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中国石油化工股份有限公司天津分公司炼油部联合九车间天津市300270
摘要本文介绍了炼油部三套气体分馏装置的基本情况,并针对三套气体分馏装置的运行情况进行综合分析,从全流程角度,对三套装置进行联合优化,通过流程活用,利用最小的成本,实现了液化气的最优加工方案,达到了停用1套焦化气体分馏装置的目的,不仅降低了装置能耗,同时还降低了生产成本,为后续炼厂气的整体优化创造条件。
关键词 气体分馏;能耗;能量利用;联合优化
近年来,炼油化工生产装置越来越大型化,各企业在保证安全环保的基础上,需要越来越精细控制,追求产品品质高、装置能耗低、高附加值产品收率高,这就要求企业要不断优化炼厂气的高效利用,在催化裂化、延迟焦化等二次加工过程中,会产生很多轻烃,此部分占原油处理能力的3%左右[1],轻烃中含有丰富的化工原料,例如丙烯、丙烷、混合C4等化工原料。根据市场需求,丙烯一直需求大于供应,所以研究如何更好的将炼厂气进行分离,同时降低装置的生产运行成本是非常有必要的[2]。
1 气体分馏装置概况
1.1 装置规模
炼油部为充分回收催化裂化装置和延迟焦化装置的不饱和液化气,目前共有3套气体分馏装置,分别为1#气体分馏装置、焦化气体分馏装置和2#气体分馏装置。
1#气体分馏装置设计负荷为20万吨/年,加工1#催化裂化装置生产的液化气,实际能够生产丙烯纯度小于95%的粗丙烯,为提高丙烯纯度(≮99.5 mol%),1#气体分馏装置2020年检修期间对脱丙烯塔进行了改造,使用了高效塔盘。改造后脱丙烯塔处理能力由20万吨/年(年操作时数8000小时),降至 12.6 万吨/年(年操作时数8400小时)。脱丙烯塔进料为5.01万吨/年,操作弹性60%~110%。其余部位未进行改造,负荷仍为20万吨/年。
焦化气体分馏装置设计处理两套焦化装置产液化气,设计负荷15万吨/年(年操作时数8400小时),操作弹性60%~110%,按照丙烯纯度≥95%、丙烷纯度≥95%设计。
2#气体分馏装置设计公称规模为70万吨/年(年操作时数8400小时),设计点为75万吨/年,操作弹性为60%~105%,设计工况进料包括2#催化液化气69.6 万吨/年,焦化气分粗丙烯1.15万吨/年和1#气体分馏装置液化气8.54 万吨/年,调整后设计最大进料量79.29 万吨/年(合94t/h)。
1.2 装置运行情况
1#催化裂化装置加工量2800吨/天时,液化气收率23%~24%左右,平均产量28t/h。1#气体分馏装置按照设计满负荷,控制脱丙烷塔进料量15~16t/h,1#气体分馏装置生产精丙烯改造后,根据设计情况为保证丙烯纯度,外甩至新建2#气体分馏装置装置4~5t/h,外甩焦化气分装置作为原料为7~9t/h。脱丙烯塔实际进料量为6~7t/h(设计脱丙烯塔进料量为5.9t/h)。表1为1#气体分馏装置液化气组成,表2为1#气体分馏装置物料平衡。
表1 1#气体分馏装置液化气组成
组分 | 设计组成 | 实际组成 |
丙烯(v%) | 33.6 | 39.41 |
丙烷(v%) | 13.8 | 14.2 |
重C4(v%) | 52.6 | 46.3 |
表2 1#气体分馏装置物料平衡
数量 | 数量 | ||
脱丙烷塔C-304进料量 | 15~16t/h | 塔顶丙烯丙烷组分流量 | 6~7t/h |
塔底重C4组分流量 | 8~10t/h | ||
脱丙烯塔C-307进料量 | 6~7t/h | 塔顶丙烯流量 | 4~6t/h |
塔底丙烷流量 | 1~3t/h |
焦化气体分馏装置实际运行进料分别为焦化液化气8~11t/h、催化液化气7~9t/h,平均进料量为15~19t/h。产品中丙烯纯度控制≥99.2%、丙烷纯度控制≥95%。表3为焦化气体分馏装置物料平衡。
表3 焦化气体分馏装置物料平衡
数量 | 数量 | ||
装置进料量 | 15~19t/h | 焦化液化气 | 8~11t/h |
催化液化气 | 7~9t/h | ||
各产品流量 | 重C4组分流量 | 7~9t/h | |
丙烷流量 | 6~8t/h | ||
丙烯流量 | 1~2t/h |
2#气体分馏装置实际进料包括2#催化液化气进料66.5t/h左右、焦化粗丙烯进料0.5-1t/h左右、1#气体分馏装置液化气进料和少量焦化液化气进料6t/h左右,总进料约73t/h。焦化粗丙烯、1#气体分馏装置液化气、2#催化液化气混合后进脱丙烷塔进料罐D101,经泵抽出后进脱丙烷塔C101。
结合三套气分装置运行情况及现有流程分析,1#气体分馏装置因生产精丙烯,脱丙烷塔能力放空,1#气体分馏装置与1#催化热联合利用不充分;2#气体分馏装置脱丙烷塔由于加工了焦化液化气、1#气体分馏装置液化气和焦化粗丙烯,脱丙烷底开工蒸汽重沸器仍投用;焦化粗丙烯进2#气体分馏装置原料罐再经过脱丙烷塔处理增加了脱丙烷塔负荷;焦化气体分馏装置需要将焦化液化气进行分离,需要大量的低温热,装置能耗较高。三套气体分馏装置均存在能源利用不优化、装置加工方案不优化的问题。
3 联合优化措施
3.1 1#气分脱丙烷开满,C3组分外送
结合1#气体分馏装置设计负荷和1#催化裂化装置液化气产量,提高1#气体分馏装置脱丙烷塔负荷至满负荷状态,液化气不再送至2#气体分馏装置和焦化气体分馏装置,液化气经脱丙烷塔分离C4后进入脱乙烷塔将C3中的C2分离出去,经分离后的丙烷、丙烯在保证丙烯塔进料基础上,剩余部分C3送至2#气体分馏装置进一步分离,为保证C3组分能够送至2#气体分馏装置并降低管线投资成本,三套气体分馏装置物料重新平衡后,自脱丙烯塔进料控制阀FV207处增加跨线至现有焦化气分丙烯至2#气分控制阀PIC-305处,通过焦化粗丙烯线送至2#气分装置。
通过将脱丙烷塔开满,充分发挥了1#气体分馏装置与1#催化裂化装置热联合作用,不仅未增加1#气体分馏装置能耗,而且有利于1#催化裂化装置低温热的利用,降低了1#催化裂化装置分馏塔顶部冷却能耗。
3.2 焦化气分停运,焦化液化气送2#气体加工
焦化气体分馏装置将焦化液化气停进脱丙烷塔,经液化气至2#气体分馏装置管线送至2#气分进行处理,停止粗丙烯外送,为1#气体分馏装置C3组分送2#气体分馏装置创造条件,焦化气体分馏装置脱丙烷塔、丙烯塔全部停运,装置能耗降低为0kg/t原料。
3.3 2#气分流程优化,处理1#气分C3和焦化液化气
2#气体分馏装置新增焦化粗丙烯至脱丙烷塔顶回流罐D102管线,焦化气分停运后将焦化粗丙烯停进装置,并利用焦化粗丙烯线,将1#气体分馏装置的C3组分送至脱乙烷塔顶回流罐,实现处理1#气体分馏C3组分的目的,2#气体分馏装置通过1#气分液化气进装置线,接收焦化气分送来的焦化液化气。2#气分优化后满负荷脱丙烷塔进料包括2#催化液化气78t/h(2#催化裂化装置加工负荷按280万吨/年,液化气收率23.5w%),焦化液化气约10t/h;脱丙烯塔进料包括脱丙烷分离出的C3组分、1#气分C3组分约6t/h。并且为了优化降低脱丙烷塔和丙烯塔能耗,脱丙烷塔和丙烯塔降压操作,塔顶压力降低,达到相同产品分离要求所需的回流比减少,从而降低装置单位能耗[3]。
4 联合优化效果
4.1 优化后运行情况
联合优化后1#气体分馏装置脱丙烷进料量32t/h,丙烯塔进料为6t/h,外送至2#气体分馏装置C3组分9t/h,优化后1#气体分馏装置产品质量全部合格,丙烯纯度能够满足聚合级要求99.2v%以上。
4.2 优化前后能耗情况
三套气体分馏装置联合优化后焦化气分能耗由31.95kg/t降低至0kg/t,1#气体分馏装置能耗由36.76kg/t增加至37.56kg/t,但此部分增加能耗主要来源为1#催化裂化装置热供料,充分发挥了1#催化裂化装置和1#气体分馏装置的热联合作用,对低温热利用有利,2#气体分馏装置由于2#催化裂化装置产液化气量、焦化液化气量提高,C3加工流程优化,能耗由46.35kg/t降低至33.56kg/t,装置优化后,三套装置整体能耗明显降低。
5 结语
气体分馏装置主要任务是将液化气分离成高附加值的精丙烯、丙烷和C4组分,在装置优化时不仅要考虑单套装置的优化调整,更要从全流程出发,发挥好联合优势,通过三套气体分馏装置全流程联合优化,能够将每套装置的能力和能量利用率提高,使得目前气体分馏装置在能耗、质量和工序能力上都得到了一定程度的提高,在以后的技术革新时要组好个体和总体的统筹优化,确保气体分馏装置能量利用效率和效果。
参考文献
[1]刘侠.8万吨/年气体分馏装置工艺优化研究[J].青岛科技大学,2019,1-2.
[2]李建华,高鹏.气体分馏装置能量利用现状及优化措施[J].化工管理.2016(18),185.
[3]柴昕,郭榜立,王明东.气体分馏装置节能降耗技术分析[J].中外能源,2010,15(SO):65-68.