脱异丁烷塔进料位置的优化节能改造

宁 丹，高帅帅，陈生友

（山东京博石油化工有限公司，山东 滨州 256500）

1 异丁烷和异丁烯

异丁烷是一种重要的化工原料，是制备甲基丙烯腈或甲基丙烯酸的重要原料，也可作为许多化工生产过程的促进剂、冷冻剂等。异丁烷可以与混合C4中的烯烃发生烷基化反应，生产高辛烷值的汽油组分；也可用于制备环氧丙烷、异丁烯等化工原料。异丁烷经氧化、脱水步骤，可以制备碳酸二甲酯[1-2]。

异丁烯也是一种重要的有机化工原料，主要用于制备甲基叔丁基醚（MTBE）、丁基橡胶、聚异丁烯等。此外，异丁烯也可用于合成甲基丙烯酸甲酯（MMA）、异戊二烯、叔丁胺、ABS树脂等有机原料和精细化学品。在传统工艺中，异丁烯的主要来源为石脑油蒸汽裂解制乙烯装置的副产C4馏分和炼厂催化裂化（FCC）装置的副产C4馏分。以上混合C4馏分含有多种氧化物和硫化物杂质，这些杂质会使催化剂中毒失活，腐蚀生产设备，影响最终产品的质量。

利用异丁烷脱氢制异丁烯，可将廉价的烷烃转化成高附加值的烯烃，同时为炼厂提供廉价的氢气，减少了烯烃生产对裂解过程的依赖，提高了汽油资源的综合利用水平。此工艺制得的异丁烯杂质少、纯度高，可满足对高纯异丁烯原料的需求[3-4]。

2 装置概况

京博石化25万t·a-1混合脱氢装置，采用世界最先进的美国UOP的Oleflex混合脱氢技术，以工厂现有的醚后液化气与气分丙烷为原料，生产高附加值的丙烯、MTBE、异丁烯等化工产品。

装置包括丁烷精制、异构化反应、脱氢反应、产物分离等单元。混合丁烷进丁烷精制提纯后，先去ORU进行脱氧提纯，接着进CSP（全烯烃饱和），将物料中的少量烯烃完全饱和为烷烃（正丁烷和异丁烷）后，进入DIB（脱异丁烷塔）。在DIB中，将异丁烷分离后，正丁烷出来去异构化单元转化为异丁烷，再回到DIB。DIB塔顶纯度97.3%的异丁烷物料去脱氢（OLEFLEX）。

丙烷原料经丙烷脱氧、保护床、脱汞保护床、干燥器等工序提纯除杂后，进入进料脱丙烷塔，达到要求的纯度后，与DIB分离得到的异丁烷合并后送入Oleflex单元。

丙烷物料和丁烷物料经脱氢反应后，得到丙烯、异丁烯、未反应的丙烷、异丁烷、副反应生成的重组分（主要为两分子聚合生成的一些苯环）、裂解反应生成的C1和C2，以及催化剂带出的氯化物和注硫分解产生的硫化氢。这些物料首先进入接触冷却器将重组分除去，然后去产物压缩机压缩后，进入脱氯罐除去氯化物，再经过干燥器除去微量的水和硫化氢，再进冷箱将氢气分离。液体产品首先进行选择性加氢（SHP），将反应产生的二烯烃饱和成单烯烃，然后进入产物分离单元。

在产物分离单元，丙烯产品外送，C4组分（包括异丁烷和异丁烯）送往MTBE装置，丙烷被循环送回脱氢进料继续反应，轻组分则被送往燃料管网。C4组分进入MTBE装置，与甲醇混合反应生成MTBE，其中的异丁烯被反应掉，异丁烷则作为本装置的醚后C4，循环送回脱氢装置的C4进料部分去反应。

3 脱异丁烷塔及工艺介绍

混合丁烷先进入丁烷精制单元进行提纯，将其中的微量硫和氯通过脱硫保护床脱除，再进入ORU（脱氧提纯单元）进行脱氧提纯，以脱除含氧化合物及水。接着进入CSP（全烯烃饱和）加氢反应器，将物料中的少量烯烃完全饱和为烷烃（正丁烷和异丁烷）。饱和后的正丁烷和异丁烷进入DIB（脱异丁烷塔）。脱异丁烷塔一方面将异丁烷源源不断地送入脱氢反应（Oleflex）单元，经过脱氢反应后得到异丁烯；另一方面，在塔的第112层，正丁烷馏出后通过P708送入异构化单元，在这里，正丁烷被转化为异丁烷，而异丁烷又被送回到脱异丁烷塔进行分离。

脱异丁烷塔内部有大量塔盘（超过100层），其用途是从设备进料以及稳定反应塔产品中回收异丁烷产品。由于正丁烷和异丁烷的沸点非常相近，很多情况下，该脱异丁烷塔会配备多降液管塔盘，用于提供比传统塔盘更高效的传质和更小的塔盘间距。新鲜丁烷进料会进入塔中部附近。稳定塔的塔底产物或新鲜进料的进料点的选择，取决于实际设计方案。脱异丁烷塔的进料流含有较多的异丁烷时，使用上进料点；含较少异丁烷时使用下进料点。进料流和回流通过喷头进入塔内。脱异丁烷塔的另一个非常重要的功能，是消除反应塔进料中的重馏分。塔底侧馏分对于该功能也很重要，必须谨慎设置，要保证脱异丁烷塔侧馏分中的正丁烷能够满足规范要求。

4 装置现状分析

脱氢装置脱异丁烷塔的新鲜进料为MTBE醚后C4和新鲜C4。这两股物料混合后，经过精脱硫、脱氧、加氢饱和后，进入DIB塔的第42层塔盘。循环料由第112层塔盘抽出，异构化后返回第70层。对各路进料的组分进行对比，醚后C4中异丁烷含量为90%左右，新鲜进料C4中异丁烷含量在40%左右，循环料C4中异丁烷含量在60%左右。新鲜料中异丁烷的含量较低，根据分离原理，为得到纯度较高的异丁烷，需要增加塔器的回流，进而增加了塔底的蒸汽用量，浪费了能耗。

5 模拟分析

通过模拟计算，探索通过调整进料方式实现节约能耗的可行性。改变烷烃脱氢DIB塔C703物料的进料方式，醚后C4走原流程，进DIB塔的第42块塔盘，新鲜丁烷与稳定塔塔底（经异构化反应器后）的两股物料混合后，进入DIB塔的第70层塔盘，模拟计算调整进料方式后C703的操作参数、能耗和产品，结果见表1、表2。

表1 C703关键操作参数调整前后对比

表2 主要物料指标对比表

从表1和表2的对比分析结果可以看出，调整进料方式后，在模拟的操作参数下，各个关键物流的性质基本保持不变。进料方式变化后，主要调整的参数是回流比，回流比可由目前的6降至3.42，塔底的热负荷相应地由11152kW降至8954kW。同时，进料方式的变化，会导致塔内的气液相负荷分布发生较大的变化。对调整进料方式后的DIB塔内的水力学表现进行校核，结果见图1。水力学的校核结果显示，调整后，塔内各段均在合理的操作范围内，水力学表现良好。

图1 C703调整进料后水力学的校核结果

经过模拟分析，得出如下结论：1）改变进料方式后，在保证产品质量不变的前提下，C703的回流可以降低，对应的塔底负荷降低2198kW，换算成0.35MPa的蒸汽，可降低蒸汽用量 4t·h-1；2）调整后，C703塔内的水力学表现良好，可以满足分离需求；3）调整后，新鲜碳四与醚后碳四应分别进入CSP。优化方案实施的前提，是增加1台CSP反应器。

6 改造方案

经模拟核算，项目的经济效益较好，可以节约蒸汽用量，降低装置能耗，因此在现有的基础上，将新鲜料由42层进料改为与循环料一起从70层进料。

通过数据累积分析，新鲜进料中的含氧化合物较低，经过前路的精制后基本能达到加氢催化剂和异构化催化剂的要求，因此无需新增脱氧单元。要加强对原料指标的监控，当出现异常时，通过跨线即可改回原流程。加氢精制单元需要新增设备，以去除新鲜进料中的少量烯烃。根据现有的设备状况，进料罐、加氢反应器等设备可以利旧，只需将反应器进料泵更换为高扬程泵即可。新增设备为闪蒸罐、水冷器、丙烯冷却器、进料泵各1台，以及若干管线 (图 2)。

图2 改造后的装置流程图

7 改造效果

装置2021年4月、5月停工，2021年7月DIB进料优化项目投用。表3是脱异丁烷塔的蒸汽消耗表，可以看出，脱异丁烷塔的蒸汽流量由16t·h-1降低至 12t·h-1，蒸汽消耗量下降 4t·h-1。

表3 脱异丁烷塔蒸汽消耗表

通过模拟分析及核算，改变混合烷烃脱氢装置脱异丁烷塔的进料方式，并对工艺流程进行改动后，脱异丁烷塔的分离负荷得以降低，实现了节能降耗，脱异丁烷塔的蒸汽消耗降低4t·h-1，经济效益显著。