混合烷烴脫氫裝置原料比例調整丙烯塔熱泵系統(tǒng)改造技術方案探討

混合烷烴脫氫裝置原料比例調整丙烯塔熱泵系統(tǒng)改造技術方案探討摘要：25/年混合烷烴脫氫裝置改造為例，介紹了混合脫氫裝置的工藝流程及技術特點，著重論述了當裝置原料比例調整，適當降低碳四原料、最大化增加丙烷原料時，丙烯塔熱泵系統(tǒng)所面臨的瓶頸，并給出了相關的改造方案及建議，為今后同類裝置的改造方案供給了借鑒。關鍵詞：混合烷烴脫氫；碳三；碳四；丙烷；丁烷；丙烯塔熱泵；1.概述混合烷烴脫氫制烯烴技術近年來廣受關注，是指有兩種及以上烷烴在一套裝置內同時進展脫氫反響，其可以依據(jù)需求，更改進料中不同種類烷烴的配比，生產不同的產品構造，從而更好的適應市場需求，到達經濟效益的最大化。其中，丙烷脫氫制丙烯，異丁烷脫氫制異丁烯是混合烷烴脫氫技術應用最廣的兩個領域[1]。在國內，丙烯主要用于生產聚丙烯，占到了丙烯需求量的70%以上，近十年來，隨著聚丙烯消費年均增長量達17.59%，丙烯供需缺口不斷加大[2]。異丁烯的醚化反響生產的甲基叔丁基醚(Methyltert-butylether,MTBE)的汽油添加劑，以改善汽油的冷啟動特性、加速性能及辛烷值分布，然而因其具有肯定的毒性，且可以與水融合，簡潔滲入土壤，污染地下水質，美國等一些國MTBE，MTBEMTBE[3-5]。ICI廣應用[6]，目前國外已經實現(xiàn)工業(yè)化且比較成熟的工藝主要有：美國UOPCatofinPhillipsStarYarsintezFBD-4LindeLinde[7]25/年混合烷烴脫氫裝置UOPOleflex合級丙烯和異丁烯產品，同時副產氫氣等，異丁烯進一步在裝置內生產MTBE產品。近期由于C3、C4原料和產品市場發(fā)生較大變化，丙烯產品價格有明顯優(yōu)勢，該公司提出期望在當前混合烷烴脫氫裝置的根底上，調整進料比例，適當降低碳四原料，提高碳三進料比例，同時結合操作參數(shù)的調整進展優(yōu)化，增加丙烯產量及節(jié)能降耗，以到達改善裝置經濟效益目的。1.裝置系統(tǒng)簡介示。C4〔ORU〕、烯烴飽和單元〔CSP〕、異構化單元后，與經進料脫丙烷塔處理后的原料碳三和來自丙烷—丙從反響器出來的液體產品經反響產物壓縮機壓縮、脫氯、枯燥、冷箱系統(tǒng)分別后送至SHP選擇性加氫反響器進展選擇加氫反響。出SHP的液體產品依次送至脫乙烷塔、產物脫丙烷塔、丙烯塔。產物脫丙烷塔塔底碳四送至醚化反響，異丁烯和MTBEMTBE。丙烯塔頂聚合級丙烯作為產品出裝置。Oleflex〔主要是丙烷和異丁烷〕在脫氫反響單元內的催化劑作用下發(fā)生催化脫氫反響，生產丙烯、異丁烯以及副產物氫氣。單元內設置了三臺固定床反響器，反響器間設置加熱爐為各級反響器的進料加熱。碳四異構化單元中設置異構化反響器，來自罐區(qū)的丁烷經過氧化物脫除、CSP加氫飽和后，進入至異構化反響器，在異構化反響器內，進料中的正丁烷在催化劑作用下發(fā)生異構化反響，生成異丁烷，反響轉化率約為60%，生成的異丁烷與經原料預處理后的丙烷組成聯(lián)合進料，通過冷箱系統(tǒng)換熱后輸送至脫氫反響單元。冷箱系統(tǒng)位于脫氫反響單元的下游，其進料分為兩股，一股來自于脫氫反響氫產物中主要有丙烯、異丁烯以及大量的副產物氫氣，為了避開加重下游裝置的負荷，循環(huán)物料過多等問題，需在冷箱系統(tǒng)中將副產物氫氣進展深冷分別。冷箱系統(tǒng)中設置了兩級透平機，為其供給深冷環(huán)境，設置了低、中、高位分別罐和級間換熱器，到達液化的烴類和氫氣分別效果。冷箱系統(tǒng)分別出來的氫氣一局部循環(huán)返回至脫氫反響單元，起到掌握反響器床層壓力以及保護催化劑床層的左右，一局部輸送至界區(qū)外進展氫氣提純。產物分別單元包括脫乙烷塔汽提段、精餾段、產物脫丙烷塔、丙烯-丙烷塔三臺精餾塔和一臺熱泵精餾塔組成，主要作用是將C3、C4分別，丙烷和丙烯分別C4塔的塔頂產品丙烯純度到達聚合級，作為產品外送，塔釜的丙烷則循環(huán)回脫氫反響單元。異丁烯醚化單元即MTBE精制單元，其進料來自產物分別單元中的產物脫丙烷塔的塔釜C4及以上組分，其中的異丁烯和來自罐區(qū)的甲醇混合后，進入醚化MTBE，MTBE經脫輕塔、脫重塔進一步精制，脫除輕組分和重組分后，得到MTBE精制產品。著重進展了分析和爭論，并給出了相關的改造方案和建議。1.方案分析及爭論丙烯塔進料濃度影響分析依據(jù)企業(yè)供給的生產運行數(shù)據(jù)，通過具體模擬計算，得出的模擬結果與實際運行數(shù)據(jù)吻合較好。依據(jù)模擬計算結果，針對丙烯進料濃度變化和系統(tǒng)裕量進展1丙烷—丙烯分別塔設計值及相關生產運行數(shù)據(jù)工程工程單位數(shù)值總板數(shù)塊185進料量kmol/h1652進料丙烯濃度%mol22塔底丙烷濃度%mol99.20～99.25塔頂丙烯濃度%mol99.71～99.72維持丙烯塔進料量不變，調整進料中丙烯丙烷比例，分析不同丙烯濃度對設123%逐步上升至30%時，在保持各進料濃度下塔頂、塔底產品質量合格的狀況下，通過模擬計算得出，隨著丙烯濃度的上升，丙烯塔液相負荷保持不變，氣相負荷由12410kmol/h12510kmol/h1%25920KW3回流比與丙烯進料組成是成反相關，隨著進料組成的上升，回流比漸漸降低，當32.525，23%。通過圖4376.97kmol/h484.18kmol/h，28.4%。26%以內，熱泵壓縮機、丙烷泵和丙烯丙烷回流泵均可滿足操作，進料濃度上升30%時，丙烷泵仍能滿足操作。1氣液相負荷與進料組成關系圖2壓縮機功率與進料組成關系3回流比與進料組成關系4丙烯產量與進料組成關系丙烯產品純度調整影響≥99.7%mol、塔釜丙烷中丙烯含量≤1.5%mol。而國家標準對聚合級丙烯產品的純度要求是99.5%mol，非99.7%，99.5%純度的價格進展銷售，無疑是不經濟也是不必要的，掌握產品純度恰好到達要求是最為經濟合算的策略。通過適當降低回流量便可實現(xiàn)，結果是節(jié)約局部壓縮機功率，降低能耗，也為丙烯產能的提高留出了余量。99.73%99.56%mol、塔底99.24%99.19%8%，而壓縮機總功率6%，6%的蒸汽用量，其所獲得的節(jié)能效益還是很客觀的。6%的99.5%的純度要求。熱泵壓縮機組影響分析中的關鍵設備，其負荷的大小直接影響著丙烯-丙烷塔的產能，丙烯的產量。6710KW，5200r/min，依據(jù)現(xiàn)場4950r/min，其距額定轉速還有一些空間，說明還具有肯定的負荷提升余量，然而由于此汽輪機形式承受的是背壓式，蒸汽透平背壓的彈性不夠，因此缺少進一步提升轉速的條件，成為了提升產能的制約因素。通過與壓縮機廠家溝通，提出以下三種改造方案：4%；氣密封本體，利舊支撐及推力軸承，然而由于受限于馬赫數(shù)及機殼寬度，壓縮機7%；更換驅動機組及壓縮機本體，增加一級葉輪，由原背壓式汽輪機改為凝30%，6710KW8998KW，5203r/min4476r/min。此種改造方案，由于凝汽式汽輪機與背壓式汽輪機構造差距較大，改為凝汽式汽輪機之后，需要對其根底進展重核算和局部改造，同時也需要對底座、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器護罩等部位進展更。的產能。投入產出變化t/a元項物料目原設 調整計 后

總價萬元原設計 調整后丙烷 原料 0

14.58

4,295.00

55,835.00

62,621.10醚后進料

12.00

10.44

4,255.002,74

51,060.0016,140

44,422.2013,944甲醇 5.88 5.08

5.00

.60

.60123,03合計5.60

120,987.90出 氫氣料萬

8,304.00

10,240.00

1.52

12,622.08

15,564.80Nm3/aNm3/a11.98,1197,310105,58丙烯 13.019 6.00 .84 9.16精15.65,9392,57069,42711.7004.00.40.80汽油5,933,797.12,8170.64 2.16組分4.0076.44206,30203,39合計1.089.20年利潤萬83,26582,411元.48.30由上表可以看出，原料調整后與原設計相比，由于進料組成變化，C3多，C420471.02t/aMTBE2.38萬t/a，故導致產品總產值降低2902萬元。依據(jù)投入產出綜合狀況看，年利潤1%，但是轉變原料比例后，年利潤率則增67.67%68.11%。需要指出的是，以上核算是基于混合脫氫單裝置的投入與產出進展比較的結果，假設以聯(lián)合裝置統(tǒng)計，甲醇成為內部循環(huán)物料，不需要外購，因此在進展經濟核算時，需扣除甲醇原料以及對應生2.63%，1697提升時，年利潤也相應提高。1.結論及建議在熱泵壓縮機總功率保持不變、進料量不變的狀況下，盡可能的提高丙烯塔進料中丙烯的濃度，可以提高丙烯產量，且在濃度上升至30%以內，丙烯塔及附屬系統(tǒng)均能滿足操作要求。99.5%mol，實際操作中過高的濃度意味著更多的能也可給將來產能提高留有余地。依據(jù)丙烯純度指標的富有，推算系統(tǒng)有6%的余量，意味著當前可降低6%的壓縮機功率亦能滿足產品質量合格的要求；或者將進料量提高至目前操作值的6%的整體提升。余量≤10%。建議熱泵壓縮機透平背壓管網增設蒸汽冷凝器或將透平更換為全凝升消退瓶頸。C3原料增多、C4原料削減時，其對應的產品構造也相應發(fā)生轉變：丙烯產量提高，精MTBE產品產量降低，假設以聯(lián)合裝置進展經2.63%，1697參考文獻：[1]趙萬恒.低碳烷烴