摘要：气体分馏装置是炼油企业主要的VOCs（参与大气光化学反应的有机物）排放源，各类贮罐和塔的呼吸与泄漏、管道连接点的逸散、各类工艺尾气等无组织排放源，不仅污染大气环境，也引起加工损失。优化气体分馏装置能量运行,对于企业节能降耗、降本压费有着重要意义。本文分析了气体分馏装置的基本原理,提出了优化策略,以供参考。
关键词：气体分馏；能量；优化；蒸汽
1 前言
就目前的化工过程稳态模拟主要应用于炼油、石油化工以及化工领域中，例如在日常生产生活中的减压、加氢、催化裂化以及气体分馏、乙烯、天然气、油田气分离等装置中得以普遍的应用。此外，在我国的医药、农药、造纸以及环保行业等都有着一定的应用与发展。近年来随着我国社会科学技术的不断更新与发展，对于石油馏分的计算能够达到十分准确的层面，可以直接用于相关工业装置的设计之中。
2气体分馏装置
泉州石化的气体分馏装置是以催化裂化装置产生的液化气，根据总工艺流程的需要切割成不同馏分，为聚丙烯装置提供纯度不小于99.6%（mol）的精丙烯馏分，同时为下游MTBE装置提供合格的碳四原料，丙烯纯度按95%（mol）设计，作为民用液化气或乙烯裂解原料。
精馏是工业上应用最广泛的分离操作，也是能量消耗最大的化工单元操作之一。由于分馏过程是传质传热的过程，尤其是气体分馏装置，产品纯度要求高、回流比大、能耗很大，主要是塔底消耗低压蒸汽，塔顶又要消耗大量的冷却水，丙烯—丙烷分离系统，能耗一般占装置能耗的40%~50%以上。因此对气体分馏装置的能量利用进行分析，实现精馏塔节能优化控制，是提高气体分馏装置经济效益的主要途径。
精馏塔工艺流程：
丙烯塔总塔板数较多，200层高效浮阀塔较高，故分为丙烯塔A和丙烯塔B，两塔串联。脱乙烷塔底的丙烯-丙烷馏分从塔底自压进入丙烯塔A第66层塔板作为进料。丙烯塔A顶部气体通过管线引至丙烯塔B地步最下层塔板作为上升气相，丙烯塔B底部液相通过中间泵送入丙烯塔A顶部第99层塔板作为液相回流。丙烯塔B顶压力控制在1.9MPa(g)，塔顶蒸出的丙烯经丙烯塔顶冷凝器冷凝后进入丙烯塔回流罐，冷凝液从回流罐底出来分为两部分，一部分用丙烯塔回流泵抽出送入丙烯塔B顶层塔板上作为回流，另一部分用丙烯产品泵抽出，经丙烯冷却器冷至40℃后送至罐区。丙烯塔A底部的丙烷馏分经丙烷冷却器冷却至40℃后，用丙烷产品泵抽出送至罐区。丙烯塔A底部用丙烯塔底重沸器加热，热源为系统提供的95℃热水。
3节能优化措施
3.1低温余热的利用
泉州石化气体分馏装置的脱丙烷塔底设三个重沸器，其中两台热源利用催化裂化装置提供的温度为145℃的催化分馏塔顶循环油，经脱丙烷塔底重沸器换热至115℃后返回催化，从而减少了热源的供应，降低了能量损耗。在开工初期或催化分馏塔顶循环油热量不够时，可利用第三台重沸器，此时以蒸汽加热作为补充热源，这样就不会受催化停工的影响。
另外，脱丙烷塔底的碳四馏分经原料-碳四馏分换热器与丙烷塔的进料液化气换热，利用了充脱丙烷塔出口的高温对丙烷塔原料进行加热，既降低了碳四馏分冷却器的碳四进口温度，又减少了脱丙烷塔进料加热器热水的消耗，充分利用了低温热水和循环水，从而降低了能量损耗。
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3.2操作压力的调整
在不同的塔顶温度和塔顶压力下，达到一定的塔顶产品量与产品纯度，塔顶和塔底热负荷随温度、压力均成明显的上升趋势[1]。在实际操作中，我们控制的操作压力往往要比最低操作压力高得多。因此气体分馏装置尽可能采取低压操作更为经济有利。同时，精馏塔压力的波动对气体分馏装置的塔板效率和装置能耗有较大影响，保持精馏塔操作压力的恒定也相当必要。
3.3适宜的回流比
气体分馏装置是基于精馏原理，而精馏过程的能耗很大程度上取决于回流比的大小。随着回流比的增大，塔顶冷凝器和塔底再沸器的热负荷则相应按比例增大，从而使冷却水和加热介质的耗量按比例增加，装置的能耗升高。
丙烯产品的纯度和丙烯塔回流比有密切关系，在塔顶温度、压力和塔顶产品量一定时，塔顶产品的纯度随回流比的升高而升高。对丙烯塔而言，因聚合级的丙烯纯度很高，达到99.6%以上，纯度的微小增加将引起能耗的大幅度上升。经计算当塔顶丙烯纯度分别为99.5%、99.7%、99.9%时，气分装置的能耗分别为1.00:1.00:1.36[2]。
3.4视液化气碳二含量停运脱乙烷塔
泉州石化的气体分馏装置采用的是脱丙烷塔、脱乙烷塔和丙烯塔三者串联的流程。一般情况下，进料液化气中的乙烷浓度为0.5%~2%，为了达到产品质量要求，产出高浓度丙烯，我们有必要对丙烷浓度进行下降，所以脱丙烷塔是必不可少的。但是，当进料液化气中乙烷浓度足够低，不影响丙烯产品质量时，脱丙烷塔就可以不用。停运脱乙烷塔的具体操作方案是在脱乙烷塔进料口和塔底出料口接一根跨线，使物料不进入到脱乙烷塔内而直接进入丙烯精馏塔。这样就可以极大地降低能量损耗，提高经济效益。
3.5高速泵配备变频器
泉州石化的脱乙烷塔进料泵采用了高速泵，为装置高负荷运行提供了充足的动力。因为高速泵的额定流量比较大 ，当装置的运行负荷较低时，泵的有效功率就比较低，会比较浪费能量。基于这种情况，可以考虑给高速泵配备与之相匹配的变频器，变频器会根据不同的处理量进行调节，从而达到节能降耗的目的。
4结束语
通过分析，气体分馏装置的节能优化还存在着较大的发展潜力，如解决回流比偏大、 操作压力偏高、 压力波动大、 产品纯度过高等问题。塔的工作条件，如温度和压力，需要集成。例如，塔的进出口位置，回流比是否合适，这些都需要适当的计算，才能取得较好的效果，减少能源消耗。因此，根据目前的气体分馏装置，应综合优化工艺，并根据存在的问题进行综合以改进。
通过使用相关的流程软件来对丙烯精馏塔的操作进行优化设计，能够有效提升整个丙烯产品的质量，同时降低相关物料的损失，进而提升相关经济效益。通过对丙烯精馏塔的操作进行优化，提升生产能力，改进控制系统，解决其中的技术困难等等，促使整个工厂操作达到最优的效果。
参考文献
[1] 王治卿.精馏操作分析 ［J］.河南化工， 2000（11）：30-33.
[2] 战数麟.石油化工分离工程［M］.北京：石油工业出版社，1994：282-283
[3]杨进华,修振东. 气体分馏装置能量利用现状及优化措施[J]. 炼油与化工,2012,(03):18-20+58.
[4]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.
论文作者:李瑞亚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：丙烯论文; 装置论文; 丙烷论文; 气体论文; 塔顶论文; 精馏论文; 馏分论文; 《基层建设》2017年第18期论文;