甲醇制丙烯装置中丙烯质量控制的影响因素

第44卷第3期化工技术与开发Vol 44 No. 32015年3月Technology甲醇制丙烯装置中丙烯质量控制的影响因素苏慧,庄壮,王峰,雍晓静,罗春桃(神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司研发中心,宁夏银川750411)摘要:针对神华宁煤甲醇制丙烯(MTP)装置分离系统的实际运行情况,重点分析了影响丙烯质量控制的关键因素:C3分离塔塔顶压力波动、进料状态、回流比、塔顶冷凝器冷后温度变化及塔釜温度波动等,其中塔顶压力波动是造成丙烯质量不合格的主要原因,并对C分离塔提出优化与改进措施。生产实践表明,优化后的C3分离塔能够更好地提髙丙烯产量,同时确保塔压的易调控。关键词:MTP;C3分离塔;质量;改进;优化中图分类号:TQ22212文献标识码:B文章编号:1671-990(20150340054042011年4月神华宁夏煤业集团煤基聚丙烯项1丙烯/丙烷分离系统现状及存在的问题目产出合格聚丙烯产品并进入生产阶段,装置主产50万ta丙烯副产184万t·a汽油、41万t·aC3分离塔在MTP装置运行初期正常。但是,液化石油气和2万t·a乙烯。该项目主要包括煤随着装置运行时间的累积且循环水水质出现问气化、甲醇合成甲醇制丙烯(MTP)和丙烯聚合等题,导致分离塔塔顶冷凝器内部管束出现严重的结生产单元。其中,C3分离塔作为MTP装置的重要垢,从而造成冷凝器换热效率下降,使得分离塔塔精馏系统直接分离出丙烯和丙烷产品,控制着丙烯顶丙烯产品冷后温度高达50℃塔顶压力最高可达产品的质量和产量。C1分离塔的原料以丙烷和丙22MPa,严重超出了C分离塔塔顶的正常操作值烯气相混合物为主由于二者的相对挥发度小,分离(2.0-24MPa)。尤其,当夏季循环水水温稍涨后难度大。为了满足后续聚合单元的生产要求(聚合C分离塔塔压随之升高严重影响C3分离塔的稳级丙烯纯度≥96%),C分离塔需要较多的塔板定操作,影响塔顶丙烯的含量,导致塔釜丙烯含量超和较大的回流比,同时消耗较多的能量。即使C3分标,造成丙烯的严重损失。为了尽量降低分离塔塔离塔达到甲醇制丙烯工艺设计的要求在实际运行顶回流罐的操作温度在装置的运行期间需要及时过程中丙烯在塔釜馏出物中依然占有较高的比例;滑洗循环上水过滤网,清洗完毕后换热效果略有改且与塔釜产品丙烷相比塔顶产品丙烯能够作为基善。随着MTP装置工况的调整以及C分离塔负荷础原料用于生产下游高附加值的衍生产品,更具经的相应增加,由清洗过滤网带来的效果变得不明显济价值,而塔釜丙烷一部分作为原料回到原料炉进如果频繁地更换和清洗过滤网,不仅增加分离工段行回炼,另一部分作为副产液化石油气(LPG)的组的劳动强度,而且延误丙烯当月的产量任务。因此,分。因此,如何降低C分离塔塔釜中丙烯的含量,寻找和分析装置操作过程中影响C分离塔的主要同时提高分离塔塔顶丙烯的含量,对神华宁夏煤业因素,能够最大限度地解决分离塔存在的问题。集团煤基甲醇制丙烯项目具有重要的现实意义。2MTP装置丙烯生产工艺流程本文针对C3分离塔现状及存在的问题,探讨了丙烯质量控制的影响因素,通过分离塔塔顶冷凝系统的图1是C3分离塔的工艺流程示意图。从脱乙技术改造实现分离塔塔压的调控,有效提高了C分烷塔底来的C3混合物先后进入保护床和过滤器依离塔塔顶丙烯的产量,同时控制了分离塔的塔压。次脱除气相混合物中的二甲醚(DME)和杂质后,从第90层或第122层塔板进入C3分离塔。由急冷水中国煤化工作者简介:苏慧(1987-),女,宁夏回族自治区中宁县人,毕业于宁夏大学应用从事催化剂开发及应用研究,电话:13895176874,E-mail: xuhui001@126comCNMHG收稿日期:2015-01-09第3期苏慧等:甲醇制丙烯装置中丙烯质量控制的影响因素泵来的急冷水将C3分离塔塔釜的料液部分汽化,作从图2中可以看出,在其他操作条件基本保持为塔釜的气相回流。C3分离塔底部的丙烷产品经不变时,随着C3分离塔塔顶压力升高,分离塔塔底塔底冷却器冷却后,直接送至LPG罐区。而C3分丙烯含量呈上升趋势,最高可达到1%左右,在正离塔顶丙烯产品经过塔顶冷凝器冷却后,再进入回常操作时塔底丙烯百分比含量应小于3.6%,若大于流罐,其中一路作为回流进入C3分离塔内,另一路3.6%则会造成塔底产品中丙烯的严重超标;塔顶丙作为丙烯产品经过丙烯冷却器冷却后,直接送往界烯含量随着C3分离塔塔顶压力的升高而增加最高区外丙烯储罐。值可达到9986%,图中出现塔顶丙烯含量的波动主WCWCR要是由MTP装置操作工艺调整所致。由此可知,C3塔顶冷凝器分离塔塔压变化是直接影响塔顶丙烯含量的关键因回流罐素之一,当塔顶压力控制在211~216MPa范围内C3分离塔塔顶丙烯含量(装置要求大于99.40%)符回流泵合后续聚合工艺的生产分离塔32C3分离塔进料状态对于C3分离塔而言,丙烯/丙烷进料状态的变再沸器化能够直接影响丙烯质量和丙烯损失量。由上述工艺流程可知,C3分离塔的进料属于气相进料,从急冷水WC WCR丙烷脱乙烷塔底来的丙烯和丙烷的混合物,经过防护床丙烯产品图1C3分离塔工艺流程示意图和过滤器除去DME等杂质后再进入C3分离塔内。以下分别从进料量和进料温度来分析进料状态对3丙烯质量控制的关键影响因素C3分离塔塔顶丙烯质量的影响。31C3分离塔塔顶压力的波动321进料量的大小当C3分离塔进料量不超过塔顶冷凝器负荷和由于MTP装置C3分离塔塔顶冷凝器的冷凝效塔底再沸器负荷时,分离塔塔顶温度和塔釜温度均果差,导致冷后温度偏高塔顶压力持续较高,使分不会产生显著变化,也不会造成分离塔内上升蒸汽离效果下降,严重影响了C3分离塔的操作,造成塔速度的变化;当分离塔进料量超过塔顶冷凝器负荷顶底产品质量不合格。当塔顶温度、塔底温度、回流和再沸器负荷后,C3分离塔塔内上升蒸汽的速度会温度以及塔釜热负荷和塔顶冷负荷都在控制指标范受到影响,同时影响分离塔塔顶温度和塔釜温度,致围内时,取操作稳定的一个周期,分析塔压的持续升使塔板上的气液平衡发生变化,从而直接影响丙烯高对C3分离塔整个系统的影响从而找出影响塔顶质量和丙烯损失量。因此,进料量的变化能够破坏产品质量不合格的因素平稳操作时期C3分离塔压整个C3分离塔内物料的平衡,在未达到新的物料平力与丙烯质量的关系图见图2。衡前,造成C3分离系统的波动。3.22进料温度C3分离塔塔底丙烯含量较低的进料温度能够升髙塔釜的热负荷,降低C分离塔塔顶丙烯含量塔顶冷凝器的冷负荷,反之较高的进料温度导致塔釜热负荷降低塔顶冷负荷升高。当C分离塔进料温度发生较大的波动时,整个C3分离塔的温度随之s发生变化导致分离塔内气液平衡的变化。此外,分离塔进料温度的变化,必将引起进料状态、精馏段冷负荷、提馏段热负荷的变化,致使整个分离塔内物料平衡随之而2.112.122.132.142.152.162.172.182.192.20中国煤化工C分离塔塔顶压力MPa33回流量CNMHG图2C3分离塔塔顶压力与丙烯质量的关系图在C3分离塔操作过程中,回流量是影响整个分56化工技术与开发第44卷离塔塔顶丙烯含量的另一个关键因素。生产中经常冷凝量的大小也会引起回流量和回流温度的变化。采用回流比来调节和控制塔顶丙烯含量。当精馏段塔顶冷凝量增加,回流量随之增加,导致塔顶温度下中重组分含量增加时,常采用加大回流比的方法,降降;塔顶冷凝量降低,回流量随之减小,导致塔顶温低塔顶重组分含量,增加塔顶轻组分的含量,以保证度升高。因此,适当的塔釜热负荷和塔顶冷负荷是丙烯产品质量合格。当提馏段中轻组分含量增加时,确保精馏塔正常操作的前提条件。C3分离塔塔釜塔底下部温度降低,通过适当减小回流比提高塔釜温度为612~65℃,一定工况下,塔釜温度对塔顶丙烯温度。对从塔顶得到产品的精馏塔而言,回流比的含量和塔釜丙烯含量的影响如表1所示。增加能够提高塔顶产品含量,降低精馏塔的生产能表1C3分离塔塔釜温度对塔顶丙烯含量和塔釜丙烯含量的影响力,且增加公用工程的消耗。当回流比增加过大时塔釜温度/℃622662586346637864.36654将会造成塔内物料的循环量过大,甚至导致液泛,破塔顶内烯含量%9609579495099449939坏塔的正常操作塔釜丙烯含量{%4033.963432.681971.32图3是平稳操作周期内C3分离塔回流量与丙从表1可以看出,当C3分离塔塔釜温度从烯含量的关系图。从图3中可以看出,C3分离塔6226℃升至6541℃时,塔顶丙烯含量由960w塔顶丙烯含量随着回流量的增大而不断上升,为%降至9939wt%,塔釜丙烯含量由403wt%降至了满足装置生产合格丙烯的要求(丙烯含量应大32wt%,由此说明塔顶丙烯含量与塔釜内丙烯的于94%),在实际生产中一般控制塔顶回流量在损失量均减少;反之,当塔釜温度降低时,塔顶丙烯845-85t·h'。当回流比增大时塔顶丙烯含量增含量与塔釜丙烯的含量均增加。在C3分离塔工艺加这是由于加大回流量时塔顶轻重组分更易冷凝调整中,塔釜温度的增加使得塔内上升蒸汽的速度到塔釜而重组分比轻组分冷凝量多,因此提高塔顶增加,有利于提高分离塔内的传质效率。但是,如果丙烯含量的同时增加塔釜丙烯的含量,影响丙烯产塔釜温度过高,则塔釜内的丙烷容易带人塔顶,影响品的采出量。反之,当回流比减小时塔内物料平衡塔顶丙烯的含量。因此,在实际操作过程中,必须综遭到破坏,造成重组分上移至精馏段,导致塔顶丙烯合考虑丙烯收率塔釜损失、塔顶丙烯含量等影响因产品质量不合格,此时只能增加回流量或降低外送素,选择适宜的塔金温度。通常C分离塔塔金温度量待塔内物料重新达到平衡后酌情增加丙烯外送尽量控制在63-64℃为宜。量,如果不减少丙烯外送量,将会导致回流罐液位下4C3分离塔的改造与优化措施降,同时由于外送量较大塔顶丙烯质量难以达到合格的要求4.1塔顶压力的调整与优化9960精馏塔的正常操作是基于一定压力进行的,如果塔的操作压力发生波动,对塔的产品质量物料平e9955衡、操作温度都有重要影响向。当精馏塔塔压发生9950变化时,塔内气液平衡受到破坏,与压力相对应的各种平衡关系随之受到破坏,整个塔的操作将随之9945改变。换言之,塔的压力升高,则塔顶馏分产量减少,轻组分浓度增加,塔釜产品产量增加,纯度降低。反之则塔顶馏分产量增加,轻组分浓度降低,塔釜产品浓度提高液相量相对减少。MTP装置C3分离回流量h塔处理的是带压的液化气混合物料,液化气沸点低图3回流量对丙烯产品质量的影响当分离过程中塔压发生微小变化后,塔釜丙烷组分34塔釜热负荷和塔顶冷负荷的影响即以较快的速度挥发并产生携带现象,或气相迅速在精馏操作过程中,为了保持塔釜热源温度的凝结致使C市塔第擂煤在生较大的变化稳定,需要根据塔的热负荷大小,调整热载体流量并对丙烯与向。因此,塔压从而将塔釜温度控制在一定范围内即。同时塔顶是C分离增一太表2为C3分离第3期苏慧等:甲醇制丙烯装置中丙烯质量控制的影响因素57表2C3分离塔塔压低/高时的现象、原因及优化措施压力范围现象原因优化措施1.回流罐液位下降或升高1.塔底加热量不足2塔底及塔内温度低2.回流量较小1.增加塔底加热量3.塔顶压力低3.冷后温度较低2.提高冷后温度4.塔顶温度高或低4外送量较大3减少外送量(已采用)P≤210MPa5.塔底或塔顶产品质量下降或不合格5.进料重组分较多4.加大回流量(已采用)6.塔底的液位上升或下降6.进料量小5调整进料量(已采用)1.回流罐液位高或低1.进料组分变化或进2.塔顶底温度高料组分中轻组分较多1.降低塔底加热量3.冷后温度高2塔底加热蒸汽量大2.降低冷后温度4.回流量大3.冷后温度高3降低回流量(已采用)P≥2.16MPa5.化验分析塔顶底质量不合格或下降4.回流量较大4.降低进料量(已采用)6.塔底的液位上升或下降5外送量较小5加大外送量(已采用)7丙烯外送量较小6.进料量大塔塔压过低/高时出现的现象、原因及处理方法。相应措施后,C3分离塔塔顶压力明显下降,实现C34,2塔压调整后的效果分离塔负荷的降低,有利于塔顶丙烯的采出,确保在神华宁夏煤业集团MTP装置的运行过程中,MTP装置丙烯收率的提高。丙烯分离系统主要釆取稳定C分离塔进料量、稳定5结语C3分离塔塔顶压力、稳定C3分离塔的产品采出量调整塔釜温度、合理控制回流比、定期清洗和检修在精馏操作中,严格控制塔的各项参数是十分C3分离塔塔顶冷却器等措施实现了C3分离塔“安重要的,尤其对于神华宁夏煤业集团主产50万ta稳长满优”的运行,并取得了显著的经济效益。并丙烯的装置,塔压的易控与平稳是至关重要的。只且在MTP装置检修过程中,分别对C3分离塔塔顶有在正常范围内调控各项操作参数,才能保证C3分冷却器、塔底再沸器进行了清理和更换管束从而保离塔塔顶丙烯质量合格和产量最大化。通过对C3证装置的平稳运行。分离塔塔顶冷凝系统的技术改造,改善了分离塔塔顶冷凝效果,提高了塔顶丙烯的产量,同时有效控制检修后了分离塔的塔压,提高了丙烯分离系统产品质量。一检修前参考文献:[1]邓凯,杜军驻,仇汝臣.丙烷丙烯分离塔操作优化研究[山东化工,2012,41(3):91-94[2]邓传芸,虞文良,对精馏塔顶部产品质量影响因素的评述安徽化工,1982(2):34-38[3]何海.优化丙烯精馏系统操作提高丙烯收率[C第四届广东油气发展论坛(节能降耗减排专题)论文集[A]广州:广东省科学技术协会科技交流部,2007:82-87运行时间ld[4]唐锦文,唐宏青.甲醇制烯烃的流程模拟与分析门石图4C3分离塔检修前后同一时期塔压对比图油化工设计,2001,18(1):30-33图4为C分离塔在检修前后(2013年4月至鮑杰,严国样,周学俊气体分离装置压力波动对能耗5月)塔压对比图。由图4可以看出,在生产中采取的影响石油炼制与化工,1998,29(4):42-47Influence Factors of Propylene Quality Control in Methanol-to-propylene ProcessSU Hui, ZHUANG Zhuang, WANG Feng, YONG Xiao-jing, LUO Chun-tao(Research and Development Division, Shenhua Ningxia Coal Industry Groul中国煤化工hina)CNMHG