K-201波動對碳二加氫系統(tǒng)的影響

熊文平

（中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北武漢 430080）

1 工藝簡介

武漢乙烯分離系統(tǒng)采用前脫丙烷前加氫分離流程，前加氫系統(tǒng)設置在高壓脫丙烷下游，位于裂解氣壓縮機（k-201）五段出口。裂解氣壓縮機系統(tǒng)由五段壓縮，包括中間冷卻，凝液分離，主驅(qū)動透平和其他一些輔助系統(tǒng)組成。其中前四段壓縮在干燥之前，最后一段壓縮在干燥之后[1]。裂解氣首先在前四段進行壓縮，每一段之后都進行冷卻和凝液分離。在經(jīng)過四段排出罐D(zhuǎn)-205后，裂解氣在裂解氣加熱器E-206中被急冷水加熱后進入堿洗塔C-203脫除酸性氣體。堿洗塔頂脫掉酸性氣體的裂解氣被丙烯冷劑冷凝到13℃后送至裂解氣壓縮機過冷器緩沖罐D(zhuǎn)-206中，罐頂氣體直接進入裂解氣干燥器DR-209進行干燥，罐底分離出的烴凝液由泵經(jīng)烴凝液聚結(jié)器D-214送入液體干燥器DR-210進行干燥。經(jīng)干燥后的裂解氣和凝液分別送入高壓脫丙烷塔C-201，塔頂氣體進壓縮機五段壓縮，經(jīng)五段壓縮的氣體進入碳二加氫系統(tǒng)。碳二加氫系統(tǒng)的主要作用是將乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烯和乙烷，過程中也會把一些丙炔和丙二烯轉(zhuǎn)化為丙烯，以及將一些丁二烯轉(zhuǎn)化為丁烯，最終提高裂解氣中烯烴的含量。碳二加氫系統(tǒng)包括一臺碳二加氫反應器保護床，三臺獨立的絕熱固定床反應器。高壓脫丙烷塔塔頂出來的裂解氣經(jīng)過裂解氣壓縮機五段壓縮后，進入碳二加氫反應器保護床R-202，出料經(jīng)過碳二加氫進料加熱器E-217/碳二加氫進料冷卻器E-228，送入碳二加氫一段反應器R-201A。根據(jù)催化劑活性要求，反應器進料可選擇加熱或冷卻，加熱采用低壓蒸汽，冷卻采用冷卻水，通過調(diào)節(jié)進入換熱器的流量來調(diào)節(jié)反應器入口溫度。一段反應器出料在碳二加氫一段中間冷卻器E-218中用冷卻水冷卻，然后進入二段反應器R-201B。二段反應器出料在碳二加氫二段中間冷卻器E-219中用冷卻水冷卻后進入三段反應器R-201C，脫除乙炔達到要求小于1×10-6。三段反應器出料在碳二加氫后冷器E-220中用冷卻水冷卻后進入裂解氣第二干燥器DR-211A/S 以脫除反應生成的微量水分。如圖1。

圖1 武漢乙烯裂解裝置碳二加氫系統(tǒng)流程圖

2 碳二加氫主要控制參數(shù)

設計操作參數(shù)見表1.

表1 設計操作參數(shù)

3 裂解氣壓縮機波動對碳二加氫系統(tǒng)的影響

2015 年2 月14 日9 時17 分，壓 縮 崗 位A 主 操 將 裂 解 氣干燥器DR-209A、S 并聯(lián)操作，然后關(guān)閉A 臺進出料電動閥MZV-20005A、MZV-20006A，將A 臺干燥器切出系統(tǒng)，S 臺干燥器運行。A 臺干燥器切出后壓縮主操B 并不知道，9時21分，壓縮主操B 認為裂解器干燥氣并未切出再生，在未確認系統(tǒng)運行狀態(tài)的情況下，關(guān)閉S 臺干燥器進出料電動MZV-20005B、MZV-20006B，導致裂解氣壓縮機四段出口憋壓，五段入口裂解氣中斷，壓縮機“五返五”、“四返四”、“三返一”防喘振閥相繼自動打開。機組發(fā)生波動后馬上檢查系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)兩臺裂解氣干燥器DR-209A、S 進出料電動閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，立即將A 臺進出料電動閥打開，并通知值班長及各崗位恢復系統(tǒng)。9：25，裂解氣壓縮機“五返五”B 閥在自動全開后，碳二加氫反應器由于空速低，一段床層溫度在2min 內(nèi)由105℃迅速上升至140℃（150℃聯(lián)鎖停車：反應器床層溫度二十四取二、出口溫度三取二大于150℃則停車聯(lián)鎖，將關(guān)閉系統(tǒng)入口切斷閥XZV—20038 和出口切斷閥XZV—20047，打開旁路閥XZV—20039 急放空閥XZV—20046）立即降低反應器入口溫度。9：45，碳二加氫反應器由于系統(tǒng)波動導致低于反應溫度發(fā)生漏炔，造成乙烯產(chǎn)品不合格。由于分離主操操作及時，使碳二加氫系統(tǒng)走最大冷態(tài)，避免了跳車事故。如圖2。

圖2 裂解氣壓縮機波動對碳二加氫系統(tǒng)影響圖

本次事故原因是壓縮崗位主操未對系統(tǒng)進行檢查，違反操作規(guī)程，操作失誤將運行臺裂解氣干燥器進、出料電動閥關(guān)閉，導致裂解氣壓縮機發(fā)生波動，碳二加氫由于進料中斷，反應器空速在2min 內(nèi)降至0t/h，之后雖然快速恢復至300t/h 以上，但床層溫度升高過程中主操采取手動操作使反應器走最大冷態(tài)使溫度上升勢頭得到抑制，沒有發(fā)生聯(lián)鎖跳車事故。但反應器入口溫度過低，導致漏炔時間較長，最終導致乙烯產(chǎn)品污染。

3.1 正常運行時操作要點

3.1.1 采用盡可能低的反應溫度

采用盡可能低的反應溫度，這樣既可達到乙炔所需的轉(zhuǎn)化率，也使乙烯損失最少。對于新催化劑，其操作溫度可較低，但隨著催化劑使用時間的增長，活性不斷下降，操作溫度可相應的提高?，F(xiàn)在一段入口溫度在68.2℃，二段入口溫度在69.7℃，三段入口溫度在73.3℃，平時如果發(fā)現(xiàn)出口乙炔含量有持續(xù)上升的趨勢，可以通過調(diào)節(jié)一段入口溫度、二段入口溫度和三段入口溫度來降低出口乙炔含量，判斷出口乙烯含量是否持續(xù)上升，主要根據(jù)碳二加氫AI—20005、AI—20013、預脫甲烷塔AI1—30004、脫甲烷塔AI2—30004乙炔含量判斷。

3.1.2 降低進料中乙炔含量

通過優(yōu)化裂解爐操作，在保證乙烯收率的同時，降低乙炔的含量；采用雙段床或多段床加氫流程，分段配氫控制各反應斷炔烴的轉(zhuǎn)化率；采用反應器催化劑層間設置冷卻器及時移出反應熱?，F(xiàn)在進料中乙炔含量大約為0.525mol%，主要根據(jù)AI—20005中乙炔含量。

3.1.3 控制一氧化碳濃度

CO 的生成原理是碳原子在裂解爐和水蒸氣發(fā)生反應的產(chǎn)物，根據(jù)CO 的形成原理，要抑制CO 的形成的關(guān)鍵是抑制積炭的形成，并設法覆蓋爐管表面暴露的金屬鎳，降低其催化作用[2]。目前工業(yè)上控制一氧化碳的濃度使用的方法是在裂解爐內(nèi)加入結(jié)焦抑制劑，最常用的是硫類結(jié)焦抑制劑，如二甲基二硫（DMDS）。在系統(tǒng)正常運行中，注意觀察急冷水塔頂部和碳二加氫反應器一段入口的在線分析表AI—20005來調(diào)整操作。目前急冷水塔頂CO 濃度約為690×10-6，碳二加氫反應器一段入口CO 濃度約為610×10-6。

3.1.4 控制高壓脫丙烷塔塔頂碳四和丁二烯濃度

為避免碳二加氫系統(tǒng)飛溫，平時操作要密切關(guān)注碳四和丁二烯濃度，碳四要求小于50×10-6。

4 結(jié)語

碳二加氫系統(tǒng)是裂解裝置分離崗位的核心部分，碳二加氫系統(tǒng)操作平穩(wěn)是分離出合格乙烯、丙烯的重要條件。本文通過一起事故案例分析了裂解氣壓縮機波動對碳二加氫系統(tǒng)的影響，在正常運行或系統(tǒng)波動時通過合理控制反應器入口溫度，降低進料中乙炔含量、一氧化碳濃度，控制高壓脫丙烷塔塔頂碳四和丁二烯濃度使碳二加氫系統(tǒng)平穩(wěn)運行，確保生產(chǎn)出合格乙烯、丙烯產(chǎn)品。