脱丁烷塔改造及运行分析

脱丁烷塔改造及运行分析
摘要：详细介绍了首套煤制烯烃项目脱丁烷塔运行原理及改造背景，结合上游原料关键组分含量和下游MTBE产品中重组分含量分析改造的必要性及设计需求，并对改造后的脱丁烷塔进行工艺参数优化，达到降低混合C4损失、满足碳四装置原料需求的目的。

关键词：脱丁烷塔改造混合C4损失重组分
一、项目介绍
神华包头煤制烯烃项目烯烃分离装置采用的是美国Lummus公司的前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术，将来自甲醇制烯烃装置的产品气通过三级压缩、酸性气体脱除、洗涤和干燥后，在高、低压脱丙烷塔进行初次分离。

高压脱丙烷塔顶物流经产品气四段压缩后送至脱甲烷塔，其塔顶产品主要是甲烷，经冷箱换热后得到燃料气。

高压脱丙烷塔底物流送至脱丁烷塔，得到C5以上产品和混合C4产品。

脱甲烷塔底物流送至脱乙烷塔进行C2和C3分离，塔顶C2进入乙烯精馏塔塔，塔顶产品即为聚合级乙烯产品。

塔底C3进入丙烯精馏塔，塔顶馏分便是聚合级丙烯。

聚合级的乙烯和丙烯产品分别送入聚乙烯装置和聚丙烯装置作原料，混合C4送至C4装置作为深加工原料。

同时，随着原油价格上涨、能源消费结构的变化、加工技术的进步，混合碳四作为石油化工基础原料用于生产具有高附加值的精细化工产品和合成橡胶等技术已成为石油化工研究和投资热点[1]。

因此，为了有效降低脱丁烷塔釜物料中的碳四损失，增加混合碳四产量，同时保证混合碳四质量满足下游装置原料需求，我公司经分析决定对脱丁烷塔进行改造。

二、脱丁烷塔改造
1.脱丁烷塔运行原理
脱丁烷塔为板式塔，塔内安装有47块塔盘，塔径1100mm，塔高为29000mm，进料口在28块塔盘上，塔顶设有热旁路调节塔压，塔釜设有蒸汽再沸器。

脱丁烷塔（160T605）从C5’s及更重的组分中分离出C4，s组分。

脱丁烷塔的进料来自低压脱丙烷塔（160T502）塔釜。

从界区外来的混合C4’s物流作为回流的补充。

脱丁烷塔顶采出C4产品送往烯烃罐区，作为碳四装置原料储备。

塔釜采出C5+产品送往烯烃罐区，作为副产品外卖。

设计中混合C4中C5+含量不高于5wt%，混合C5中C4-含量不高于2.5wt%。

脱丁烷塔的压力通过两个压力调节器进行控制。

第一个压力调节器PC-661通过分程控制去脱丁烷塔塔顶冷凝器（160E617）冷却水的量（A阀）和热旁通量（B阀）来控制塔压。

当第一个压力调节器不能阻止塔压持续上升时，则第二个压力调节器将打开脱丁烷塔回流罐（160V605）顶部的压力调节阀PC-660将物料排放到火炬系统。

C4产品中的C5+组分含量通过调整总回流量来控制。

总回流量是来自碳四转化装置的返回混合C4进料量FC663和来自脱丁烷塔回流罐（160V605）的部分物料量FC-657的和。

C4产品在流量FC-656控制下，通过脱丁烷塔回流泵（160P610A/B）送到烯烃罐区C4产品储罐，C4产品的采出量FC-656受脱丁烷塔回流罐液位LC-637的串级控制。

在C4产品采出线上设有分析仪表AI-611，以监控C3’s 和C5’s组分的含量。

来自碳四转化装置的返回混合C4进料正常进料到脱丁烷塔的第1层塔盘。

然而，如果脱丁烷塔的C4产品中的C5’s组分含量不合格，则返回混合C4进料也可以调整到第28层塔盘进料。

脱丁烷塔再沸器（160E618A/B，一台运行，一台备用）的加热介质是脱过热的低压蒸汽，低压蒸汽的温度TC-661由调节阀TV-661调节除氧水注入蒸汽管线上的减温器（160M801）的量进行控制，低压蒸汽的流量FC-655受脱丁烷塔灵敏板温度TC-662的串级控制。

控制脱丁烷塔（160T605）的灵敏板温度是为了控制塔釜C4’s组分的含量。

脱丁烷塔再沸器（160E618A/B）及其凝液罐（160V606）的液位由LC-636来调整对换热器的换热面积及换热效果进行控制，在塔釜采出线上设有一台在线分析仪表AI-610，以检测塔釜产品中的C4组分的含量。

脱丁烷塔釜产品采出的流量FC-659受塔釜液位LC-635的串级控制。

图1为该项目脱丁烷塔工艺控制图。

2.改造前运行状况
该项目设计能力为60万吨聚烯烃产品，以乙烯：丙烯为1.0工况为例，设计中各产品乙烯：丙烯：C4：C5为12：12：4：1，即按设计能力计算，脱丁烷塔的处理能力为15.6t/h，而综合煤制烯烃项目运行4年来的数据，在甲醇制烯烃装置高负荷平稳运转状态下乙烯：丙烯：C4：C5为7：7：2：1，即实际处理能力为16.9t/h，超过设计负荷，不能有效将混合C4、C5产品进行分离，产品纯度不能满足现碳四装置生产需求。

塔系统的操作与调整应遵循操作压力相对恒定，灵敏板温度比较稳定，回流量、进料量、进料温度和进料组成相对稳定的原则[2]。

故为了确保下游装置中MTBE等产品的质量，对脱丁烷塔塔顶混合C4产品中C5组分的含量必须严格控制，而塔釜产品中的C4 组分则相对容易除去。

这样在实际生产中，特别是在长周期高负荷生产时，为达到这一目的而被迫采取损失部分混合C4组分的操作方法，采用降低釜温以及适当加大回流比等措施。

混合C4中C5+含量设计值为0.5wt%。

参看表1改造前（即2013年7月检修前）同负荷下脱丁烷塔运行数据，塔釜温度和回流量与设计值偏差较大，说明塔釜物料混合C5中C4组分含量偏高，导致整体塔提馏段的操作温度偏低。

表2为同期原料产品气中主要组分含量。

由于煤制烯烃项目生产的混合碳四中异丁烯含量较低，MTBE产品产量相对较小，在下游生产MTBE产品的过程中，混合碳四中携带的低浓度未分离的C5+组分将会在MTBE产品中聚集，导致其MTBE产品中重组分严重超标。

原料中
C5+组分所含的不饱和烃（主要为2-甲基-丁烯-1、2-甲基-丁烯-1）在该催化剂床层与甲醇发生反应生成副产物甲基叔戊基醚也进入产品中。

甲基叔戊基醚的存在对产品的颜色质量都有一定的影响，改造前MTBE产品呈淡黄色，主要原因也是由于产品中的重组分含量偏高所导致。

通过上述分析可见，脱丁烷塔分离能力已不能满足下游原料需求，导致其产品中重组分超标，脱丁烷塔的改造是改善下游产品质量的唯一有效手段。

3.改造内容
为了从根本上减少脱丁烷塔釜液中混合C4的损失，保证塔釜和塔顶产品质量，提高混合C4收率，该煤制烯烃项目烯烃分离装置在检修期间对脱丁烷塔进行了技术改造。

经某设计院设计计算，考虑脱丁烷塔负荷较大将原塔径1100mm 更改为1700mm，塔盘数由原设计47块改为60块，回流管线由原1.5寸改为3寸以满足回流比增大的要求，原塔设计压力不变，结合之前运行数据塔釜温度改为93℃，按照实际运行数据，C4与C5以上组分质量比为2.5，最终产品要求塔顶C4产品中C5含量小于0.1wt%，C3含量小于0.5wt%，塔釜C5产品中C4含量小于0.5wt%。

回流罐、回流泵、产品输送泵等利用原有设备，所有仪表利旧。

4.改造后运行情况
检修后装置投产运行，取同样负荷下数据与改造前进行对比，参看表1中改造（即2013年7月检修后）前、后脱丁烷塔运行工艺参数数据。

因上游装置产品气中碳四、碳五组分含量不固定（可参看表2同期原料中关键组分含量，表中数据仅作参考），用以分析脱丁烷塔改造效果。

表中数据可以看出，脱丁烷塔改造后，塔釜物料混合C5+中C4组分明显减少，说明有效组分混合C4损失明显降低，达到预期效果，但同时可以看出，混合C4损失同样受上游原料中碳四、碳五组分含量影响，操作时应关注同期产品气组成，相应调整脱丁烷塔灵敏板温度，达到降低碳四损失的目的。

而塔顶产品混合C4中C5+含量大幅下降，对比碳四装置产品MTBE中重组分含量，可见脱丁烷塔改造后混合C4已满足其原料要求。

三、结论
精馏塔操作的基本要求是在连续定态和最经济的条件下处理更多的原料液，达到预定的分离要求或组分的回收率，即在允许范围采用较小的回流比和较大的再沸器传热量[3]。

脱丁烷塔改造后，保持进料各参数和塔的操作压力不变，同时将塔釜温度控制在90～95℃指标范围内，实际操作中控制在83℃左右，回流量由10t/h增加至16t/h，经过这些调整，脱丁烷塔的操作状态得到了有效改善，碳四产品中碳五含量可以控制在1000ppm以内，塔顶和塔釜产品质量得到了提升，有效减少了塔釜物料中混合C4的损失，提高了混合C4的收率，同时下游碳四装置MTBE产品质量明显提升。

参考文献：
[1]张甫，易金华，雷元柏，章志平，任颖. 我国混合碳四的化工利用现状及
发展前景[J].化工生产与技术，2011年第18卷第4期：46-52.
[2]王晓红.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2009：160-163.
[3]李广华，何细藕，盛在行.乙烯技术水平分析及节能措施[J].石油化工，2009，38（2）：120-121.。