丙烷脱氢装置脱乙烷塔系统操作优化设计

丁长喜 惠生工程(中国)有限公司北京分公司 北京 100032

张 健 凯莱英生命科学技术有限公司 天津 300450

丙烷脱氢技术(PDH)是丙烯生产的主流技术之一。目前，全世界已工业化的丙烷脱氢装置主要采用UOP的Oleflex工艺和Lummus 的Catofin工艺，前者丙烷脱氢反应器采用移动床技术，后者丙烷脱氢反应器采用固定床技术[1，2]。本文介绍的某60万t/a PDH装置采用了UOP的Oleflex工艺。

1 丙烷脱氢工艺流程简介

PDH工艺流程简图见图1。

图1 PDH工艺流程简图

丙烷在冷箱系统配氢气后，经换热进入加热炉加热后进入反应器脱氢，脱氢产物经过压缩，脱氯、干燥后进入冷箱分离系统，分离出来的C2+液体产品，输送至脱乙烷塔系统进行分离，脱乙烷汽提塔塔底液相进入丙烯-丙烷分离塔，采用热泵系统得到丙烯产品。

2 脱乙烷塔系统工艺流程

脱乙烷塔系统工艺流程简图见图2。

图2 脱乙烷塔系统工艺流程简图

UOP的Oleflex工艺的脱乙烷塔系统主要由脱乙烷汽提塔、脱乙烷精馏塔、丙烯压缩机组成，脱乙烷汽提塔塔顶气相经脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)冷凝后进入脱乙烷精馏塔塔底部，脱乙烷精馏塔塔底物流回流至脱乙烷汽提塔，塔顶经脱乙烷精 馏塔冷凝器冷凝后进入回流罐，回流至脱乙烷精馏塔。脱乙烷精馏塔冷凝器由丙烯压缩机提供冷态丙烯，汽化后返回丙烯压缩机入口。

3 脱乙烷塔系统优化模拟分析

脱乙烷汽提塔冷凝器采用空冷器设计，空冷器的电机一半为定频，一半为变频，可以通过调整变频电机的转速或者变频电机投用的台数来调节空冷器工艺介质出口的温度，此温度的调整将造成以下影响：

(1)脱乙烷汽提塔再沸器的热负荷变化将影响塔底再沸器蒸汽量的变化。

(2)进入脱乙烷精馏塔工艺介质的液相分率发生变化，从而影响脱乙烷精馏塔塔顶冷凝器的热负荷，影响丙烯压缩机的功率。

空冷器电机功率、脱乙烷汽提塔再沸器低压蒸汽消耗量、脱乙烷汽提塔冷凝器的负荷、脱乙烷精馏塔冷凝器热负荷随脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)出口温度的变化见表1。

表1 脱乙烷汽提塔冷凝器出口温度对脱乙烷系统的影响

以第一列脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工艺介质出口温度为横坐标，其它五列变量为纵坐标绘图，结果见图3。

从表1和图3中可以看出，随着脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工艺介质出口温度的降低：①脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)功率增加；②脱乙烷汽提塔再沸器热负荷增加，脱乙烷汽提塔再沸器低压蒸汽用量增多；③脱乙烷精馏塔冷凝器热负荷降低，丙烯机的功率降低，丙烯机循环水用量减少。

图3 脱乙烷汽提塔冷凝器出口温度的影响

从而可知，脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工艺介质出口温度存在最优值。

4 脱乙烷塔系统操作费用分析

考虑到脱乙烷塔系统的能量消耗主要包括：低压蒸汽、电能、循环水，三者单位价格不同，故存在最低的操作费用。

脱乙烷塔系统操作费用基于低压蒸汽、电能、循环水(丙烯机用)的单价见表2。

表2 低压蒸汽、电能、循环水单价

以脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工艺介质出口温度59.5℃时的操作费用为基准，从59℃到40℃各操作温度分别与59.5℃的对比分析，脱乙烷塔系统操作费用的变化结果见表3。

表3 空冷器工艺介质出口温度与操作费用

从表3可知，当脱乙烷汽提塔冷凝器(空冷器)工艺介质出口温度为56℃时，脱乙烷塔系统的操作费用的增加值最小。

5 结语

丙烷脱氢装置的脱乙烷系统的操作费用受脱乙烷汽提塔冷凝器工艺介质出口温度的影响，当出口温度为56℃时，脱乙烷塔系统的操作费用最小。