烯烴分離裝置精制汽提塔瓶頸問題及措施

摘 要：介紹了神華榆林烯烴裝置工藝流程情況，敘述了汽提原理以及精制汽提塔系統(tǒng)的工藝流程，分析了精制汽提系統(tǒng)在開工后遇到的一些典型問題，并提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：烯烴分離；汽提；問題；原因與對策

目前，世界上的煤制烯烴項(xiàng)目中的系統(tǒng)分離技術(shù)主要有美國魯姆斯公司（Lummus），，凱洛格布朗洛特公司（KBR），惠生工程（中國）有限公司（WISON），中石化洛陽石化工程公司（Lpec），美國環(huán)球油品公司（UOP）等公司研發(fā)的專利技術(shù)。根據(jù)MTO裝置生產(chǎn)的原料氣特點(diǎn)和組成分布，從項(xiàng)目建設(shè)，生產(chǎn)操作和能耗等方面綜合考慮，大多專利公司選擇了前脫丙烷，后加氫和丙烷洗回收乙烯的技術(shù)。UOP開發(fā)了前脫乙烷，后加氫和變壓吸附回收乙烯的技術(shù)。自MTO來的原料氣經(jīng)過壓縮機(jī)增壓后進(jìn)行分離，分別得到聚合級乙烯，聚合級丙烯，混合碳四，混合碳五，丙烷和燃料氣等產(chǎn)品。丙烯制冷系統(tǒng)提供低溫冷劑[1]。

1 烯烴分離裝置介紹

神華榆林能源化工有限公司（以下簡稱“榆林公司”）烯烴分離裝置采用美國KBR專利技術(shù)，由KBR進(jìn)行工藝包設(shè)計(jì)，中石化上海工程公司進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)工程設(shè)計(jì)。采用KBR前脫丙烷后加氫工藝技術(shù)。如圖1所示：上游裝置來的產(chǎn)品氣進(jìn)入烯烴分離裝置，首先經(jīng)過三段壓縮、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，進(jìn)入脫丙烷進(jìn)行分離。塔底物流送至脫丁烷塔，得到混合C4產(chǎn)品和C5產(chǎn)品。塔頂物流經(jīng)四段壓縮后冷凝，一部分送至脫甲烷塔，脫甲烷塔頂主要是甲烷氫，經(jīng)過升溫后送燃料氣管網(wǎng)；塔底物流送至脫乙烷塔進(jìn)行C2和C3分離，塔頂C2經(jīng)過乙炔加氫后進(jìn)入乙烯精餾塔，塔頂產(chǎn)品即為聚合級乙烯產(chǎn)品。塔底C3進(jìn)入丙烯精餾塔，塔頂產(chǎn)品是聚合級丙烯產(chǎn)品。聚合級的乙烯和聚合級丙烯分別送至罐區(qū)。產(chǎn)品氣壓縮一般都與冷卻脫水結(jié)合進(jìn)行，即壓縮后的原料氣冷卻至常溫后將會(huì)析出一部分游離水與液烴，分離出游離水與液烴后的氣體再進(jìn)一步脫水與冷卻，從而減少脫水與制冷系統(tǒng)的負(fù)荷[2]。

2 精制汽提塔原理及流程概述

2.1精制汽提塔原理

汽提是一個(gè)物理過程，它采用一個(gè)氣體介質(zhì)破壞原氣液兩相平衡而建立一種新的氣液平衡狀態(tài)，使溶液中的某一組分由于分壓降低而解吸出來，從而達(dá)到分離物質(zhì)的目的。在本裝置中，乙烯丙烯等輕烴溶于烴類凝液中中達(dá)到氣液平衡，塔頂氣相中以輕烴為主，加入氣相汽提介質(zhì)PE馳放氣氣時(shí)，塔頂氣相中乙烯丙烯的分均均降低從而破壞了氣液平衡，乙烯丙烯物質(zhì)均向氣相擴(kuò)散，但因氣相中以輕烴為主，趨于建立一種新的平衡關(guān)系，故大量輕烴介質(zhì)向氣相中擴(kuò)散，從而達(dá)到氣液相分離目的。通過控制氣提介質(zhì)的量可以控制汽提程度塔釜溫度的選擇以保證塔釜釜液中C2餾分含量低于規(guī)定值為原則。但是，為避免塔釜和再沸器因聚合物生產(chǎn)而結(jié)垢嚴(yán)重，一般要求塔釜溫度不超過78℃[3]。

2.2精制汽提塔流程概述

如圖2所示：來自汽液分離罐的烴類冷凝液，在汽提塔進(jìn)料加熱器中被低壓蒸汽加熱至35攝氏度送往汽提塔。來自PE單元的馳放氣也在精制汽提塔中處理，以回收乙烯，丙烯以及大部分碳四產(chǎn)品。汽提塔將輕組分與塔釜的C5+烴類分離，塔頂汽提氣進(jìn)入壓縮機(jī)二段吸入，塔釜C5+組分送至脫丁烷塔處理。聚結(jié)器收集的水相，返回到二段吸入罐中。汽提塔塔底再沸器由急冷水加熱。再沸器和聚結(jié)器均設(shè)置為一開一備。裝置在2014年開工以后，精制汽提系統(tǒng)指標(biāo)偏離設(shè)計(jì)值，出現(xiàn)了很多問題，制約著裝置負(fù)荷的提升。具體來說，有一下幾個(gè)方面。

3 汽提塔運(yùn)行中常見問題分析以及相應(yīng)措施

3.1 精制汽提塔進(jìn)料罐液位持續(xù)偏高

設(shè)計(jì)中，堿洗水洗塔塔頂氣相經(jīng)過塔頂冷卻器冷卻到10℃，進(jìn)入堿洗塔頂凝液罐V430，V430設(shè)有油水分離器，在凝液罐中冷卻下來的水分通過LV4044送往產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段吸入罐，最后通過泵送往界外，而烴類凝液則通過LV4042作為進(jìn)料進(jìn)入精制汽提塔。實(shí)際操作中，當(dāng)堿洗塔頂冷卻器溫度控制在10℃的時(shí)候，V430罐液位迅速上漲，出現(xiàn)滿量程的情況，排出儀表原因后，通過全開LV4042跨線，也不能緩解這一現(xiàn)象。

原因分析：

3.1.1堿洗水洗塔頂冷卻器溫度過低

堿洗塔頂冷卻器溫度TC4024對于凝液罐是非常重要的參數(shù)，溫度升高，水份乙烯丙烯碳四碳五等烴類冷凝量變小，未冷凝的水份進(jìn)入脫水系統(tǒng)，直接加重了脫水系統(tǒng)的負(fù)荷，嚴(yán)重情況下，會(huì)發(fā)生水份穿透干燥器床層現(xiàn)象，導(dǎo)致水份進(jìn)入后續(xù)低溫系統(tǒng)，發(fā)生凍塔等現(xiàn)象。溫度降低，水份乙烯丙烯碳四碳五等烴類冷凝量變大，雖然脫水系統(tǒng)負(fù)荷降低，但是大量烴類冷凝，導(dǎo)致凝液罐液位過高，精制汽提塔負(fù)荷過大。

措施：在保證脫水系統(tǒng)脫水能力的情況下，逐漸提高堿洗塔塔頂冷卻器的溫度。操作中發(fā)現(xiàn)，冷卻器溫度從10℃提高到11℃后，水份及烴類冷凝量變少，凝液罐液位逐漸下降，達(dá)到了汽提塔的處理能力。

3.1.2汽提塔系統(tǒng)和壓縮機(jī)系統(tǒng)之間循環(huán)量過大

流程中，凝液罐液相烴類經(jīng)過進(jìn)料加熱器E410蒸汽加熱后，乙烯丙烯等烴類被汽提，汽提塔塔頂氣相進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮機(jī)的二段吸入罐進(jìn)行再次壓縮，壓縮后進(jìn)入堿洗水洗塔，然后再次冷卻，冷卻后再進(jìn)入精制汽提塔，如此反復(fù)循環(huán)。當(dāng)精制汽提塔進(jìn)料溫度TC4025過高后，提高了汽提效果，乙烯丙烯以及部分重組分汽提氣量變大，本來應(yīng)該進(jìn)入塔底外送的物料進(jìn)入塔頂，循環(huán)量加大，間接導(dǎo)致凝液罐液位高。

措施：逐漸降低精制汽提塔進(jìn)料溫度TC4025，操作中發(fā)現(xiàn)，溫度從37℃度降低至35 ℃后，塔底外送量加大，進(jìn)料凝液罐液位逐漸下降達(dá)到了汽提塔的處理能力。

3.1.3產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段排出溫度過高

產(chǎn)品氣在經(jīng)過三段排出冷卻器冷卻后，進(jìn)入堿洗水洗塔，堿洗水洗后，進(jìn)入塔頂冷卻器冷卻。所以三段排出冷卻器后的溫度，關(guān)系到產(chǎn)品氣在排出罐V405中冷凝量的大小。溫度升高高，冷凝量小，部分未冷凝下來的烴類進(jìn)入堿洗水洗塔，經(jīng)過冷卻后進(jìn)入精制汽提塔，間接加重了汽提塔的負(fù)荷。溫度降低，部分碳四碳五等重組分在此處冷凝，間接減少了精制汽提塔的進(jìn)料量，從而降低了凝液罐V430的液位。

措施：穩(wěn)定循環(huán)水溫度，將三段排出冷卻器冷卻溫度控制在35℃-36℃之間，使得部分重?zé)N在此處冷凝，減少V430罐的冷凝量，間接降低精制汽提塔的進(jìn)料量。

3.2精制汽提塔塔壓過高

設(shè)計(jì)中，精制汽提塔的操作壓力0.17MPa（G），實(shí)際操作中達(dá)到了0.23MPa（G） ，有時(shí)壓力短時(shí)間內(nèi)會(huì)上漲至0.25MPa（G），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值。由于汽提塔塔頂氣相進(jìn)入產(chǎn)品氣壓縮機(jī)二段吸入罐，所以汽提塔塔壓實(shí)際由壓縮機(jī)二段壓力決定。在此段流程中，只有倆道閘閥還有一個(gè)止逆閥，經(jīng)排查，與管道閥門等設(shè)備因素?zé)o關(guān)。

原因分析：

3.2.1精制汽提塔凝液以及馳放氣進(jìn)料量過大

設(shè)計(jì)中，汽提塔凝液進(jìn)料量為4.2t/h，實(shí)際操作中，凝液進(jìn)料量達(dá)到了10 t/；h以上，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)量，超過汽提塔的處理能力。同時(shí)，塔底PE馳放氣設(shè)計(jì)為1.1 t/h，實(shí)際操作中達(dá)到了2 t/h，在提高汽提能力的同時(shí)，部分重?zé)N被汽提至塔頂從而提高了操作壓力。

措施：由于塔壓直接由壓縮機(jī)二段吸入壓力決定，實(shí)際只能通過降低汽提塔的進(jìn)料量來間接降低塔壓。通過降低三段排出冷卻器冷卻溫度以及提高堿洗水洗塔塔頂冷卻器溫度，減少烴類在V430罐的冷凝量來間接控制塔壓，實(shí)際發(fā)現(xiàn)效果并不明顯。

3.2.2精制汽提塔凍塔堵塞。

操作中發(fā)現(xiàn)當(dāng)汽提塔進(jìn)料溫度長時(shí)間低于35℃或汽提塔靈敏板溫度低于10℃的時(shí)候，塔釜液位迅速降低，同時(shí)塔釜外送量減少，塔壓差降低等現(xiàn)象。經(jīng)過分析，汽提塔進(jìn)料中大部分為乙烯丙烯碳四碳五等烴類，同時(shí)還還有微量水份，當(dāng)進(jìn)料經(jīng)過調(diào)節(jié)閥TC4025后輕烴節(jié)流，物料溫度壓力降低，當(dāng)?shù)陀谝欢囟群?，水份結(jié)冰累積，逐漸堵塞填料，導(dǎo)致物料下降受阻，塔釜液位下降，烴類在塔上部存留，導(dǎo)致塔壓快速上漲，發(fā)生凍塔現(xiàn)象。

措施：發(fā)生凍塔現(xiàn)象后，通過短時(shí)間提高進(jìn)料溫度TC4025至40℃以上，同時(shí)短時(shí)間提高靈敏板溫度，對塔進(jìn)行解凍，當(dāng)塔壓差升高，塔釜液位快速上漲同時(shí)塔壓降低說明塔堵塞問題已解決，可以恢復(fù)到正常操作狀態(tài)。

3.3精制汽提塔淹塔

原因分析：

3.3.1精制汽提塔塔釜泵設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行不符。

精制汽提塔塔釜泵P402設(shè)計(jì)泵送量為1.5t/h，泵送介質(zhì)為碳五。實(shí)際操作中達(dá)6 t/h，且實(shí)際介質(zhì)為碳四碳五以及少量碳三，泵實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)不想符合。當(dāng)泵入口溫度超過35℃或者泵入口碳三含量過多時(shí)，泵容易發(fā)生氣蝕，現(xiàn)場泵體振動(dòng)大，出口壓力低，泵外送不正常，導(dǎo)致塔釜液位過高。

措施：監(jiān)測汽提塔靈敏板溫度大于10℃，防止溫度降低碳三在塔釜累積造成泵氣蝕不上量。

3.3.2 再沸器熱負(fù)荷不足

汽提塔再沸器加熱介質(zhì)為MTO來的急冷水，由于催化劑跑損嚴(yán)重?fù)Q熱器堵塞加快，加上汽提塔進(jìn)料量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，再沸器熱負(fù)荷達(dá)不到進(jìn)料要求，當(dāng)再沸能力不足引起靈敏板溫度降低的時(shí)候也會(huì)發(fā)生淹塔現(xiàn)象。

措施：MTO加強(qiáng)監(jiān)測防止催化劑大量跑損至急冷水系統(tǒng)，同時(shí)急冷水系統(tǒng)注入分散劑，降低催化劑在設(shè)備中的結(jié)塊率，提高設(shè)備換熱效果。

3.3.3 PE馳放氣中斷

PE馳放氣作為汽提氣，主要介質(zhì)為乙烯，當(dāng)PE停車引起馳放氣中斷時(shí)，汽提效果變差，乙烯丙烯落入塔釜，造成泵氣蝕不上量，發(fā)生淹塔現(xiàn)象。同時(shí)馳放氣中斷，一臺(tái)再沸器的熱負(fù)荷不足以滿足汽提塔的處理能力。

措施：PE馳放氣中斷時(shí)，逐漸提高靈敏板板溫度至35℃左右，防止溫度上漲過快或過高引起泵氣蝕不上量。此外，當(dāng)一臺(tái)再沸器能力不足時(shí)，可投用備用臺(tái)或提高急冷水溫度來保證塔汽提量。

3.4精制汽提塔塔壓差顯示情況

對于一般塔而言，當(dāng)塔發(fā)生淹塔現(xiàn)象后，塔壓差變大至逐漸超量程。而此裝置精制汽提塔在操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汽提塔塔釜液位逐漸升高，發(fā)生淹塔現(xiàn)象時(shí)，塔壓差逐漸變小，當(dāng)超過上引壓管時(shí)，壓差為零。運(yùn)行初期，經(jīng)常造成操作人員判斷失誤。

檢查發(fā)現(xiàn)，差壓計(jì)PDT4061為毛細(xì)管式差壓計(jì)，所測量介質(zhì)為氣相。相比帶導(dǎo)壓管式差壓計(jì)，其壓力測量受熱脹冷縮影響嚴(yán)重，當(dāng)發(fā)生淹塔現(xiàn)象時(shí)，塔釜液體沒過PDT4061下測量點(diǎn)，造成下測量點(diǎn)的壓力降低，而上測量點(diǎn)為氣相，其壓力未發(fā)生變化，最終造成淹塔時(shí)差壓計(jì)PDT4061顯示逐漸降低。

3.5其他問題

由于汽提塔實(shí)際運(yùn)行與設(shè)計(jì)出入較大，導(dǎo)致汽提塔操作參數(shù)與設(shè)計(jì)差別較大，汽提系統(tǒng)中管道設(shè)備的振動(dòng)噪音明顯高于其他系統(tǒng)，以及塔釜外送介質(zhì)發(fā)生明顯變化，在線儀表AI4002無法投用，對脫丁烷塔的影響等等都是由于與設(shè)計(jì)差別較大引起的。

4結(jié)束語

凝液汽提塔的設(shè)置在降低干燥器以及脫丙烷塔系統(tǒng)負(fù)荷的同時(shí)，增加了段間循環(huán)量，提高了產(chǎn)品氣壓縮機(jī)及制冷壓縮機(jī)的功耗。產(chǎn)品氣的分布以及汽提塔設(shè)計(jì)的好壞直接影響到裝置的日常操作，同時(shí)還將影響其他塔系統(tǒng)的操作甚至產(chǎn)品的質(zhì)量。這就要求我們在裝置的原始設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算時(shí)，要做到認(rèn)真，精確，防止出現(xiàn)實(shí)際與設(shè)計(jì)大幅偏離的情況。此外，還需提高操作人員的水平，遇到問題能認(rèn)真分析，尋找癥結(jié)，方可快速有效解決問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳秀章.煤制低碳烯烴工藝與工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

[2]王遇冬.天然氣處理原理與工藝[M].北京：中國石化出版社，2011.

[3]王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運(yùn)行[M].北京：中國石化出版社，2009.

作者簡介：

高志榮，出生年月：1990.5.19，性別：男，民族：漢，籍貫（陜西神木），當(dāng)前職務(wù)：主操，當(dāng)前職稱： 助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：生產(chǎn)技術(shù)與管理.