丁二烯精馏塔改造实现产品质量升级

马 林，张星楠，刘景平，马浩翔

（1.吉林石化公司动力一厂，吉林吉林 132022；2.吉林石化公司仓储中心，吉林吉林 132022；3.吉林石化公司丙烯腈厂，吉林吉林 132022）

0 引言

吉林石化公司丁二烯装置采用瑞翁CPB 工艺，从乙烯裂解装置的裂解C4 中抽提聚合级1,3-丁二烯。装置原设计丁二烯产品纯度为99.45%（质量比），总炔烃含量20 mg/kg。近年来市场对高端丁二烯产品质量提出了更高要求，即总炔烃含量在5 mg/kg 以下，因此对丁二烯装置精馏塔（C-108、C-109）进行了改造，进一步升级产品质量。

1 改造前精馏塔流程介绍及其状况

改造前，丁二烯第一精馏塔（C-108）共有70 层（精馏段为1#～10#层、提馏段为11#～70#）F1 浮阀塔板，每层36 个浮阀，塔径为800 mm，降液管为弓形；第二精馏塔（C-109）共有85 层（精馏段为1#～29#、提馏段为30#～85#）F1 浮阀塔板，每层118 个浮阀，塔径为1300 mm，降液管为弓形（图1）。下文中第一精馏塔和第二精馏塔简称两塔。

图1 精馏塔工艺流程

2019 年12 月对两塔进行标定，标定负荷为2630 kg/h。由表1 和表2 可以看出，两塔负荷由原设计的1673 kg/h 提高到2624 kg/h 以后，出现以下4 个问题：①两塔压差增大；②精馏塔已经在极限负荷下操作，C-109 塔回流比已由原设计的4.7 提高到5.9，造成两塔能耗增加较多；③C-109 塔釜排放量过大，导致丁二烯日损失量过大；④在目前负荷下无法生产市场急需的低炔丁二烯。

表1 第一精馏塔（C-108）工艺条件和改造前标定结果

表2 第二精馏塔（C-109）工艺条件和改造前标定结果

2 改造方案

2.1 选用矩形/梯形齿形导向浮阀塔盘的原因[1]

（1）导向浮阀上设置有大小适当的导向孔，在操作中借助导向孔吹出的少量气体推动塔板上的液体流动，以减小甚至消除塔板上的液面梯度。

（2）导向浮阀为矩形，两端设有阀腿，在操作中气体从两侧吹出，气液方向与塔板上的液流方向相互垂直，可减小塔板上的液体返混程度。而且气体从阀孔出来后，通过浮阀边缘的齿缝，被进一步分散撕裂，从而大大提高气体的分散度和传质效率。

（3）塔板上的梯形浮阀，适当排布在塔板弓形区，因从梯形浮阀两侧流出的气体有向前的推力，从而消除塔板上的液体停滞区。

（4）导向浮阀操作时不转动，不会出现像Fl 浮阀易磨损脱落现象，操作安全可靠。

2.2 实施过程

保持两塔的塔径、塔板数、板间距均不变，利用原来的塔支撑圈及焊接件，降液管不作改动，将原F1 型塔盘全部更换成矩形/梯形齿形导向浮阀塔盘，其中C-109 的塔盘在合适的位置加开了筛孔，以提高开孔率（表3）。

表3 组合导向浮阀塔板结构参数

改造后精馏塔塔板效率提高15%左右，处理能力提高30%以上，塔板压降减小20%左右，1,3-丁二烯产品中总炔烃含量由原设计20 mg/kg 下降到低于5 mg/kg（表4、图2、图3）。

表4 双塔相关设计参数及相应层流体力学计算结果

从表4 可以看出，两塔设计点均位于负荷性能图的正常操作范围内，能够满足改造要求（图2～图3）。

图2 C108 塔10#～70#层负荷性能

图3 C109 塔30#～85#层负荷性能

3 改造效果

丁二烯装置丁二烯精馏塔C-108/C-109 两塔改造于2020 年9 月中旬装置检修期间进行实施，仅用时2 d 原155 层F1 型浮阀塔盘全部一代一更换为矩形/梯形齿形导向浮阀塔盘。改造后装置于9 月下旬投用，分离效率明显提高：两塔在开车脱水、脱炔阶段分离效果已明显显现，从进料到合格产出产品由原来的48 h 缩短到36 h；第二精馏塔C-109 塔顶1,3-丁二烯产品中总炔烃含量，由原设计低于20 mg/kg 下降至低于5 mg/kg；两塔压差恒定为30 kPa/38 kPa，低于设计值50 kPa/60 kPa 和改造前值50 kPa/65 kPa；改造前曾多次发生过塔压差波动，影响产品质量，改造后未发生过压差波动现象，始终可以稳定生产总炔烃低于5 mg/kg 的丁二烯产品（表5、表6）。上述两塔及再沸器到目前已运行4 个月，未发现堵塞迹象。

表5 第一精馏塔（C-108）改造前后标定结果比较

表6 第二精馏塔（C-109）改造前后标定结果比较

10 月1 日—10 月7 日，在采样点S122 每天采样一次，标定丁二烯产品总炔烃含量，数据分别为5 mg/kg、2 mg/kg、4 mg/kg、5 mg/kg、3 mg/kg、4 mg/kg、3 mg/kg，平均值为4 mg/kg。

4 结束语

石化公司丁二烯装置丁二烯精馏塔（C-108、C-109）两塔改造，具有投资较少、见效快的特点，实现了产品质量升级、装置节能减排的目的。

（1）1,3-丁二烯产品中总炔烃含量由原设计低于20 mg/kg下降至低于5 mg/kg，同时丁二烯产品由99.45% 提高到了99.85%，达到次改造目的。

（2）经过改造，按照目前状况每年（按每年有1/2 的时间生产高纯低炔丁二烯）可减少C-109 塔釜排放丁二烯73.4×4000=293 600 kg。

（3）C-108 塔与C-109 塔的塔压差由原来的55 kPa/65 kPa 降为30 kPa/38 kPa，提高塔的分离效率，降低塔的热负荷，装置的整体能耗降低。

（4）从目前塔的各参数分析，运行4 个月来，塔无堵塞迹象，预计两塔的运行周期将会延长。

总之，石化公司丁二烯装置丁二烯精馏塔C-108/C-109 的改造项目非常成功，实现了产品升级的目的。