脫異丁烷塔進料位置的優(yōu)化節(jié)能改造

寧 丹，高帥帥，陳生友

（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

1 異丁烷和異丁烯

異丁烷是一種重要的化工原料，是制備甲基丙烯腈或甲基丙烯酸的重要原料，也可作為許多化工生產(chǎn)過程的促進劑、冷凍劑等。異丁烷可以與混合C4中的烯烴發(fā)生烷基化反應，生產(chǎn)高辛烷值的汽油組分；也可用于制備環(huán)氧丙烷、異丁烯等化工原料。異丁烷經(jīng)氧化、脫水步驟，可以制備碳酸二甲酯[1-2]。

異丁烯也是一種重要的有機化工原料，主要用于制備甲基叔丁基醚（MTBE）、丁基橡膠、聚異丁烯等。此外，異丁烯也可用于合成甲基丙烯酸甲酯（MMA）、異戊二烯、叔丁胺、ABS樹脂等有機原料和精細化學品。在傳統(tǒng)工藝中，異丁烯的主要來源為石腦油蒸汽裂解制乙烯裝置的副產(chǎn)C4餾分和煉廠催化裂化（FCC）裝置的副產(chǎn)C4餾分。以上混合C4餾分含有多種氧化物和硫化物雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會使催化劑中毒失活，腐蝕生產(chǎn)設備，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

利用異丁烷脫氫制異丁烯，可將廉價的烷烴轉化成高附加值的烯烴，同時為煉廠提供廉價的氫氣，減少了烯烴生產(chǎn)對裂解過程的依賴，提高了汽油資源的綜合利用水平。此工藝制得的異丁烯雜質(zhì)少、純度高，可滿足對高純異丁烯原料的需求[3-4]。

2 裝置概況

京博石化25萬t·a-1混合脫氫裝置，采用世界最先進的美國UOP的Oleflex混合脫氫技術，以工廠現(xiàn)有的醚后液化氣與氣分丙烷為原料，生產(chǎn)高附加值的丙烯、MTBE、異丁烯等化工產(chǎn)品。

裝置包括丁烷精制、異構化反應、脫氫反應、產(chǎn)物分離等單元?；旌隙⊥檫M丁烷精制提純后，先去ORU進行脫氧提純，接著進CSP（全烯烴飽和），將物料中的少量烯烴完全飽和為烷烴（正丁烷和異丁烷）后，進入DIB（脫異丁烷塔）。在DIB中，將異丁烷分離后，正丁烷出來去異構化單元轉化為異丁烷，再回到DIB。DIB塔頂純度97.3%的異丁烷物料去脫氫（OLEFLEX）。

丙烷原料經(jīng)丙烷脫氧、保護床、脫汞保護床、干燥器等工序提純除雜后，進入進料脫丙烷塔，達到要求的純度后，與DIB分離得到的異丁烷合并后送入Oleflex單元。

丙烷物料和丁烷物料經(jīng)脫氫反應后，得到丙烯、異丁烯、未反應的丙烷、異丁烷、副反應生成的重組分（主要為兩分子聚合生成的一些苯環(huán)）、裂解反應生成的C1和C2，以及催化劑帶出的氯化物和注硫分解產(chǎn)生的硫化氫。這些物料首先進入接觸冷卻器將重組分除去，然后去產(chǎn)物壓縮機壓縮后，進入脫氯罐除去氯化物，再經(jīng)過干燥器除去微量的水和硫化氫，再進冷箱將氫氣分離。液體產(chǎn)品首先進行選擇性加氫（SHP），將反應產(chǎn)生的二烯烴飽和成單烯烴，然后進入產(chǎn)物分離單元。

在產(chǎn)物分離單元，丙烯產(chǎn)品外送，C4組分（包括異丁烷和異丁烯）送往MTBE裝置，丙烷被循環(huán)送回脫氫進料繼續(xù)反應，輕組分則被送往燃料管網(wǎng)。C4組分進入MTBE裝置，與甲醇混合反應生成MTBE，其中的異丁烯被反應掉，異丁烷則作為本裝置的醚后C4，循環(huán)送回脫氫裝置的C4進料部分去反應。

3 脫異丁烷塔及工藝介紹

混合丁烷先進入丁烷精制單元進行提純，將其中的微量硫和氯通過脫硫保護床脫除，再進入ORU（脫氧提純單元）進行脫氧提純，以脫除含氧化合物及水。接著進入CSP（全烯烴飽和）加氫反應器，將物料中的少量烯烴完全飽和為烷烴（正丁烷和異丁烷）。飽和后的正丁烷和異丁烷進入DIB（脫異丁烷塔）。脫異丁烷塔一方面將異丁烷源源不斷地送入脫氫反應（Oleflex）單元，經(jīng)過脫氫反應后得到異丁烯；另一方面，在塔的第112層，正丁烷餾出后通過P708送入異構化單元，在這里，正丁烷被轉化為異丁烷，而異丁烷又被送回到脫異丁烷塔進行分離。

脫異丁烷塔內(nèi)部有大量塔盤（超過100層），其用途是從設備進料以及穩(wěn)定反應塔產(chǎn)品中回收異丁烷產(chǎn)品。由于正丁烷和異丁烷的沸點非常相近，很多情況下，該脫異丁烷塔會配備多降液管塔盤，用于提供比傳統(tǒng)塔盤更高效的傳質(zhì)和更小的塔盤間距。新鮮丁烷進料會進入塔中部附近。穩(wěn)定塔的塔底產(chǎn)物或新鮮進料的進料點的選擇，取決于實際設計方案。脫異丁烷塔的進料流含有較多的異丁烷時，使用上進料點；含較少異丁烷時使用下進料點。進料流和回流通過噴頭進入塔內(nèi)。脫異丁烷塔的另一個非常重要的功能，是消除反應塔進料中的重餾分。塔底側餾分對于該功能也很重要，必須謹慎設置，要保證脫異丁烷塔側餾分中的正丁烷能夠滿足規(guī)范要求。

4 裝置現(xiàn)狀分析

脫氫裝置脫異丁烷塔的新鮮進料為MTBE醚后C4和新鮮C4。這兩股物料混合后，經(jīng)過精脫硫、脫氧、加氫飽和后，進入DIB塔的第42層塔盤。循環(huán)料由第112層塔盤抽出，異構化后返回第70層。對各路進料的組分進行對比，醚后C4中異丁烷含量為90%左右，新鮮進料C4中異丁烷含量在40%左右，循環(huán)料C4中異丁烷含量在60%左右。新鮮料中異丁烷的含量較低，根據(jù)分離原理，為得到純度較高的異丁烷，需要增加塔器的回流，進而增加了塔底的蒸汽用量，浪費了能耗。

5 模擬分析

通過模擬計算，探索通過調(diào)整進料方式實現(xiàn)節(jié)約能耗的可行性。改變烷烴脫氫DIB塔C703物料的進料方式，醚后C4走原流程，進DIB塔的第42塊塔盤，新鮮丁烷與穩(wěn)定塔塔底（經(jīng)異構化反應器后）的兩股物料混合后，進入DIB塔的第70層塔盤，模擬計算調(diào)整進料方式后C703的操作參數(shù)、能耗和產(chǎn)品，結果見表1、表2。

表1 C703關鍵操作參數(shù)調(diào)整前后對比

表2 主要物料指標對比表

從表1和表2的對比分析結果可以看出，調(diào)整進料方式后，在模擬的操作參數(shù)下，各個關鍵物流的性質(zhì)基本保持不變。進料方式變化后，主要調(diào)整的參數(shù)是回流比，回流比可由目前的6降至3.42，塔底的熱負荷相應地由11152kW降至8954kW。同時，進料方式的變化，會導致塔內(nèi)的氣液相負荷分布發(fā)生較大的變化。對調(diào)整進料方式后的DIB塔內(nèi)的水力學表現(xiàn)進行校核，結果見圖1。水力學的校核結果顯示，調(diào)整后，塔內(nèi)各段均在合理的操作范圍內(nèi)，水力學表現(xiàn)良好。

圖1 C703調(diào)整進料后水力學的校核結果

經(jīng)過模擬分析，得出如下結論：1）改變進料方式后，在保證產(chǎn)品質(zhì)量不變的前提下，C703的回流可以降低，對應的塔底負荷降低2198kW，換算成0.35MPa的蒸汽，可降低蒸汽用量 4t·h-1；2）調(diào)整后，C703塔內(nèi)的水力學表現(xiàn)良好，可以滿足分離需求；3）調(diào)整后，新鮮碳四與醚后碳四應分別進入CSP。優(yōu)化方案實施的前提，是增加1臺CSP反應器。

6 改造方案

經(jīng)模擬核算，項目的經(jīng)濟效益較好，可以節(jié)約蒸汽用量，降低裝置能耗，因此在現(xiàn)有的基礎上，將新鮮料由42層進料改為與循環(huán)料一起從70層進料。

通過數(shù)據(jù)累積分析，新鮮進料中的含氧化合物較低，經(jīng)過前路的精制后基本能達到加氫催化劑和異構化催化劑的要求，因此無需新增脫氧單元。要加強對原料指標的監(jiān)控，當出現(xiàn)異常時，通過跨線即可改回原流程。加氫精制單元需要新增設備，以去除新鮮進料中的少量烯烴。根據(jù)現(xiàn)有的設備狀況，進料罐、加氫反應器等設備可以利舊，只需將反應器進料泵更換為高揚程泵即可。新增設備為閃蒸罐、水冷器、丙烯冷卻器、進料泵各1臺，以及若干管線 (圖 2)。

圖2 改造后的裝置流程圖

7 改造效果

裝置2021年4月、5月停工，2021年7月DIB進料優(yōu)化項目投用。表3是脫異丁烷塔的蒸汽消耗表，可以看出，脫異丁烷塔的蒸汽流量由16t·h-1降低至 12t·h-1，蒸汽消耗量下降 4t·h-1。

表3 脫異丁烷塔蒸汽消耗表

通過模擬分析及核算，改變混合烷烴脫氫裝置脫異丁烷塔的進料方式，并對工藝流程進行改動后，脫異丁烷塔的分離負荷得以降低，實現(xiàn)了節(jié)能降耗，脫異丁烷塔的蒸汽消耗降低4t·h-1，經(jīng)濟效益顯著。