脫丙烷塔進料組分變化的分析與對策

摘 """""要：研究了50萬t·a^-1輕烴芳構(gòu)化裝置脫丙烷塔的進料組分會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生什么影響并如何進行調(diào)整。以實際情況為例，脫丙烷塔進料組分主要為C₃～C₅，首先進料在C₄液化氣增多時，發(fā)現(xiàn)進料量出現(xiàn)明顯上漲，在塔底溫度不變時各塔盤溫度上升，丙烷外采量增大，丙烷中C₄含量增多，丙烷含量減少，塔底液化氣中丙烷含量減少。在降低脫丙烷塔底溫度并提高靈敏板溫度后產(chǎn)品質(zhì)量恢復(fù)正常。在進料C₃以下組分增多時，脫丙烷塔進料量有小幅上漲，在塔底溫度、塔盤溫度有小幅下降，丙烷產(chǎn)品中C₂組分增多，脫丙烷塔本身不做調(diào)整，在適當降低了前端解吸塔底溫度后，丙烷產(chǎn)品恢復(fù)正常。由此分析發(fā)現(xiàn)，脫丙烷塔各點溫度與組分具有對應(yīng)關(guān)系，也是調(diào)整操作的重要依據(jù)。

關(guān) "鍵 "詞：脫丙烷塔；進料組分；產(chǎn)品調(diào)節(jié)

中圖分類號：TE624.5""""""""文獻標識志碼：A """"""文章編號：1004-0935（20202024）0×12-1955-04

輕烴芳構(gòu)化是以輕烴為原料，在催化劑作用下，將低分子的烴類直接轉(zhuǎn)化為苯、甲苯和二甲苯或汽油等輕質(zhì)芳烴。三苯是最具代表性的芳烴產(chǎn)品，已被廣泛應(yīng)用于多種化工產(chǎn)品的制備過程中，大力發(fā)展輕烴芳構(gòu)化生產(chǎn)符合傳統(tǒng)煉油企業(yè)由燃料型向化工型轉(zhuǎn)變的趨勢^[1]。

1 "裝置概況

50萬t·a^-1芳構(gòu)化裝置是由中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院（石科院）與中石化洛陽工程有限公司共同研發(fā)的移動床輕烴芳構(gòu)化裝置，以C₃～C₇為原料主要生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯，副產(chǎn)丙烷、液化氣以及富氫干氣等產(chǎn)品。原料在經(jīng)過加熱爐升溫后經(jīng)過催化劑作用，在反應(yīng)器中經(jīng)過脫氫、裂化、齊聚、環(huán)化、芳構(gòu)化等諸多反應(yīng)，生產(chǎn)混合產(chǎn)品，之后經(jīng)過吸收解吸分離得到輕組分富氫干氣，再由穩(wěn)定塔進行分餾，最終由脫己烷塔、脫丙烷塔、甲苯塔得到三苯、丙烷以及液化氣等產(chǎn)品^[2]。

脫丙烷塔由前端穩(wěn)定塔分餾后的塔頂產(chǎn)品提供進料，穩(wěn)定塔作用主要是分離C₅及以下組分。C₆及以上組分由塔底采出，液化氣、丙烷由塔頂采出供脫丙烷塔進料，其組分主要為C₃～C₅輕烴，在經(jīng)過脫丙烷塔精餾后，塔頂產(chǎn)出丙烷產(chǎn)品，塔底產(chǎn)出液化氣產(chǎn)品。脫丙烷塔在產(chǎn)品分餾系統(tǒng)中相對獨立，受到的干擾較少，控制變量也較少，因而進料組分變化是脫丙烷塔產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生波動的主要因素^[3]。

而在實際操作中，脫丙烷塔產(chǎn)品的調(diào)整主要依靠塔頂至塔底的各點溫度變化，并用塔頂和塔底產(chǎn)品流量分布來判斷精餾塔的運行情況，根據(jù)溫度、進料組分、調(diào)節(jié)塔底加熱器的蒸汽量以及塔頂回流量，來對塔的產(chǎn)品進行調(diào)整^[4]。

2 脫丙烷塔進料組分變化的影響和調(diào)整方法

目前脫丙烷塔操作壓力為1.82"MPa，進料流量約為30"t·h^-1，進料組分主要為C₃～C₅輕烴，進料溫度為75～80"℃，塔頂回流比為1.9～2.0，回流溫度為40"℃，塔底溫度控制在130"℃左右，塔底產(chǎn)品與進料進行換熱，塔底液化氣流量約為20"t·h^-1，丙烷流量約為10"t·h^-1。50萬t·a^-1輕烴芳構(gòu)化脫丙烷塔流程圖如圖1所示。

目前在實際操作中，脫丙烷塔壓力基本穩(wěn)定在1.82"MPa，不做大幅調(diào)整；回流溫度由空冷變頻控制穩(wěn)定在40"℃；回流比根據(jù)規(guī)定指標（不大于2.09）在產(chǎn)品合格的前提下盡量向下控制，在產(chǎn)品穩(wěn)定且回流比達到1.90時一般不做調(diào)整；進料流量主要根據(jù)反應(yīng)進料量以及穩(wěn)定塔頂回流罐液位進行調(diào)節(jié)；塔底液化氣流量和丙烷流量主要根據(jù)塔底液位和回流罐液位進行串級控制；塔底溫度由塔底重沸器蒸汽量與重沸器反塔溫度串級控制。

因為脫丙烷塔的作用是分離丙烷和液化氣產(chǎn)品，因此進料組分變化主要分為2種情況：一種是進料中C₃、C₄組分發(fā)生改變，另一種是進料中C₂及以下或C₆及以上組分發(fā)生變化。2種情況的調(diào)節(jié)手段不同，因此對這2種情況分開進行討論。

2.1 "進料組分中C₃～C₅組分發(fā)生改變

以實際情況為例，在2022年10月3日，輕烴芳構(gòu)化裝置引入了加氫干氣和重整干氣，干氣引入后對脫丙烷塔產(chǎn)品造成較大的影響。

2.1.1 "加氫干氣、重整干氣組分情況

加氫干氣、重整干氣中C₃、C₄組分分布如表1所示。由表1可知，加氫、重整干氣中主要含C₄及以下組分，氫氣、甲烷、乙烷、乙烯等輕組分在吸收解吸系統(tǒng)中被分離，C₃和C₄組分進入脫丙烷塔。其中重整干氣流量在0.5"t·h^-1左右，而加氫干氣流量為3～3.5"t·h^-1，因此主要受加氫干氣組分影響較為明顯。在引入干氣之前，根據(jù)脫丙烷塔塔頂和塔底產(chǎn)品分布以及穩(wěn)定塔回流組分可知丙烷與C₄及以上組分之比約為1.8∶1，而在加氫干氣中明顯比值較低，因此在引入加氫重整干氣后，脫丙烷塔進料中C₄組分相對變多，由26.121%增高至28.675%，丙烷由45.505%降低至44.693%。

2.1.2 "干氣引入后對脫丙烷塔各參數(shù)產(chǎn)生的影響

在加氫干氣、重整干氣引入后，因為碳三、碳四含量的增多，穩(wěn)定塔回流罐液位明顯上漲，隨即脫丙烷塔進料量增多。脫丙烷塔的塔底溫度控制在130"℃，由于塔底重沸器蒸汽量與重沸器反塔溫度串級控制，所以在進料增多后塔底溫度先略微降低，串級控制蒸汽量自動加大，之后塔底溫度恢復(fù)130"℃。脫丙烷塔塔頂溫度由54"℃上漲至57"℃，靈敏板溫度由60"℃增高至69"℃。塔頂空冷變頻增加，回流溫度穩(wěn)定40"℃。塔頂丙烷產(chǎn)量增加，塔底液化氣產(chǎn)量增加。

2.1.3 "干氣引入后對脫丙烷塔產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生的影響

加氫干氣、重整干氣引入后丙烷產(chǎn)品C₃、C₄組分變化如表2所示，加氫干氣、重整干氣引入后穩(wěn)定塔塔頂回流C₃、C₄組分變化如表3所示。由表2、表3可知，在干氣引入后，塔頂丙烷產(chǎn)品中丙烷體積分數(shù)下降，C₄體積分數(shù)上升，丙烷體積分數(shù)超指標，穩(wěn)定塔回流樣中C₄體積分數(shù)增加。

2.1.4 "干氣引入后脫丙烷塔各參數(shù)變化原因分析

首先干氣引入后進料量會增大，同時塔頂、塔底產(chǎn)品流量相應(yīng)增大。進料量增大后所需蒸汽量增大，因為塔底溫度串級控制，蒸汽量自動上漲而塔底溫度基本保持不變，因塔底蒸汽量增加塔的氣相熱流增大，同時因塔頂回流未做調(diào)整導(dǎo)致各塔盤溫度明顯上漲，溫度上漲從下往上傳遞至塔頂，最后由空冷變頻控制，冷卻后穩(wěn)定在40"℃。

2.1.5 "調(diào)整操作

10月4日第一次調(diào)整后丙烷和C₄回煉中C₃、C₄組分分布如表4所示。

在實際操作中，在10月4日上午首先將塔底溫度由130"℃降至127"℃左右，稍加回流量，將靈敏板溫度由69"℃降至65"℃，結(jié)果在當日16：00丙烷產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)丙烷體積分數(shù)上升，C₄體積分數(shù)下降，但液化氣產(chǎn)品中丙烷體積分數(shù)上漲較多，超過指標，之后又逐步增加塔底溫度至128.5"℃，靈敏板溫度降至63.5"℃，塔頂溫度降至54"℃后，第二日20：00丙烷及液化氣產(chǎn)品均合格。

2.1.6 "調(diào)整結(jié)果分析

脫丙烷塔的調(diào)節(jié)手段主要為塔底蒸汽量和塔頂回流量，首先因進料量增大，精餾塔負荷增大，蒸汽量和回流量理應(yīng)增加，但因為進料中C₄組分明顯上漲，C₃組分下降，每噸進料中蒸發(fā)C₃所需要的蒸汽量減少，而且因為C₄組分增多，塔底液化氣的組分相對變輕，塔底溫度理應(yīng)降低，因此在操作塔底蒸汽量時不能單純地以進料量為依據(jù)進行調(diào)節(jié)，而要根據(jù)組分適當降低塔底溫度。

對于塔盤溫度同樣不能按照之前的溫度控制，因進料中重組分增加，丙烷塔精餾段相對變短，丙烷塔的平衡點要相對上移，上部塔盤各層溫度需要略微上漲，丙烷塔靈敏板溫度直接由回流量控制，在調(diào)節(jié)時需要根據(jù)組分適當提高靈敏板溫度，調(diào)整后丙烷產(chǎn)品組分與干氣引入前組分相近，因此塔頂溫度也與之前相近，都在54"℃左右，這也是調(diào)整回流量的主要參考依據(jù)。

2.1.7 "丙烷塔調(diào)整注意事項

1）對于進料組分的變化，要提前進行分析，判斷組分對精餾塔的影響，并提前進行調(diào)整，以免造成產(chǎn)品質(zhì)量波動。

2）丙烷塔盤溫度主要受到塔底蒸汽量和塔頂回流量影響，但因為丙烷塔進料換熱器的存在，塔底溫度的變化會對進料溫度產(chǎn)生影響，進而影響塔盤溫度，例如提高塔底蒸汽量時，塔底溫度上升，塔盤溫度上漲，而塔底溫度上漲又造成進料溫度上漲，又對塔盤溫度造成二次影響，最終導(dǎo)致塔盤溫度上漲幅度較大。因此，調(diào)節(jié)塔底溫度時要緩慢，并注意進料溫度變化。

3）在實際調(diào)節(jié)中，塔頂回流流量相對塔底溫度更便于調(diào)節(jié)，塔底溫度的調(diào)節(jié)周期較長，因而在調(diào)節(jié)回流時應(yīng)該在塔底溫度、蒸汽流量穩(wěn)定時再進行調(diào)節(jié)。

4）當組分發(fā)生變化時，不要過于追求一步到位，要根據(jù)進料、產(chǎn)品分析結(jié)果逐步調(diào)整，以免產(chǎn)品質(zhì)量大幅波動。

2.2 "進料組分中C₃以下、C₅以上組分發(fā)生改變

以實際情況為例，在2022年6月13日，解吸塔從13：00開始塔頂溫度降低，16層塔盤溫度降低，解吸氣量降低，波動后脫丙烷塔進料C₂組分增多，脫丙烷塔丙烷產(chǎn)品受到影響。

2.2.1 "脫丙烷塔進料組分變化

解吸塔波動前后穩(wěn)定塔塔頂回流C_２、C_３組分變化如表5所示。由表5可知，脫丙烷塔進料中C₂組分上漲，Ｃ₃組分下降

2.2.2 解吸塔波動后對脫丙烷塔各參數(shù)的影響

解吸塔波動后，脫丙烷塔在當日18：00左右塔頂溫度、塔底溫度以及靈敏板溫度均開始下降，塔頂溫度由54.4"℃降至53.3"℃，靈敏板溫度由63.7"℃降至58.8"℃，塔底溫度由130"℃降至126"℃。

2.2.3 組分變化后對丙烷產(chǎn)品的影響

解吸塔波動前后丙烷產(chǎn)品中C_２、C_３組分變化如表6所示。由表6可知，進料C₂組分增多導(dǎo)致丙烷產(chǎn)品中乙烷、乙烯體積分數(shù)上漲，丙烷、丙烯體積分數(shù)略有下降

2.2.4 解吸塔波動導(dǎo)致脫丙烷塔變化原因分析

解吸塔上段溫度降低，而解吸量也相對正常狀態(tài)有所下降，判斷出解吸塔的解吸效果變?nèi)?，塔頂組分變輕，本應(yīng)從塔頂解吸出去的C₂組分有一部分留在塔底沿后路最終進入脫丙烷塔，造成丙烷塔進料中C₂組分增加。C₂組分增加后進料組分變低，脫丙烷塔塔底蒸汽需求量增大，但當時脫丙烷塔塔底蒸汽量手動控制，因此組分變化后蒸汽量不足以蒸發(fā)所有C₃及以上組分，導(dǎo)致塔底溫度降低，而進料中C₂組分增加又使脫丙烷塔精餾段變長，丙烷產(chǎn)品組分也變輕，導(dǎo)致靈敏板溫度和塔頂溫度降低。

因為是C₂組分超標，脫丙烷塔沒有能力將C₂去除，所以調(diào)整方法主要還是恢復(fù)解吸塔波動。手動提高解吸塔塔底蒸汽量，增強解吸效果，之后解吸塔頂溫度、16層塔盤溫度以及解吸氣量逐步回升，最終C₂組分下降至控制范圍，產(chǎn)品合格。解吸塔調(diào)整后丙烷產(chǎn)品組成如表7所示。

2.2.5 ""解吸塔調(diào)整注意事項

1）解吸塔調(diào)整后需要較長時間后丙烷產(chǎn)品才發(fā)生變化（大約需要6～8"h），所以調(diào)整周期較長，在調(diào)整后采樣要注意時間，以免被分析數(shù)據(jù)誤導(dǎo)。

2）解吸塔調(diào)整時要注意解吸塔頂干氣組分變化，在丙烷合格的前提下，不要使解吸塔過度解吸，以免造成丙烷損失、能耗增加。

3 "結(jié)果討論

3.1 "如何判斷脫丙烷塔進料組分變化

進料組分變化最直觀的表現(xiàn)就是進料樣品的化驗分析數(shù)據(jù)，但因采樣頻次的限制，無法靠化驗數(shù)據(jù)來實時掌握組分變化，因此脫丙烷塔的參數(shù)變化就是判斷組分變化的主要依據(jù)。從理論分析和實際參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)丙烷塔各點的溫度可以大致反映出組分的變化情況，在壓力穩(wěn)定的情況下，溫度可以體現(xiàn)組分，溫度越低組分越輕，溫度越高組分越重。

3.2 "組分變化時如何調(diào)節(jié)

在了解進料組分變化后，便可根據(jù)丙烷塔各點溫度先進行初步調(diào)節(jié)，丙烷產(chǎn)品由于指標控制，在產(chǎn)品合格時各組分分布相對穩(wěn)定，因此無論進料組分如何變化，產(chǎn)品合格后塔頂溫度基本不變，這也是初步調(diào)整時重要的參考依據(jù)。初步調(diào)整的幅度也不宜過大，每調(diào)整一次待產(chǎn)品穩(wěn)定后采樣分析，再根據(jù)化驗結(jié)果逐步調(diào)整，直至產(chǎn)品合格。

3.3 "如何避免進料組分變化導(dǎo)致產(chǎn)品不合格

上述2個實例都出現(xiàn)了產(chǎn)品不合格情況，除了進料組分變化影響，內(nèi)操調(diào)整過晚也是造成產(chǎn)品不合格的因素。只根據(jù)化驗數(shù)據(jù)來進行調(diào)整通常會來不及，所以每當裝置發(fā)生變化時，要分析是否對進料組分產(chǎn)生影響，再根據(jù)脫丙烷塔各點溫度、流量變化及時進行調(diào)整，不能過度依賴化驗分析結(jié)果。

4 "結(jié) 論

首先，以理論和實際結(jié)果來分析進料組分變化時脫丙烷塔的參數(shù)變化和調(diào)整方法，其中溫度與組分的對應(yīng)關(guān)系同樣可以應(yīng)用在其他精餾塔或分餾系統(tǒng)中，同時精餾塔產(chǎn)品的影響因素也不只進料組分這一個條件，塔壓、進料點、塔盤設(shè)計、取熱方式等都會對最終的精餾產(chǎn)品造成影響，這些條件同樣也值得深入研究。雖然每個精餾塔設(shè)計不同，但運行基本原理相同，根據(jù)一個精餾塔的分析結(jié)果便可舉一反三應(yīng)用在多個裝置當中。其次，雖然有理論的支持，精餾塔仍然要依靠操作人員根據(jù)實際情況進行調(diào)整，該文對操作方法的討論也可以與其他精餾塔操作方法互相參考，總結(jié)經(jīng)驗，提高操作人員的技能水平。

參考文獻：

［[1］]"李成棟.催化重整裝置技術(shù)問答（修訂版）[M].北京：中國石化出版社，2005.

［[2］]"馬沖.，董晨，，張金行，，等.國內(nèi)首套煤基石腦油連續(xù)重整裝置開工及運行分析[J].煉油技術(shù)與工程，，2021，，51（07）：（7）：1-4.

［[3］]"李鳳嶺.，胡云峰.連續(xù)重整裝置脫C_{_6}精餾塔工藝模擬與優(yōu)化[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，，2021，，39（05）：（5）：326-329.

［[4］]"徐承恩.催化重整工業(yè)與技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2006.

Analysis and Countermeasures of Feed Composition

Change in Depropanizer

ZOU Yang

（CNOOC Ningbo Daxie Petrochemical Co.，"Ltd.，"Ningbo"Zhejiang"315812，"China）

Abstract：""The influence of feed composition on product quality of depropanizer in 500 kt·a^-1"hydrocarbon aromatization unit and how to adjust it were studied. Taking the actual situation as an example， the feed components of the depropanizer are mainly C₃～C₅. At first， when the C₄"liquefied gas is increased， it was found that the feed rate increased obviously. When the temperature at the bottom of the tower was constant， the temperature of each tray increased， the propane output increased， the C₄"content in propane increased， the propane content decreased， and the propane content in the liquefied gas at the bottom of the tower decreased. After reducing the bottom temperature of depropanizer and increasing the temperature of sensitive plate， the product quality returned to normal. When the components below C₃"in the feed increased， the feed rate of propane tower increased slightly， while the temperature at the bottom of the tower and tray decreased slightly， while the C₂"component in the propane product increased. The depropanizer itself was not adjusted， and the propane product returned to normal after the bottom temperature of the front-end absorption tower was properly reduced. From this analysis， it was found that the temperature at each point of the depropanizer had a corresponding relationship with the components， which was also an important basis for adjusting the operation.

Key"words：" Depropanizer;"Feed"components;"Product"adjustment;