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一种高低压脱丙烷塔改造方案

范文

赵唯辛江吴德娟刘骁

摘 ?????要：以某顺序流程乙烯装置中高低压脱丙烷系统为研究对象，分析了原设计双塔耦合操作困难的原因。同时由于此系统进料组成和流量发生变化，给出一种改造方案，以解决进料组分改变和原系统操作难度大的问题。最终的改造方案对原系统改动量少，投资较小，也使操作会变得相对容易。

关 ?键 ?词：乙烯装置;高低压脱丙烷塔;改造

中图分类号：TQ 221 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）08-1862-04

Abstract： Taking the high and low pressure depropanizer system in an ethylene unit as the research object， reasons for the difficult operation of the original system were analyzed. A solution was put forward based on the change of feed composition and flow to solve the difficulty in the operation. The final optimization scheme needs less transformation to the original system and less investment， and it can make the system operation more easy.Key words： Ethylene plant; High and low pressure depropanizer; Optimization

在采用顺序流程的乙烯装置中，丁二烯等不饱和烃在脱丙烷塔中含量较高，在正常的操作条件下，缓慢进行热聚合和自由基聚合反应，长时间运行会造成塔釜聚合堵塞[1]。设置高、低压脱丙烷塔两个塔，其主要目的是为了降低脱丙烷塔塔釜温度，减少丁二烯聚合[2]。现某乙烯装置由于原料变化而进行改造，现场反映原高、低压脱丙烷塔双塔存在内循环量大，高压脱丙烷塔塔釜容易结焦聚合，低压脱丙烷塔存在塔釜易夹带碳三组分等问题，操作难度大。此次改造，由于进料量增加，組分发生变化，使这些问题变得更加恶化，影响装置长周期运行。文章分析了产生该问题的原因，并结合原料变化提出改造方案。

1 ?原设计流程说明

原设计流程如图1所示。来自脱乙烷塔和第二预切割塔塔釜的物料进入高压脱丙烷塔，塔顶的碳三组分经塔顶冷凝器冷凝后，进入回流罐，罐中的液相一部分经回流泵加压后作为回流返回塔，另一部分经碳三加氢反应器进料泵加压后送至下游系统[3，4]。

为减少蒸汽用量，该塔设有中间再沸器，热源为急冷水。为了减少结焦，严格控制高压脱丙烷塔的塔釜温度。含有少量碳三的塔釜液相经与低压脱丙烷塔塔顶物料换热后作为回流进入低压脱丙烷塔。

高压凝液汽提塔塔釜物料作为低压脱丙烷塔另一股进料，进入低压脱丙烷塔。塔顶的碳三组分经塔顶冷凝器冷凝后，进入低压脱丙烷塔回流罐，罐中液相不作为本塔回流，也不作为产品采出。液相经低压脱丙烷塔回流泵加压后，并与高压脱丙烷塔底物料换热后进入高压脱丙烷塔。低压塔的冷凝器相当于串联双塔的中间冷凝器。低压脱丙烷塔的塔釜控制温度为82 ℃，塔釜物流送至下游作为脱丁烷塔的进料。

2 ?问题分析

2.1 ?原设计存在问题

由于原设计高、低压两个脱丙烷塔完全耦合操作，低压塔塔顶冷凝液不采出任何物料，全部回到高压塔下部作为进料，导致高压塔下部和低压塔上部循环量大，也使高压塔下部丁二烯绝对流量大，造成高压塔下部结焦严重，同时，高压塔塔釜与低压塔回流罐的液位常常出现高高报警，低压塔的塔压差经常增高。这势必造成分离效果差，碳三组分被带入到脱丁烷塔进入碳四产品的现象发生，使产品纯度低，丙烯损失率高[5]。

2.2 ?改造带来的问题

本次改造乙烯装置原料发生变化后，高低压脱丙烷塔还需加工来自外部的碳三以上组分，暂以原设计流程为依据进行计算，原料变化前后高低压脱丙烷塔进料情况见表1和表2。

从表1和表2可以看出，以摩尔流量为依据，来自脱乙烷的原料增加了32.6%，高压凝液汽提塔物料和增加的外部碳三比原高压凝液汽提塔增加了88.8%，整个系统总进料增加了49%。若仍采用原流程，塔的处理能力显然无法满足设计要求。

3 ?改造方案

3.1 ?改造过程

为解决上述存在的问题，设计设法减少塔中段的物料处理量，初步将藕合操作的双脱丙烷塔改为独立运行的双塔流程，改造过程如下。

（1）根据进料组分特点，重新切割碳三组分在高压脱丙烷塔顶和塔釜的比例，确保塔釜温度在要求范围内，同时精确调整了两个塔釜的操作温度，高压塔塔釜温度由原设计的84 ℃降低到82 ℃，低压塔塔釜温度由原设计的82.5 ℃降低到81.5 ℃。

（2）高压脱丙烷塔底液相由低压脱丙烷塔顶回流冷却改为用冷却水冷却，与高压凝液汽提塔底液汇合进入低压脱丙烷塔。

（3）低压脱丙烷塔回流罐中碳三产品一部分作为低压塔的回流，一部分经回流泵增压后进入高压脱丙烷塔回流罐，与高压塔的碳三产品混合采出。

3.2 ?改造后的流程

改造方案如图2所示。

3.3 ?改造后的塔负荷

改造后的系统减少了两塔之间的内循环，高压塔塔釜的丁二烯组分流量从原设计的10 250 kg/h减少到了2 436 kg/h，降低了塔釜温度，减少了塔釜丁二烯聚合结焦的风险;同时，减少内循环也会简化实际操作。

由于进料变化，仍需核算整个系统各个设备能否满足现有工况的要求。

（1）如表3所示，虽然低压塔有新的进料，但是经过计算改造后高低压塔的冷凝再沸负荷普遍减小或者与原设计持平，经逐台换热器核算，原有换热器均满足新工况要求，无需改造。

（2）经核算，高压脱丙烷塔回流泵和低压脱丙烷塔回流泵也满足新工况的要求。

（3）两个塔的尺寸基本满足新工况的要求，经过塔内件厂家的核算需要更换内件，以满足新工况的要求。

（4）低压脱丙烷塔塔顶冷凝器的冷剂由18 ℃丙烯冷剂更换为0 ℃丙烯冷剂，会造成丙烯压缩机各段流量变化，增加丙烯机的负荷。经核算，由于丙烯机的设计有一定余量，增加的丙烯机负荷在设计范围内。

如表4所示，由于原设计部分设备的设计余量較大，经全系统核算，仅需更换塔内件即可满足改造要求。另需更换新增部分管道，总体来说，改动量较小。

4 ?结论

文章提供一种改造方案，来解决采用顺序流程工艺的乙烯装置中，高低压脱丙烷塔进料变化和原双塔耦合操作复杂的问题。通过详细的设备核算后，此方法仅更换了两塔的内件，更换了低压脱丙烷塔冷凝器冷源，新增部分管道，便适应了近50%的原料进料量增加，同时减少了两塔之间大量的内循环。最终的改造方案对原系统改动量少，投资较小，也使业主操作会变得相对容易。通过文章分析，该方案对类似的系统改造是一种较优的改造方法。

参考文献：

[1]肖树萌，张恒珍.低压脱丙烷塔的优化操作[J].乙烯工业，2005，17 （3）：29-31.

[2]宋春波. 乙烯装置脱丙烷塔的结垢问题及其对策[J]. 石化技术， 2003， 10（3）.

[3] 苟红霞，朱永乐. 乙烯装置双塔脱丙烷操作条件探讨及优化[J]. 化工设计， 2002， 12 （1）：12-14.

[4]季厚平. 高低压脱丙烷系统流程探讨[J]. 乙烯工业， 1997（4）：56-63.

[5]张晓，张勇，朱景刚，等. 乙烯装置高压脱丙烷塔再沸器结垢及预防措施[J]. 当代化工， 2018，47（3）.

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