增设冷凝冷却器回收脱乙烷塔顶丙烯的优化流程

张兴鑫　石　泽　张　旭　中国寰球工程公司华北规划设计院　北京　100012



增设冷凝冷却器回收脱乙烷塔顶丙烯的优化流程

张兴鑫*石泽张旭中国寰球工程公司华北规划设计院北京100012

摘要采用ASPEN PLUS软件，对气分装置回收LPG中的丙烯进行模拟。结果表明，增设冷凝冷却器，可解决脱乙烷塔顶不凝气中含有部分丙烯的问题，提高整个装置的丙烯回收率。

关键词气分丙烯回收冷凝冷却器脱乙烷塔

*张兴鑫：工程师。2006年毕业于山东科技大学化学工程与工艺专业。主要从事石油炼制项目工艺设计工作。联系电话：(010)61917564，Email：zhangxingxin@hqcec.com。

上世纪90年代以来，丙烯作为重要的石油化工产品之一，其需求的增长速率已超过乙烯[1]。世界上约30%的丙烯来自炼厂催化裂化装置[1]，这就要求气分装置尽最大可能的回收高纯度丙烯，以减少分离过程中丙烯的损失。

1增设冷凝冷却器的原因分析

国内已有的气体分馏装置，基本上都存在丙烯损失的问题。近几年，炼厂为了进一步提高丙烯的回收率，同时在不增加装置投资的前提下，对脱乙烷塔通常都采用提压操作，其正常操作压力的范围一般为2.3～2.5MPa(G)。据生产统计数据显示，丙烯损失最为严重部分来自脱乙烷塔顶气相，占总损失的90%以上，而为了制取纯度大于99.6%(v)的精丙烯，在原料含有C2组分的情况下设置脱乙烷塔又是必不可少的[2]。因此，对脱乙烷塔顶不凝气中丙烯的回收利用就显得更有意义。

国内现有的气体分馏装置一般采用经典的三塔流程，分别由脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔组成。其中，脱乙烷塔顶没有设置冷凝冷却器，从而导致部分丙烯随燃料气流失。其工艺流程见图1。

图1　常规气体分馏装置工艺流程

针对目前的常规流程，为解决丙烯流失的问题，提出在脱乙烷塔顶增设以工艺冷冻水作为冷却介质的冷凝冷却器的设计优化，对损失的丙烯进行冷凝回收，以提高丙烯产品收率。其工艺流程见图2。

图2　带丙烯冷凝冷却器的气体分馏装置工艺流程

采用ASPEN PLUS计算模式，增设冷凝冷却器后的工况，作为优化流程，并和常规流程进行模拟对比研究，分析冷凝冷却器的设置对丙烯回收率提高的必要性和气分装置经济效益的影响。

2优化设计流程的模拟分析

2.1　模拟基础

气体分馏装置公称规模按550kt/a设计，年操作按8400h计，液化气原料来自重油催化裂化装置。丙烯设计纯度大于等于99.6%(v)，回收率要求大于95%。

2.2　模拟计算与对比分析

采用经典流程和优化流程做比对研究。假定在两种流程中，脱丙烷塔的操作温度、操作压力均保持一致，塔底热源采用与催化车间热联合的方式；丙烯塔的操作温度、操作压力也尽可能保持一致，塔底热源采用装置低温热水，热水温差为20℃(75～95℃)，塔顶冷凝采用循环水和冷冻水，循环水温差为10℃(25～35℃)，工艺冷冻水温差为5℃(7～12℃)。脱丙烷塔顶空冷器、丙烯塔顶空冷器冷却负荷保持不变。

经典流程：三塔流程，由脱丙烷、脱乙烷、丙烯丙烷分离三部分组成，主要包括三座分离塔及相应配套的重沸、冷凝及产品冷却等系统。

优化流程：三塔流程，由脱丙烷、脱乙烷、丙烯丙烷分离三部分组成，主要包括三座分离塔及相应配套的重沸、冷凝及产品冷却等系统。其中脱乙烷塔顶燃料气设置丙烯冷凝冷却器。

经过ASPEN PLUS模拟计算，脱丙烷塔计算结果见表1，脱乙烷塔计算结果见表2，丙烯塔计算结果见表3。

表1　脱丙烷塔计算结果

表2　脱乙烷塔计算结果

表3　丙烯塔计算结果

注：在保证丙烯塔丙烯产品含量≥99.6%(v)，丙烷产品含量≥95%(v)的基础上，对丙烯塔参数进行了优化设计。

从表1、2、3可知，通过增设冷凝冷却器流程优化后，丙烯产量在19978kg/h的基础上增加了522kg/h，丙烯回收率提高了2.5%。

在增产丙烯的同时，又分析了能耗差别，仅考虑公用工程循环冷却水、冷冻水对丙烯产品单耗的影响，计算方法：《石油化工设计能耗计算标准》GB/T 50441-2007。具体比较结果见表4。

表4　能耗对比

结果可以看出，优化流程的产品单耗略低于常规流程。

2.3　经济效益对比

在考虑公用工程用量变化的前提下，对常规流程和优化流程进行经济效益比较。其中公用工程部分、丙烷、瓦斯、高纯度丙烯价格按表5。

根据上表所列物价，丙烷价格按液化气价格考虑，经济效益对比见表6。

从经济效益增加来看，装置的产品经济效益显著增加了，年增经济效益3280多万元。

表5　价格表

表6　经济效益对比

3结语

从两种流程对比分析来看，增设冷凝冷却器后，设备投资增加，公用工程消耗增加，但整体来看产品单耗略微降低，而每年回收的丙烯效益也是可观的。

由结果分析来看，增设冷凝冷却器回收脱乙烷塔顶丙烯是必要的。在以后的老装置改造上增设冷凝冷却器可以作为节能增效措施，或者在新装置中都可以直接采用优化流程进行设计。

参考文献

1王瀚舟，钱伯章.增产丙烯的技术进展[J].石油化工，1999，(6).

2荆举祥，徐华.脱乙烷塔操作压力对气分装置经济效益的影响[J].石油化工设计，2007，24(1)：10～11.

(收稿日期2015-06-18)