丁二烯抽提装置技术分析与优化措施

丁二烯抽提装置技术分析与优化措施

杨涛

大庆石化公司乙烯二部碳四联合装置区

摘要：本文以N-甲基吡咯烷酮（NMP）法丁二烯抽提装置为研究对象，针对该装置的综合能耗、控制系统、设备布局、环境保护等技术进行分析。通过实验研究，提出了三段式能源回收工艺方案，有效地减少综合能源消耗；采用气相稀释剂和液相稀释剂相结合，将碳四炔烃浓度控制在40%以下；采用顺-2-丁烯为中间塔主组分，可以有效地控制粗丁二烯的收率；对于高含气率1,3-丁二烯热交换器，通过对1,3-丁二烯进行倾斜3%角排布和纵向垂直排列，可以减少因聚合物对热交换器造成的阻塞；在设备内部建立碳氢化合物封闭排放系统和 NMP溶剂贮罐排气冲洗系统，可以有效地提高设备的安全性能。

关键词：1,3-丁二烯； N甲基吡咯烷酮；能源消耗；环保

1,3-丁二烯作为一种较为重要的化学品，在橡胶、树脂等领域具有广泛的应用前景。目前，国内1,3-丁二烯的制备主要采用从乙烯裂化副产物中分离出的碳四混合物，采用萃取蒸馏与常规蒸馏相结合的方式制备高纯1,3-丁二烯。由于1,3-丁二烯是一种含有共轭双键的化合物，其化学活性高，对人类健康有害，新丁二烯抽提设备不仅要求技术先进、可靠，而且要实现低碳和环境友好。在保证1,3-丁二烯品质的基础上，对 NMP法的丁二烯抽出装置的技术特征、控制系统、装置布局、环境要求等进行了归纳与总结。

1单元的总能量消耗

1.1溶剂热回收

本文以 NMP法丁二烯抽提装置为研究对象，在其脱气塔内，采用低压蒸气作为塔釜的热源对溶剂进行脱气，将高温溶剂从脱气塔中排出后再循环利用，若高温溶剂中的热能不加以回收，会导致巨大的能量浪费。本设备采用三段式热回收工艺，以一次热回收为中间塔釜的热源；二段热回收既可用作预蒸馏塔，又可用作产品精制塔釜的热源；采用三段式热回收，即原料汽化塔，产品烘干塔。从脱气塔排出的溶剂温度150℃，经三段热回收后可降低到62.9℃；采用三级热回收技术，实现全流程的节能80%以上，是 NMP法丁二烯抽提塔整体能耗优化的核心技术。

1.2 抽余碳四产物技术指标的优选

丁二烯抽提设备产生的废气碳四是以甲基叔丁基醚（MTBE)/丁烯-1为主要原料，采用 MTBE/丁烯-1工艺，以异丁烯和甲醇为原料制备 MTBE。采用超蒸馏法对丁烯产物进行了分离。对 NMP法丁二烯抽提装置副产物碳四生成物的质量指标进行了优化研究。丁二烯的抽出对 MTBE的产量没有太大的影响，但是，在丁烯精炼之前，需要先将碳四中的1,3-丁二烯进行选择性加氢，生成碳四单烯或碳四烷烃，以达到产物质量的要求。将1,3-丁二烯从传统的40×10-6 （w）提高至500×10-6 (w)，大幅降低了溶剂大循环溶剂循环量和部分塔内再沸炉的热量。

2 装置生产过程中的最优控制

2.1 碳四炔烃的控制

NMP法的丁二烯抽提过程中，存在着碳四混合物，热力学性能极不稳定，在无空气条件下易发生爆炸。为保证丁二烯回收装置的安全运行，有必要对其物料平衡、释放量和排放模式等方面进行优化。通过对装置内部碳四炔的物质平衡的计算，可以直观地反映出脱气塔中的炔烃对炔类化合物的脱气效率，从而避免由于脱气不彻底而造成的提纯率降低，从而对1,3-丁二烯的品质产生不利的影响。同时，在气相高碳四炔烃组分中，使用碳四稀释剂稀释液，在液相高碳四炔烃组分稀释，实现气-液双相混合稀释，实现碳四炔含量小于40%(w)，保证装置安全运行。本项目拟采用人工切换方式，在液态碳四炔烃释放装置中，通过手动切换方式，使碳四炔烃能够正常排出，即发生事故时，通过手动切换方式将碳四炔烃排出至低压火炬。NMP法丁二烯抽提装置中碳四炔烃的调控方案，不仅是一种更科学、更科学、更有效的方法，也是实现该装置长期稳定运行所必需的重要手段。

2.2产品质量控制过程

NMP法丁二烯抽提装置经前处理后，可以通过萃取精馏将抽提的碳四抽提出来，然后通过常规蒸馏纯化得到1,3-丁二烯。在主洗塔中，若有过量的碳四被抽走，则1,3-丁二烯极易被抽出，从而导致所抽得的碳四产物不符合要求；在主洗塔中，如果碳四的分离抽出量太小，则会使抽出的碳四直接流到后洗塔中，从而导致丁二烯的收率下降。对塔侧线抽提的1,3-丁二烯的抽提部位，对顺式丁烯-2-丁烯的含量更为灵敏。主洗塔中的剩余碳四产量过高，会将顺-2-丁烯带入抽提碳四，导致顺-2-丁烯在线分析中的含量下降；后洗塔粗1,3-丁二烯的产量偏高，导致顺-2-丁烯在中间塔中富集，导致顺-2-丁烯的含量增加；本项目拟以 NMP法丁二烯抽提厂为研究对象，通过对顺丁2-丁烯在线收率的调节，实现对精馏塔顶部粗1,3-丁二烯回收量的调节，从而有效地提高了装置的在线自动控制速度，降低了产品品质的波动，保证了设备的正常运转，同时也表明了整个装置的总体控制水平更先进、更合理。

3 装置布局的优化调整

因为1,3-丁二烯是一种共轭双键，所以在某些条件下，高含量的1,3-丁二烯可以形成各种类型的高分子。丁二烯的高聚物在生产过程中容易造成设备的堵塞，严重影响生产过程的正常生产。NMP法丁二烯抽提塔顶部及产物精馏塔顶部气相中1,3-丁二烯的含量超过98%，因此，对这两个位置采取相应的阻聚措施显得尤为重要。一方面，将在这两个位置分别添加一种阻聚剂，使丁二烯的形成速度减慢；另外，还将优化换热器的布局方式。传统丁二烯

抽提装置的塔顶换热器为水平水平配置，而该设备采取了一定倾角配置和纵向垂直配置两种形式：后洗塔顶部粗1,3-丁二烯，并联三个倾角为3%的循环冷却水冷却器；产物精炼塔顶部气相1,3-丁二烯不少于99.6%的原料流经三个平行的垂直纵向循环水冷器。在这两种布局中，都是循环水走壳程，碳氢化合物走管程，以避免高丁二烯原料在走壳过程中，在冷凝器壳程内进行聚合，从而避免其壳程膨胀破碎，引起材料泄漏等安全事故。

在 NMP法丁二烯抽提装置中，通过将冷凝器倾角为3%，垂直布置方式与垂直布置方式相结合，可以有效地降低高浓度1,3-丁二烯在冷凝器中的阻塞现象；由于冷凝器与丁二烯在某一倾角下仅发生少量聚合反应，而在冷凝管内仍有少量聚合物残留，而不会滞留在冷凝管内，从而引起冷凝管的阻塞。如果后洗塔塔顶冷凝器及产物精炼塔顶部冷凝器发生阻塞，不仅会引起产品品质的波动，还会引起设备停机，而且塔顶冷凝器的清洁工作比地表换热器更难。本项目拟在1,3-丁二烯高含量区域，通过将冷凝器倾角3%、垂直布置方式设置成垂直排列，可以显著降低聚物卡在换热器上的几率，为实现装置长期稳定运行提供保障，体现了设备布局的合理性。

4 结论

1)采用三段式能源回收工艺和对碳四产品质量指标进行调整，使 NMP法丁二烯抽提装置的整体能耗得到了有效的降低，表现出了较低的生产成本。

2)采用更先进的碳四-炔烃控制思路，采用气-液两相反应对高浓度碳四-炔烃进行稀释；在此基础上，提出了以丁烯-2-丁烯为中间塔主组分粗制1,3-丁二烯的工艺路线，是一种先进的过程控制方法。

3)针对1,3-丁二烯高含气率热交换器，分别采用3%斜角和垂直竖向排列，可有效地减少丁二烯对热交换器的阻塞，体现了装置布局的合理性。

参考文献：

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