稳定塔精馏工艺优化模拟与生产应用研究

武宪梅

(中原油田天然气处理厂，河南 濮阳 457162)

中原油田天然气处理厂丁烷厂进行轻烃深加工生产正丁烷、异丁烷和高纯异丁烷产品。其中高纯异丁烷，由异丁烷塔底产出的99.95%以上的异丁烷，经过3A分子筛和13X分子筛两级脱水塔串联处理，脱除杂质后得到，含水为6mg/L以下，H2S、CO2含量均控制在1 mg/L以下，可作为标准气体使用[1-3]。

1 存在问题和解决思路

根据长期的生产运行实际，发现异丁烷塔后的3A分子筛使用寿命比设计使用寿命下降近50%。分子筛床层的提前穿透说明相关工艺介质的水含量升高了。

对高纯异丁烷生产工艺流程进行分析，如图1所示。脱丙烷塔底物料与稳定塔底物料汇合后，组成混合丁烷原料进入脱丁烷塔分离出塔顶气相物料，经异丁烷塔进一步提纯除去微量的C4-组分，得到高纯异丁烷。其中脱丙烷塔上游流程设有脱水单元，因此脱丙烷塔底物料水含量不会升高。而稳定塔底物料中水含量存在升高的可能。

稳定塔用于对原料天然气三级压缩、冷却过程中分离出的液相进行回收处理。如图1所示，各级间分离器液相汇入相分离器后，分出油相送入稳定塔，通过精馏分离，塔顶轻组分C4-循环回原料气中，塔底重组分C4+则进入脱丁烷塔进行回收。由此可见，稳定塔底物料未经分子筛脱水，是混合丁烷中水分的主要来源[3-5]。

图1 高纯异丁烷生产工艺流程简图

根据图1所示的工艺流程，研究改变稳定塔的精馏切割方式，使稳定塔用于分割C5组分，C4组分大部分能够从塔顶采出，循环回气相流程，经干燥除水，随脱丙烷塔底物料进入脱丁烷塔。工艺改造后，稳定塔塔底物料(主要为C5+组分)混入脱丁烷塔底物料，用于生产对水含量要求不高的戊烷气雾剂产品[6-7]。

2 技术优化可行性研究

对稳定塔精馏工艺进行优化，改变分割方式，主要进行两方面研究论证：一是戊烷气雾剂产品要求原料中C4组分≤1%(质量分数)，因此需要对稳定塔的分割精度进行系统论证；二是研究C4组分进入天然气气相流程后，是否会对气相的压缩净化、深冷液化及整个工艺系统的稳定产生影响[4,6]。

2.1 稳定塔工艺优化模拟研究

利用流程模拟软件HYSYS对稳定塔进行工艺模拟，伴生气流量80万m3/d(组成见下表1)，操作压力0.52 MPa，建立工艺模型，模拟研究稳定塔底温度与稳定塔对C4组分分割精度的影响，以及对工艺系统稳定性的影响[6-8]。

表1 伴生气原料组成

2.1.1 对C4组分分割精度的影响

由图2模拟结果可见当稳定塔底温度提高143℃时，C4质量分数含量<1%。工艺流程改造后，稳定塔底物料与异丁烷塔底物料混合后，C4质量分数含量要求<1%，根据两股物料流量与C4浓度计算，稳定塔底物料中C4质量分数含量<3%可以满足要求，塔底温度在135℃左右。

图2 稳定塔底温度与塔底C4组分含量的关系

2.1.2 对工艺系统的影响

稳定塔工艺优化后，对全流程相关组分的收率及能耗的影响进行模拟研究。通过模拟计算，塔顶物料流量、各种产品产量及稳定塔能耗关系见表2。

由表2可见，塔底温度从110℃升至135℃，稳定塔的能耗增加约40%，但对工艺系统内各轻烃产品产量影响不大。稳定塔的工艺改变，对天然气的除杂净化、深冷液化没有明显不利影响。

表2 稳定塔底温度与部分产品产量及稳定塔能耗关系

2.2 生产应用研究

结合模拟分析的结论，改变稳定塔工艺操作参数进行生产实验研究。在生产实验过程中，稳定塔进料量约5.4 t/d，脱丁烷塔底产品产量约44.5 t/d，将稳定塔的操作温度(灵敏板温度)控制在115℃(波动范围为111～119℃，)，塔底温度约135℃。从6月10日至21日对稳定塔底物料C4含量和脱丁烷塔入口物料含水量进行取样分析，分析结果见表3。

表3显示，稳定塔底物料中C4质量分数含量0.01%～2.60%，满足小于3%的要求。脱丁烷塔原料的含水量从25 mg/L以上降至约9.2 mg/L，降低63%，分子筛使用寿命由半年延长至近两年，高纯异丁烷产品品质得到提升。

表3 生产应用试实验结果

3 结论

通过对稳定塔精馏分割方式的模拟优化和生产实验研究，将稳定塔的操作温度从110℃提高至135℃，改变了稳定塔对C4关键组分的分割方式，将C4组分从塔底采出改换为从塔顶采出，进而从根源上切断高纯异丁烷含水分来源。

对稳定塔进行工艺优化后，稳定塔能耗增加40%，但对各产品收率影响不大，异丁烷原料的含水率降低63%，分子筛使用寿命由半年延长至两年。

参考文献

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