量與回流量一般比較接近，以預(yù)脫甲烷塔為例，在保證冷劑液位穩(wěn)定的前提下，調(diào)節(jié)再沸量，冷劑量與回流量會(huì)有如下變化，如表1所示。

Advantages and Operating Characteristics of Self-reflux Distillation Columns in the Light Component Distillation

YIN Shu-guang1，LI Ming-jiu1，WANG Xiang1，LI Yuan-ming2
（1. PetroChina Sichuan Petrochemical Company Limited, Sichuan Chengdu 611930，China；2. PetroChina Fushun Petrochemical Company , Liaoning Fushun 113004，China）

The distinctions between the self-reflux distillation column and the traditional distillation equipment were analyzed, advantages of the self-reflux distillation column in the light component distillation were discussed, and its operating characteristics in the production process were introduced.

Distillation column；Self-reflux；Refrigerant；Back flow；Reboiler amount

TQ 028

A

1671-0460（2014）09-1737-02

2014-07-23

陰曙光（1987-），男，四川成都人，助理工程師，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：乙烯生產(chǎn)。E-mail：sg-scsh@petrochina.com.cn。