气体分馏装置优化运行技术措施

黄富*张杨彭国峰朱连盷

（中国石油四川石化有限责任公司生产一部，四川成都611930）

摘要:中国石油四川石化60万吨/年气体分馏装置采用四塔流程，利用催化液化裂化液化气作为原料，主要产品为化工原料精丙烯。针对其工艺技术及运行情况，对脱丙烷塔、丙烯精馏塔、脱异丁烷塔塔顶空冷进行改造，提高其冷却效果；对机泵密封进行改造，避免机封泄漏；控制气分原料流量的稳定，与催化进行合理热联合，防止生产波动；定期实施泄露检测修复技术，及时将处理泄漏点等措施,以减少丙烯损失。在保证主要产品丙烯纯度高于99.6%的条件下，提出了气体分馏装置较好的工艺条件及优化措施，丙烯收率从91.2 %升高97.3 %，提高6.1个百分点，减少了公用工程用量,能耗从58.4千克标油/吨降低至53.8千克标油/吨,装置能耗降低了4.6千克标油/吨，显著提高了经济效益。

关键词: 气体分馏;丙烯;优化措施;收率

Optimization of Process Conditions for Gas Fractionation Unit

Huang Fu Zhang Yang Peng Guofeng Zhu Liantian

(Production DivisionⅠ, PetroChina Sichuan Petrochemical Co., Ltd. , Chengdu 611930,

P.R.China)

Abstract：The technology and operation situation of the 600Kt/a gas fractionation unit of PetroChina Sichuan Petrochemical plant was analyzed. The cooling effect of the evaporative coolers on the top of depropanizer, propylene rectifier, deisobutanizer was improved.The mechanical seal of the pumps was transformed to avoid leakage. The flow of raw materials and heat from the FCC unit was controled stable to prevent the production fluctuations. In addition, the technology of LADR was used for timely finding leaks. The measures above were taken for reducing the propylene losses.Under the conditions of the major product of the propylene purity higher than 99.6% , the optimization method for reducing propylene loss and unit energy consumption was proposed and realized. The results showed that the optimization method was practicable and the yield of propylene was increased by 6.1%, the energy consumption was decreased by 4.6 KgEO/t.

Key words:gas fractionation; propylene; optimization measures; yield

中国石油四川石化有限责任公司60万吨/年气体分馏装置于2014年建成投产。气体分馏装置的主要任务是利用精馏原理，将催化裂化装置生产出的液态烃，经过脱硫和脱硫醇后，再经脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精馏塔、脱异丁烷塔分离成不同的馏分。丙烯精馏塔塔顶分离出来的纯度99.6%以上的精丙烯为气体分馏装置主要产品。

1 气体分馏装置主要运行参数及工艺流程

收稿日期：2015—06—15

作者简介：黄富（1984—），男，硕士，工程师，2009年毕业于中国石油大学(北京)应用化学专业，主要从事重油催化裂化装置生产管理工作，已发表论文9篇，联系电话：028-********，E-mail：huangf-scsh@https://www.360docs.net/doc/b34942112.html,。

*通讯联系人

由表1 、图1可知,液化气由热水、凝结水预热到61℃,由泵打入脱丙烷塔C1001 ,操作压力1.75MPa ,塔顶温度47 ℃,塔顶产物为乙烯、乙烷、丙烷和丙烯的混合物, 塔底产物C4 、C5 组分进入脱异丁烷塔C4001；塔顶馏出物进入脱乙烷塔C2001 ,在压力为2.5MPa 、塔顶温度60℃下操作,塔顶主产物为乙烷,塔底产物主要为丙烷和丙烯。C2001 的塔底产物进入丙烯精馏塔C3001 ,操作压力1.7 MPa ,塔顶温度43℃，C3001 的塔顶产物为精丙烯,纯度为99.6%（V）以上,塔底主产物为丙烷。脱异丁烷塔C4001 ,操作压力0.62MPa ,塔顶温度为52.5℃, C4001主要分离轻重碳四。操作压力、温度、回流比等对装置产品收率、能耗等影响较大[1]。在此操作条件下，气体分馏装置运行平稳，丙烯纯度高达99.88%，丙烯收率达到了97.3%，均好于设计值：丙烯纯度99.60%，丙烯收率97.0%。

表1 主要运行参数

脱丙烷塔顶压力MPa 1.75

脱丙烷塔顶温度℃46.7

脱丙烷塔底温度℃103.8

脱乙烷塔顶压力MPa 2.5

脱乙烷塔顶温度℃59.8

脱乙烷塔底温度℃64.1

丙烯精馏塔顶压力MPa 1.7

丙烯精馏塔顶温度℃43.1

丙烯精馏塔底温度℃53.6

脱异丁烷塔顶压力MPa 0.620

脱异丁烷塔顶温度℃52.5

脱异丁烷塔底温度℃61.1

图1 工艺流程

Figure 1 Process

2 气体分馏装置的优化运行措施

2.1 塔顶空冷改造

气体分馏装置共有表面蒸发空冷15台，其中脱丙烷塔顶3台，丙烯精馏塔顶8台，脱异丁烷塔顶4台。由于空冷水泵入口以及空冷喷头经常堵塞，几乎每天需要清理。这些堵塞物主要是昆虫（或残存尸体碎片）和灰尘，将水泵入口管线加长、增加过滤箱和金属过滤网、提高入口管线高度等实施改造，改造措施如表2所示。改造后，提高塔顶空冷喷头喷水效果、减少了清洗喷头频次，提高塔顶冷却效果,使得操作方便灵活,操作弹性大。除此之外，减少了脱丙烷塔顶、丙烯精馏塔顶和脱异丁烷塔顶循环水用量减少了20%，循环水能耗从3.39千克标油/吨（原料）降至2. 70千克标油/吨（原料）。

表2 水泵入口改造

Table 2 Transformation of the circulating pumps

项目改造前改造后入口过滤网没有三层（目数为20目）

入口过滤箱没有1m长过滤箱（目数为36目）

入口管线长度0 30cm

入口管线高度0 8cm 清理频率（8月份）1天12天

为彻底解决机泵入口及喷头堵塞问题，提出了如下改造方案：

对现有喷淋系统进行改造，采用集中供水循环系统，将15台空冷器喷淋系统合并，整体设喷淋水缓冲罐、喷淋水泵、在线自动反冲洗过滤器组成，采用孔径较大的喷头，喷淋回

水全部进入缓冲罐静置过滤，由喷淋水泵送至喷淋喷头，同时在喷淋水缓冲罐设置自动补水系统，其中缓冲罐内设有喷淋水静置堰板及污水收集液包，并进行定期排污，喷淋系统回水进入缓冲罐，经过静置后由喷淋水泵（一开一备）送至喷淋喷头。并在水泵出口管线上设置在线自动反冲洗过滤器（一开一备）。为保证系统内循环水量稳定，循环水系统采用自动补水系统。为了能够满足夏季高温工况下空冷器工艺性能的需求，增加了系统总循环水量。目前此种方案正在实施中。

2.2 含有乙烷介质机泵密封方案改造

含有相对较多乙烷的机泵有原料泵、脱丙烷塔回流泵、脱乙烷塔进料泵、丙烯精馏塔顶回流泵等8台机泵，这些机泵采用串联式干气密封，密封冲洗方案为PLAN 11+72+76。这8台泵的机封在运行过程中经常损坏而更换机封，尤其是脱乙烷塔回流泵，含有较高的乙烷，容易机封失效导致液化气泄漏事故，不仅造成经济损失，也带来安全隐患，因此按照表3所示，对输送介质中含有乙烷的机泵实施了改造。

表3 机封失效原因分析及改造措施

Table 3 Analysis of causes for failure of mechanical seal and improvement

measures

序号密封零件失效描述密封失效原因分析改造措施

1 大气侧干气密封静环（碳化硅环）

粉碎性碎裂，为干摩擦发热导致的

热裂

介质侧密封动环端面

干摩擦过度磨损，介

质侧密封磨损后的石

墨粉末及杂质随密封

气（氮气）进入到大

气侧干气密封端面引

起密封端面的污染，

导致不能正常形成气

膜造成干气密封动静

环的干摩擦损坏

增大PLAN11方案的

自冲洗流量，扩大自

冲洗管线上节流孔板

的孔径从3.5mm扩至

7mm，降低密封腔体的

温升和发热，防止端

面润滑不佳导致密封

端面的局部干摩擦，

避免温升过高造成部

分物料结垢、结焦阻

塞动环的正常补偿。

大气侧干气密封动环（石墨环）端

面磨损严重

介质侧密封动环（石墨环）端面干

摩擦磨损严重

改造之后，运行7个月以来，没有发生过机封泄漏，效果十分明显。

2.3 低负荷运行进料改由罐区供料

气分装置主要设备是精馏塔，流量、温度、压力的微小波动很容易导致生产大幅度波动，在低负荷以及催化生产不稳定条件下，气分原料供料方式由催化改为罐区直供料，也即催化的液化气送至罐区，由罐区给气分装置供料。由于受全厂影响，气体分馏装置由原料流量很不稳定，由于气分原料罐区压力较高，气分原料从罐区来和返至罐区管线没有起到应有的作用，气分操作很容易受催化来原料量波动的影响。由于采用罐区供料方式，不仅实现了气分原料流量不受外来影响而平稳运行，也实现了气分装置在低于40%负荷下，机泵运转控制在最小流量上，实现了长周期稳定运行，对产品收率几乎没有影响。

2.4 与催化装置热联合

2.4.1 与催化热水进行热联合

气分装置脱乙烷塔和丙烯精馏塔采用催化装置来热水加热，催化热水不够或者富余可通过气分装置补水线从公用工程来或者至公用工程，如图2所示[2]。与催化装置进行热联合后，催化用公用工程来热水较少，催化将气分低温热水57℃提高至高温热水88℃，气分将高温热水88℃变为低温热水57℃, 流量在1100t/h左右,实现了催化-气分热联合热水温度、流量平衡的目的，热水温度基本不受外来热水影响，保证了催化装置和气分装置平稳运行。

气分补水线

热水循环泵

图2催化-气分热水流程简图

Figure 2 Flow diagram of hot water

2.4.2 与催化顶循环油进行热联合

气分装置脱丙烷塔、脱异丁烷塔底各有两台重沸器，分别用催化顶循环油和0.4MPa蒸

汽作为热源。气分装置充分利用催化顶循作为气分脱丙烷塔、脱异丁烷塔底重沸器热源，尽量减少0.4MPa蒸汽使用，根据催化顶循环油温度、流量变化及时调整催化顶循环油进气分流量，最大化利用顶循环油热源。经过优化运行后，气分装置0.4MPa蒸汽用量从9.03t/h 降低至6.97t/h，按照0.4MPa蒸汽价格150元/t,每月可节省22.25万元。

2.5 实施泄漏检测修复(LDAR)技术

LDAR [3][4]全称是Leak Detection And Ｒepair，即“泄漏检测与修复”。气体分馏装置属于高压装置，液化气容易泄漏挥发，不易察觉。实施LDAR技术后，用便携式分析仪每月定时对气体分馏装置阀门、法兰、设备等密封点进行检测，及时发现各种泄露点累积11个，其中各塔、罐放空阀内漏达6个。及时对泄露点采取局部隔离更换垫片、打卡子以及将各塔、罐放空阀后加上盲板等措施，彻底消除静密封点泄漏、放空阀内漏等，减少产品损失和减少环境污染。

2.6提高丙烯收率其他措施

将丙烷质量也纳入考核体系，并将其指标定为99%，丙烷中丙烯夹带量显著减少；脱乙烷塔的回流罐顶C2含量随着压力升高而增大，丙烯含量减少，将脱乙烷塔顶压力从2.4MPa 提高至2.5MPa，加大脱乙烷塔顶冷却器循环水流量，将脱乙烷塔回流比控制在1.1-1.5，大大减少脱乙烷塔顶不凝气排放次数，降低不凝气中丙烯含量；采用催化裂化装置吸收稳定系统和气体分馏装置联合优化工艺对装置进行优化调整,通过优化催化裂化吸收稳定系统的操作条件,降低液化气中的乙烷含量。目前，气分原料中C2含量仅为0.01%（V），远远低于设计值3.0%（V ），从源头降低了C2含量，减少因排放C2不凝气而导致丙烯等损失。

3 优化运行前后物耗、能耗

气体分馏装置加工负荷46t/h左右,加工原料全部来自本厂重油催化裂化装置产液化气。通过对气体分馏装置运行数据进行采集整理，优化运行前后，物耗、能耗情况如表四所示。

表四优化前后物耗、能耗情况

Table 4 Comparison on material consumption, energy consumption between Before

and after optimization

优化前优化后指标名称

月耗实物量(t) 能耗（KgEO/t）月耗实物量(t) 能耗（KgEO/t）生产水175 0.00 0 0.00

循环水932437 3.39 743104 2.70

脱盐水26034 2.18 20944 1.75

电1019759 8.66 813487 6.91

1.2MPa蒸汽0 0.00 0 0.01

0.4MPa蒸汽7414 17.78 5718 13.71

仪表风132698 0.18 123220 0.17

工业风76061 0.08 49301 0.05

输入热741475 26.94 801510 29.12

蒸汽凝液6501 -0.80 5018 -0.62

装置综合能耗58.40 53.8 * KgEO/t也就是千克标油/吨（气分原料）

优化运行后，脱丙烷塔顶、丙烯精馏塔顶、脱异丁烷塔顶表面蒸发空冷效果较好，因此循环水冷却器循环水用量减少，单耗降低了0.6 KgEO/t；表面蒸发空冷使用除盐水蒸发冷却塔顶物料，由于清洗水箱次数减少，空冷水箱排水次数和排水量大大减少，从而导致除盐水用量减少，单耗降低了0.43 KgEO/t；由于表面蒸发空冷效果较好，空冷水泵及空冷电机运行台数减少，从而减少用电量，单耗降低了1.75 KgEO/t。

由于与催化进行合理热联合，充分利用催化裂化来热水及顶循环油作为气分热源，降低了0.4MPa蒸汽用量，因此0.4MPa蒸汽单耗降低了3.91 KgEO/t，催化裂化来输入热增加了2.18 KgEO/t。

对气体分馏装置进行优化运行后，装置综合能耗从58.4 KgEO/t下降至53.8KgEO/t，能耗降低了4.6 KgEO/t ，下降率为7.88%。

4结论

对气体分馏装置运行情况进行优化后,通过实际生产表明, 在保证产品丙烯纯度高于99.6 %（V）的条件下,丙烯收率从91.2 %升高97.3 %，提高了6.1个百分点。各塔热负荷的总和明显小于优化前热负荷的总和, 减少了公用工程用量,能耗从58.4千克标油/吨降低至53.8千克标油/吨,降低了4.6千克标油/吨，极大地提高了经济效益。

参考文献

[1] 景立新, 吴大可.气体分馏装置丙烯精馏塔操作条件的优化[J].贵州工业大学学报(自然科学版)，2005，34（1）：64-67.

[2] 黄富，范江涛，张杨,等.重油催化裂化装置开工事故分析[J].石油石化节能与减排,2014,4(4):7-11.

[3] 鲁君, 李莉, 林立,等.挥发性有机化合物气体泄漏检测与修复技术[J].化工环保，2011，31（4）：323-326.

[4] 陆鹏宇. 炼化企业开展LDAＲ工作必要性探讨[J].石油化工安全环保技术，2013，29（5）：21-26.