烯烃分离装置精制汽提塔瓶颈问题及措施

摘 要：介绍了神华榆林烯烃装置工艺流程情况，叙述了汽提原理以及精制汽提塔系统的工艺流程，分析了精制汽提系统在开工后遇到的一些典型问题，并提出了解决措施。

关键词：烯烃分离；汽提；问题；原因与对策

目前，世界上的煤制烯烃项目中的系统分离技术主要有美国鲁姆斯公司（Lummus），，凯洛格布朗洛特公司（KBR），惠生工程（中国）有限公司（WISON），中石化洛阳石化工程公司（Lpec），美国环球油品公司（UOP）等公司研发的专利技术。根据MTO装置生产的原料气特点和组成分布，从项目建设，生产操作和能耗等方面综合考虑，大多专利公司选择了前脱丙烷，后加氢和丙烷洗回收乙烯的技术。UOP开发了前脱乙烷，后加氢和变压吸附回收乙烯的技术。自MTO来的原料气经过压缩机增压后进行分离，分别得到聚合级乙烯，聚合级丙烯，混合碳四，混合碳五，丙烷和燃料气等产品。丙烯制冷系统提供低温冷剂[1]。

1 烯烃分离装置介绍

神华榆林能源化工有限公司（以下简称“榆林公司”）烯烃分离装置采用美国KBR专利技术，由KBR进行工艺包设计，中石化上海工程公司进行基础设计和详细工程设计。采用KBR前脱丙烷后加氢工艺技术。如图1所示：上游装置来的产品气进入烯烃分离装置，首先经过三段压缩、酸性气体脱除、洗涤和干燥后，进入脱丙烷进行分离。塔底物流送至脱丁烷塔，得到混合C4产品和C5产品。塔顶物流经四段压缩后冷凝，一部分送至脱甲烷塔，脱甲烷塔顶主要是甲烷氢，经过升温后送燃料气管网；塔底物流送至脱乙烷塔进行C2和C3分离，塔顶C2经过乙炔加氢后进入乙烯精馏塔，塔顶产品即为聚合级乙烯产品。塔底C3进入丙烯精馏塔，塔顶产品是聚合级丙烯产品。聚合级的乙烯和聚合级丙烯分别送至罐区。产品气压缩一般都与冷却脱水结合进行，即压缩后的原料气冷却至常温后将会析出一部分游离水与液烃，分离出游离水与液烃后的气体再进一步脱水与冷却，从而减少脱水与制冷系统的负荷[2]。

2 精制汽提塔原理及流程概述

2.1精制汽提塔原理

汽提是一个物理过程，它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态，使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来，从而达到分离物质的目的。在本装置中，乙烯丙烯等轻烃溶于烃类凝液中中达到气液平衡，塔顶气相中以轻烃为主，加入气相汽提介质PE驰放气气时，塔顶气相中乙烯丙烯的分均均降低从而破坏了气液平衡，乙烯丙烯物质均向气相扩散，但因气相中以轻烃为主，趋于建立一种新的平衡关系，故大量轻烃介质向气相中扩散，从而达到气液相分离目的。通过控制气提介质的量可以控制汽提程度塔釜温度的选择以保證塔釜釜液中C2馏分含量低于规定值为原则。但是，为避免塔釜和再沸器因聚合物生产而结垢严重，一般要求塔釜温度不超过78℃[3]。

2.2精制汽提塔流程概述

如图2所示：来自汽液分离罐的烃类冷凝液，在汽提塔进料加热器中被低压蒸汽加热至35摄氏度送往汽提塔。来自PE单元的驰放气也在精制汽提塔中处理，以回收乙烯，丙烯以及大部分碳四产品。汽提塔将轻组分与塔釜的C5+烃类分离，塔顶汽提气进入压缩机二段吸入，塔釜C5+组分送至脱丁烷塔处理。聚结器收集的水相，返回到二段吸入罐中。汽提塔塔底再沸器由急冷水加热。再沸器和聚结器均设置为一开一备。装置在2014年开工以后，精制汽提系统指标偏离设计值，出现了很多问题，制约着装置负荷的提升。具体来说，有一下几个方面。

3 汽提塔运行中常见问题分析以及相应措施

3.1 精制汽提塔进料罐液位持续偏高

设计中，碱洗水洗塔塔顶气相经过塔顶冷却器冷却到10℃，进入碱洗塔顶凝液罐V430，V430设有油水分离器，在凝液罐中冷却下来的水分通过LV4044送往产品气压缩机三段吸入罐，最后通过泵送往界外，而烃类凝液则通过LV4042作为进料进入精制汽提塔。实际操作中，当碱洗塔顶冷却器温度控制在10℃的时候，V430罐液位迅速上涨，出现满量程的情况，排出仪表原因后，通过全开LV4042跨线，也不能缓解这一现象。

原因分析：

3.1.1碱洗水洗塔顶冷却器温度过低

碱洗塔顶冷却器温度TC4024对于凝液罐是非常重要的参数，温度升高，水份乙烯丙烯碳四碳五等烃类冷凝量变小，未冷凝的水份进入脱水系统，直接加重了脱水系统的负荷，严重情况下，会发生水份穿透干燥器床层现象，导致水份进入后续低温系统，发生冻塔等现象。温度降低，水份乙烯丙烯碳四碳五等烃类冷凝量变大，虽然脱水系统负荷降低，但是大量烃类冷凝，导致凝液罐液位过高，精制汽提塔负荷过大。

措施：在保证脱水系统脱水能力的情况下，逐渐提高碱洗塔塔顶冷却器的温度。操作中发现，冷却器温度从10℃提高到11℃后，水份及烃类冷凝量变少，凝液罐液位逐渐下降，达到了汽提塔的处理能力。

3.1.2汽提塔系统和压缩机系统之间循环量过大

流程中，凝液罐液相烃类经过进料加热器E410蒸汽加热后，乙烯丙烯等烃类被汽提，汽提塔塔顶气相进入产品气压缩机的二段吸入罐进行再次压缩，压缩后进入碱洗水洗塔，然后再次冷却，冷却后再进入精制汽提塔，如此反复循环。当精制汽提塔进料温度TC4025过高后，提高了汽提效果，乙烯丙烯以及部分重组分汽提气量变大，本来应该进入塔底外送的物料进入塔顶，循环量加大，间接导致凝液罐液位高。

措施：逐渐降低精制汽提塔进料温度TC4025，操作中发现，温度从37℃度降低至35 ℃后，塔底外送量加大，进料凝液罐液位逐渐下降达到了汽提塔的处理能力。

3.1.3产品气压缩机三段排出温度过高

产品气在经过三段排出冷却器冷却后，进入碱洗水洗塔，碱洗水洗后，进入塔顶冷却器冷却。所以三段排出冷却器后的温度，关系到产品气在排出罐V405中冷凝量的大小。温度升高高，冷凝量小，部分未冷凝下来的烃类进入碱洗水洗塔，经过冷却后进入精制汽提塔，间接加重了汽提塔的负荷。温度降低，部分碳四碳五等重组分在此处冷凝，间接减少了精制汽提塔的进料量，从而降低了凝液罐V430的液位。

措施：稳定循环水温度，将三段排出冷却器冷却温度控制在35℃-36℃之间，使得部分重烃在此处冷凝，减少V430罐的冷凝量，间接降低精制汽提塔的进料量。

3.2精制汽提塔塔压过高

设计中，精制汽提塔的操作压力0.17MPa（G），实际操作中达到了0.23MPa（G） ，有时压力短时间内会上涨至0.25MPa（G），远远超过设计值。由于汽提塔塔顶气相进入产品气压缩机二段吸入罐，所以汽提塔塔压实际由压缩机二段压力决定。在此段流程中，只有俩道闸阀还有一个止逆阀，经排查，与管道阀门等设备因素无关。

原因分析：

3.2.1精制汽提塔凝液以及驰放气进料量过大

设计中，汽提塔凝液进料量为4.2t/h，实际操作中，凝液进料量达到了10 t/；h以上，远超设计量，超过汽提塔的处理能力。同时，塔底PE驰放气设计为1.1 t/h，实际操作中达到了2 t/h，在提高汽提能力的同时，部分重烃被汽提至塔顶从而提高了操作压力。

措施：由于塔压直接由压缩机二段吸入压力决定，实际只能通过降低汽提塔的进料量来间接降低塔压。通过降低三段排出冷却器冷却温度以及提高碱洗水洗塔塔顶冷却器温度，减少烃类在V430罐的冷凝量来间接控制塔压，实际发现效果并不明显。

3.2.2精制汽提塔冻塔堵塞。

操作中发现当汽提塔进料温度长时间低于35℃或汽提塔灵敏板温度低于10℃的时候，塔釜液位迅速降低，同时塔釜外送量减少，塔压差降低等现象。经过分析，汽提塔进料中大部分为乙烯丙烯碳四碳五等烃类，同时还还有微量水份，当进料经过调节阀TC4025后轻烃节流，物料温度压力降低，当低于一定温度后，水份结冰累积，逐渐堵塞填料，导致物料下降受阻，塔釜液位下降，烃类在塔上部存留，导致塔压快速上涨，发生冻塔现象。

措施：发生冻塔现象后，通过短时间提高进料温度TC4025至40℃以上，同时短时间提高灵敏板温度，对塔进行解冻，当塔压差升高，塔釜液位快速上涨同时塔压降低说明塔堵塞问题已解决，可以恢复到正常操作状态。

3.3精制汽提塔淹塔

原因分析：

3.3.1精制汽提塔塔釜泵设计与实际运行不符。

精制汽提塔塔釜泵P402设计泵送量为1.5t/h，泵送介质为碳五。实际操作中达6 t/h，且实际介质为碳四碳五以及少量碳三，泵实际运行与设计不想符合。当泵入口温度超过35℃或者泵入口碳三含量过多时，泵容易發生气蚀，现场泵体振动大，出口压力低，泵外送不正常，导致塔釜液位过高。

措施：监测汽提塔灵敏板温度大于10℃，防止温度降低碳三在塔釜累积造成泵气蚀不上量。

3.3.2 再沸器热负荷不足

汽提塔再沸器加热介质为MTO来的急冷水，由于催化剂跑损严重换热器堵塞加快，加上汽提塔进料量远超设计值，再沸器热负荷达不到进料要求，当再沸能力不足引起灵敏板温度降低的时候也会发生淹塔现象。

措施：MTO加强监测防止催化剂大量跑损至急冷水系统，同时急冷水系统注入分散剂，降低催化剂在设备中的结块率，提高设备换热效果。

3.3.3 PE驰放气中断

PE驰放气作为汽提气，主要介质为乙烯，当PE停车引起驰放气中断时，汽提效果变差，乙烯丙烯落入塔釜，造成泵气蚀不上量，发生淹塔现象。同时驰放气中断，一台再沸器的热负荷不足以满足汽提塔的处理能力。

措施：PE驰放气中断时，逐渐提高灵敏板板温度至35℃左右，防止温度上涨过快或过高引起泵气蚀不上量。此外，当一台再沸器能力不足时，可投用备用台或提高急冷水温度来保证塔汽提量。

3.4精制汽提塔塔压差显示情况

对于一般塔而言，当塔发生淹塔现象后，塔压差变大至逐渐超量程。而此装置精制汽提塔在操作中发现，当汽提塔塔釜液位逐渐升高，发生淹塔现象时，塔压差逐渐变小，当超过上引压管时，压差为零。运行初期，经常造成操作人员判断失误。

检查发现，差压计PDT4061为毛细管式差压计，所测量介质为气相。相比带导压管式差压计，其压力测量受热胀冷缩影响严重，当发生淹塔现象时，塔釜液体没过PDT4061下测量点，造成下测量点的压力降低，而上测量点为气相，其压力未发生变化，最终造成淹塔时差压计PDT4061显示逐渐降低。

3.5其他问题

由于汽提塔实际运行与设计出入较大，导致汽提塔操作参数与设计差别较大，汽提系统中管道设备的振动噪音明显高于其他系统，以及塔釜外送介质发生明显变化，在线仪表AI4002无法投用，对脱丁烷塔的影响等等都是由于与设计差别较大引起的。

4结束语

凝液汽提塔的设置在降低干燥器以及脱丙烷塔系统负荷的同时，增加了段间循环量，提高了产品气压缩机及制冷压缩机的功耗。产品气的分布以及汽提塔设计的好坏直接影响到装置的日常操作，同时还将影响其他塔系统的操作甚至产品的质量。这就要求我们在装置的原始设计时计算时，要做到认真，精确，防止出现实际与设计大幅偏离的情况。此外，还需提高操作人员的水平，遇到问题能认真分析，寻找症结，方可快速有效解决问题。

参考文献：

[1]吴秀章.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2]王遇冬.天然气处理原理与工艺[M].北京：中国石化出版社，2011.

[3]王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京：中国石化出版社，2009.

作者简介：

高志荣，出生年月：1990.5.19，性别：男，民族：汉，籍贯（陕西神木），当前职务：主操，当前职称： 助理工程师，学历：本科，研究方向：生产技术与管理.