丁二烯装置节能降耗可行性分析

丁二烯装置节能降耗可行性分析

苏桓

大庆石化公司化工一厂，黑龙江 大庆 163000

摘要：本文通过丁二烯生产过程中的实际情况分析，在保证产品质量要求的前提下，优化工艺运行参数，从而实现丁二烯萃取精馏装置的操作优化，以达到节能减排，降低能耗的优化目的。

关键词：萃取精馏、参数优化、节能减排

引言

1.3-丁二烯不但是合成橡胶的重要单体,也是重要的石油化工基础原料之一,由于存在共轭双键，所以性质活泼，能与多种单体共聚为合成橡胶和合成树脂，主要产品有顺丁橡胶，丁苯橡胶，丁苯胶乳、SBS，丁腈橡胶、ABS 树脂等。作为一种基本的有机化工原料，因其产量需求很大，1.3-丁二烯的生产工艺和节能研究也就一直为人们所关注。

一、丁二烯装置生产原理简介

丁二烯抽提装置是通过在裂解碳四中加入溶剂NMP以改变丁二烯各组分间相对挥发度，然后通过萃取精馏的方法分离丁二烯和顺丁烯来得到含丁二烯<0.3%的抽余液和纯度>98.5%的粗丁烯，抽余液送到MTBE二套装置生产MTBE和丁烯-1。粗丁烯送到丙炔塔脱除水和丙炔，然后粗丁烯进入丁二烯塔除去1,2-丁二烯、碳五及部分的顺丁烯重组分，最终得到丁二烯纯度达99.5%（wt）以上的聚合级丁二烯作为下游橡胶车间的原料。

二、工艺原理

1,2-丁二烯、丙炔、C3及C5烃的沸点与1,3-丁二烯的沸点差别较大，可通过普通精馏的方法将其分离。顺-2-丁烯在萃取过程中，虽比丁二烯“轻”，但不必完全脱除，而在最后用普通精馏的方法脱除。丁烯、丁烷及C4炔烃的沸点与1,3-丁二烯的沸点非常接近或形成共沸物，不能用普通精馏的方法分离，但它们在NMP中的溶解性与1,3-丁二烯有很大差别，因此，通过萃取精馏的方法能较容易地将它们从1,3-丁二烯中分离出来。

萃取精馏的实质是在C4馏分中加入某种极性高的溶剂（NMP），使其C4馏分中各组分间的相对挥发度差值增大，以便实现精馏分离的目的。C4馏分在极性溶剂的作用下，各组分之间的相对挥发度和溶解度变得很有规律，其相对挥发度顺序为：丁烷＞丁烯＞丁二烯＞炔烃。C4馏分在溶剂中的溶解度，则与此相反。根据这一规律以及各个工艺不同的要求，可以用萃取精馏的方法将来源于不同的C4馏分中丁烷与丁烯、丁烯与丁二烯、丁二烯与炔烃分别进行分离。

三、丁二烯装置节能降耗可行性分析

（1）降低装置能耗的可行性分析

1)根据负荷动态调整溶剂量

溶剂循环量受装置负荷影响，正常比例为10:1，溶剂循环量越高则能源消耗量越高，但在实际生产中由于上游原料量不稳定，装置负荷需要频繁调整，从减少装置扰动的方面考虑溶剂循环量未及时调整。调整负荷时动态调整主洗塔循环溶剂量，保证循环溶剂量与负荷的比例在10-10.5之间。通过对比调整后循环溶剂量平均降低了20t/h，大大降低了各种能源的消耗量。

2)调整冷却设备循环水侧手阀

丁二烯装置共有水冷却设备15台，其中只有4台在水侧有调节阀实时调整水量，其他冷却设备水侧手阀均处于全开状态，存在用水量过大的现象。

利用超声波流量检测仪对各冷却器水侧流量进行了检测，通过检测发现水侧不带调节阀的冷却器水量均超过设计值，最高达到2倍以上，通过调整现场手阀开度，将11台冷却器的水侧流量降低至设计值以下。

3)优化工艺参数

①脱气塔测线温度TIC4209由130.5℃降至130℃，在保证产品质量的前提下，降低S10蒸汽用量。

②外送凝液BV-3591罐温度TIC4531温度由88℃降至80℃，在保证外送凝液温度的前提下，降低S3蒸汽用量和BH3591循环水用量。

③贫溶剂进料温度由40℃缓慢提至42℃，提高贫溶剂进料温度，减少溶剂循环量，降低因丙炔塔降压增加的能耗。

④将BH3130出口温度由120℃缓慢提升至121.5，充分利用循环溶剂热量，减少S3蒸汽用量。

⑤丁二烯塔回流由57t/h降至54t/h，减少蒸汽和循环水用量。

（2）提高装置丁二烯回收率的可行性分析

1)减少碳三炔烃

为了保证产品中炔烃含量合格，丁二烯装置需将部分系统的碳三炔烃进行排放。碳三炔烃排放气由丙炔塔回流罐顶排放，主要目的是脱除系统中的丙炔，保证产品质量合格。碳四炔烃排放气每年排放约3680t，其中丙炔含量为43%，其它组分为1,3-丁二烯。因为高浓度的丙炔有分解倾向,基于安全因素，将丙炔排放气直接排放入热火炬系统，从而造成附加值较高的1,3-丁二烯大量损失。

经过探索和尝试，装置开工后通过控制加热量和回流量同时结合在线分析的化验分析数据保证塔顶馏出物中的丙炔含量不得超过 50 ％（体积），由于馏出物中的丙炔浓度对塔顶的温度是十分敏感的，为了确保安全运行，在设计操作压力为0.50 MPa的条件下，通过精心操作将塔顶温度保持在42ºC以上，保证排放气的排放安全。排放气馏分保证安全的前提下，对该股排放气回收的去处进行研究。根据该部分排放气的组成及温度压力等性质的综合分析，利用全厂资源优势，最终发现E3单元裂解气压缩机段间适合接收该股排放气。通过对原流程进行技术改造，在排放气去火炬流程中新增去E3单元裂解气压缩机段间的流程，将此部分排放气送至乙烯装置进行回收，从而实现对排放气的回收利用。

2) 减少碳四炔烃排放

碳四炔烃从脱气塔中部侧线抽出，侧线抽出气中含有1,3-丁二烯、乙基乙炔、乙烯基乙炔、水和NMP，侧线抽出气进入炔烃洗涤塔，在炔烃洗涤塔内抽出气中的NMP和水被回流水洗涤进入塔釜自流回脱气塔，1,3-丁二烯、乙基乙炔、乙烯基乙炔从塔顶进入冷却器，基于安全因素，塔顶排放气中乙烯基乙炔含量（干基）不能高于30%，因此在炔烃洗涤塔顶引入MTBE单元稀释气对排放气中的乙烯基乙炔进行稀释，总排放气中约40%为稀释气的主要组分异丁烷，其中还含有约28%的乙烯基乙炔，12%的1,3-丁二烯，5%的乙基乙炔等。在装置开工前车间就对碳四炔烃排放气去向进行了研究，进过调研与论证，最终将该股气由公司下属实业公司四达气站回收，四达气站经过压缩回收至储罐储存，最终通过销售外销。

（3）降低装置损失率的可行性分析

1)减少装置尾气排放

①减少炔烃洗涤塔排放

2016年炔烃排放中丁二烯含量平均在43%，远超于设计值11.1%，减少炔烃洗涤塔排放排，可明显降低装置损失。

②控制丙炔塔顶排放

由于裂解碳四原料中碳三含量<0.1%(wt),远低于设计值0.5%，所以丙炔塔排放量可根据丙炔塔顶温度调节，减少尾气排放。

2)减少重组分排放

距统计，2016年丁二烯塔釜排放中丁二烯含量平均在40.7%，远超于设计值16.1%，控制丁二烯塔釜排放量，减少物料损失。

3)减少停车倒空损耗

停车倒空损耗是无法避免的，怎样才能减少停车次数，这就必须保证设备的安全，而设备安全的本质就是在一个周期内不产生自聚物、端聚五、过氧化物等。保证装置平稳运行的前提下，尝试摸索出适合本装置的运行参数，总结出以下适合本装置的丁二烯聚合控制技术：降低精馏系统压力、提高精馏系统阻聚剂注入量、对丙炔塔聚合处人孔增加伴热、低负荷时提高精馏塔回流量。保证了装置长周期运行，减少了因停车造成的物料损耗。

四、结论

本装置通过上述多种措施，通过优化操作，长周期运行，减少物料排放，节能节水等措施，大大提高了丁二烯装置的收率，做到了节能减排，降低能耗，创造了原始开工以来的最好水平也创造了客观的经济效益。

参考文献

     [1]于永刚.提高丁二烯收率的技术研究[J]. 上海：全国合成橡胶行业第二十一次年会文集，2012.199~202.

[2]李贵林. 丁二烯装置节能技术与用能分析[D]. 上海：华东理工大学，2015.