摘要：吸收是重要的单元操作之一，根据混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同而达到分离目的。主要用于分离气体混合物，就其分离目的而言可分为：一、回收混合气体中的有用组分，制造产品。二、净化混合气体中的有害组分，以符合工艺要求，又有利于环保。本装置吸收的目的是回收混合气体中的有用组分，提高乙烯收率、增加公司效益。
影响吸收分离效果的因素较多，如吸收剂、循环时间、吸附压力、解吸压力、操作温度等。在本装置的实际操作中发现，乙烯损失量与吸收剂的量有直接关系。同时受吸收塔压力、冷区负荷、C1701一段吸入压力、干燥器泄压等因素的影响。
操作中要求：1、稳定吸收塔压力。2、保证吸收剂用量。3、严格控制干燥器再生时泄压前的压力，尽力减少乙烯损失，增大乙烯产品收率。
关键词：吸收 吸收剂 乙烯 损失
1.吸收
在过程工业中，吸收是重要的单元操作之一，主要用于分离气体混合物，就其分离目的而言可分为：一、回收混合气体中的有用组分，制造产品。二、净化混合气体中的有害组分，以符合工艺要求，又有利于环保。
当气体混合物（两组分或多组分）与某种液体相接触，气体混合物中某个或某些能溶解的组分便进入液相形成溶液，而不能溶解的组分仍然留在气相中，这种利用溶解度的差异来分离气体混合和物的操作称为吸收，例如HCl气体溶于水生成盐酸，SO3溶于水生成硫酸等都是气体吸收的例子。
实际的吸收操作往往同时兼有回收和净化的双重功能，不能截然分开。
1.1吸收的基本原理
气体吸收的原理是，根据混合气体中各组分在某些液体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进行分离。吸收操作所用的液体溶剂称为吸收剂；混合气体中，能够显著溶解于吸收剂的组分称为吸收物质或溶质；而几乎不被溶解的组分统称为惰性组分或载体；吸收操作所得到的溶液称为吸收液或溶液；被吸收后排出的气体称为吸收尾气，其主要成分是惰性气体，但仍含有少量未被吸收的溶质。[1]
1.2吸收效果的影响因素及吸收剂的选择
影响吸收分离效果的因素较多，如吸收剂、循环时间、吸收压力、解吸压力、操作温度等。其中吸收剂的影响最大，是关键因素。因此要求吸收剂具有下性能：吸收剂的选择：
（1）吸收剂应对混合气中被分离组分有较大的溶解度。
（2）吸收剂对于混合气体中其它组分的溶解度要小，即吸收剂应具有较高的选择性。
（3）溶质在吸收剂中的溶解度应对温度的变化比较敏感，即不仅在低温下溶解度要大，平衡分压要小，而且随温度升高，溶解度应迅速下降，平衡分压应迅速上升。这样，被吸收的气体容易解吸，吸收剂再生方便。
（4）吸收剂的蒸汽压要低，以减少吸收和再生过程中吸收剂的挥发损失。
（5）吸收剂应有较好的化学稳定性，以免使用过程中发生变质。
（6）吸收剂应有较低的黏度，且在吸收过程中不易发生泡沫，以实现吸收塔内良好的气液接触和塔顶的气液分离。
（7）吸收剂应尽可能满足价廉、易得、无毒、不易燃烧等经济和安全条件。[2]
1.3填料塔简介
填料塔是竖立的圆筒形设备，上、下有端盖，塔体上、下端适当位置上设有气液进出口，填料塔内填充某种特定形状的固体物——填料，以构成填料层，填料层是塔内实现气液接触的有效场所。由于填料层中有一定的空隙体积，气体可以在填料间隙所形成的曲折通道中流动，提高了湍动程度；同时，由于单位体积填料层中有一定的固体表面，使下降的液体可以分布于填料表面而形成液膜，从而提供气液接触机会。
在填料吸收塔内，气液两相流动方式原则上可为逆流也可为并流，一般情况下塔内液体作为分散相，总是靠重力作用自上而下地流动，而气体靠压强差的作用流经全塔，逆流时气体子塔底进入而自塔顶排除，并流时则相反。[3]
吸收塔（T1504）精馏段直径为φ1000，进料口以上共3段填料，分别内装IMTP #25、#40、#40不锈钢散装填料，塔釜直径为φ1400。流程描述
1.4吸收剂的流程描述
图1
1-1#丙烯精馏塔 2-P1606丙烷采出泵 3-E1612丙烷冷却器 4-E1524乙烷汽化器 5-E1517丙烷进料激冷器 6-P1504吸收塔回流泵 7-P1505吸收塔一中段循环泵 8-P1506吸收塔二中段循环泵 9-E1515吸收塔一中段冷却器 10-E1516吸收塔二中段冷却器 11-吸收塔 12-脱乙烷塔
本装置吸收剂是自产丙烷，流程如图1示：由1#丙烯精馏塔塔釜采出后通过P1606A/B加压，经E1612丙烷吸收剂循环水冷却器、Y1501冷箱、E1524乙烷汽化器多次换热预冷，最后被E1517丙烷吸收剂激冷器用-40℃丙烯冷剂冷却至-23.8℃（正常操作中冷却到-26℃）并入吸收塔回流线上打入吸收塔。
吸收塔设两个中段循环冷却，提高吸收乙烯的效果。从吸收塔一层填料下方的积液槽引出一股液相，由P1505A/B吸收塔一中段泵送往E1515一中段冷却器，用-40℃丙烯冷剂过冷，送回吸收塔第二层填料上方的液体分布器，起到回流作用。吸收塔第二层填料下方的积液槽引出一股液相，由P1506A/B吸收塔二中段泵送往E1516二中段冷却器，用-40℃丙烯冷剂过冷，送回吸收塔第三层填料上方的液体分布器，起到回流的作用。
吸收乙烯后的液相经吸收塔塔釜送往T1501脱乙烷塔第12层，精馏后乙烯经塔顶送往冷区，丙烷吸收剂经塔釜送至热区，形成闭合的循环。
1.5回收乙烯的流程描述
图2
1-T1503脱甲烷塔 2-E1512脱甲烷塔顶冷凝器3-V1504脱甲烷塔回流罐 4-T1501脱乙烷塔5-V1505吸收塔回流罐 6-P1504吸收塔回流泵 7-P1505吸收塔一中段循环泵 8-P1506吸收塔二中段循环泵 9-E1515吸收塔一中段冷却器 10-E1516吸收塔二中段冷却器 11-吸收塔 12-E1514吸收塔顶冷凝器
回收乙烯流程的流程如图2所示：脱甲烷塔塔顶富含乙烯的气相经脱甲烷塔顶冷凝器冷凝后进入脱甲烷塔回流罐分为气液两相，液相经泵打入脱甲烷塔作为脱甲烷塔的回流，气相从吸收塔塔底进入（气相中含有乙烯55mol%设计值），与丙烷吸收剂逆流接触，经多次过冷的丙烷吸收剂吸收后至吸收塔顶冷凝器，进入吸收塔回流罐。气相经换热回收冷量后并入燃料气管网，液相作为回流通过吸收塔回流泵打入吸收塔。
吸收塔底富含乙烯的丙烷，通过自压进入脱乙烷塔精馏后乙烯经塔顶送往冷区，最终通过乙烯精馏塔送至罐区。
2.吸收数据分析
2.1吸收剂量对乙烯损失的影响
吸收剂量对乙烯的损失如图3所示：白色的曲线为丙烷吸收剂泵P1606A/B出口烃类流量指示，蓝色的曲线为吸收塔回流罐V1504罐顶出口乙烯含量分析。从图中看出，乙烯损失量与吸收剂量是反比关系，即吸收剂量越多乙烯损失越少，反之乙烯损失越多。吸收剂量增加时，乙烯损失逐渐减小，吸收剂量减少时，乙烯损失逐渐增多。吸收剂的高点峰值对应的是损失的低点峰值。
图3
3.2吸收塔压力对乙烯损失的影响
吸收塔压力对乙烯的损失如图4所示：白色的曲线为丙烷吸收剂泵P1606A/B出口烃类流量指示，蓝色的曲线为吸收塔回流罐V1504罐顶出口乙烯含量分析，绿色的曲线为吸收塔回流罐顶压力指示。从图中可以看出实际操作中吸收塔回流罐压力平稳，对吸收效果的影响较小，对吸收剂量的直观影响较大。原因为：丙烷吸收剂泵P1606A/B背压高，泵功率不变的情况下，出口流量减小。由伯努力方程衡算可得，如下：
Z1、Z2是基准面的位能，正常操作中基本保持不变；We是泵的功率，保持不变；P1是泵入口处的压力，正常操作中基本保持不变；μ1泵入口截面的速率，保持不变。当背压增大时，即P2增大，为保持衡算成立，μ2必定变小，出口管线管径不变的情况下出口流量必定减少。
在实际操作过程中，吸收塔连接脱甲烷塔和反应气压缩机，吸收塔压力对四段排出压力有直接影响，所以，吸收塔压力不能作为乙烯损失量的调节手段。
图4
3.3其他因素的影响
乙烯在吸收塔中的损失量除丙烷吸收剂量外还有很多其他影响因素，如图5示：蓝色的曲线为吸收塔回流罐V1504罐顶出口乙烯含量分析，白色的曲线为丙烯制冷压缩机C1701一段吸入压力，绿色的管线为液体凝液干燥器泄压阀阀门开度，黄色的曲线为脱甲烷塔回流量，紫色的曲线为脱甲烷塔塔釜至碳二加氢反应器进料量，能够直接反映冷区的负荷。
从图中可以看出：1、C1701一段吸入压力低时，乙烯损失变小，原因是一段吸入压力低，-40℃冷剂效果变好，吸收剂温度低，对吸收有利。2、液体凝液干燥器泄压时乙烯瞬时损失较高，原因是液体干燥器泄压往压缩机一段吸入罐C1401，介质内含有氮气，从四段排出进入脱甲烷塔和吸收塔后，气速变快，气液接触时间短，导致吸收效果变差，乙烯损失短时间变高，随着泄压时间的推移，损失逐渐恢复正常值。3、脱甲烷塔回流量波动，会导致进入吸收塔气速和进料气相中乙烯含量的波动，短时间内影响乙烯损失。4、脱甲烷塔塔釜至碳二加氢反应器进料量波动，反应冷区负荷波动，导致脱甲烷塔至吸收塔进料气量波动，冷区负荷变大后，乙烯损失会变大。5、前系统进入氮气量作为惰性气体，也是影响乙烯损失的重要原因。
图5
3.操作心得
1、吸收剂量与吸收塔压力成反比，吸收塔压力越高吸收剂量越少，吸收剂量与1#，2#丙烯精馏塔压力成正比，压力越高吸收剂量越多。由于吸收剂量是影响乙烯损失的重要原因之一，所以在实际的操作中，保证1#丙烯精馏塔液位不低于80%，2#丙烯精馏塔压力不低于1.790 MPa，吸收塔回流罐压力不高于2.720MPa，保证吸收剂量在10600Kg/h以上。2、液体干燥器再生泄压时，氮气冲压至0.3-0.6MPa，泄压过程缓慢，降低进入系统中的氮气量的速率。3、冷区操作中增大E1508侧沸器负荷，减小E1507底沸负荷，使E1506负荷降低（E1506是丙烯机-40℃用户中用量最大的），从而降低C1701一段吸入压力，使丙烷吸收剂温度有所降低。4、乙烯损失量持续增大时，联系前系统，稳定反再温度和压力，控制进入系统内的氮气流量。
参考文献：
[1][3]王晓红 田文德 王英龙.化工原理[M].化工工业出版社，2009.6.158-159、166.
[2]许际清.回收FCC干气中乙烯的工艺技术与吸附剂[J].现代化工，1994（7）：18-20.
论文作者:张栋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/16
标签：吸收塔论文; 乙烯论文; 吸收剂论文; 丙烷论文; 压力论文; 甲烷论文; 损失论文; 《基层建设》2018年第27期论文;