三塔气体分馏工艺流程研究

崔秋娟,雷 洁

(1.陕西国防工业职业技术学院化学工程学院，陕西 西安 710302；2.陕西延长石油(集团)有限责任公司延安炼油厂，陕西 延安 727406)

当今世界，能源危机日益威胁人类生存和发展，因此石油化工仍然是国民经济的支柱产业。化工生产中的基本原料，如丙烯、丙烷等，主要来自于液化石油气的分馏过程[1-2]。液化石油气原料中的C2及小于C2的烃类含量(体积分数)小于1%，C5及C5以上烃类的含量小于5%，液态烃中丙烯含量多在25%～40%[3]。粗丙烯主要来源于石油馏分蒸汽裂解生产的丙烯和炼厂丙烯[4]，由于原油价格较高、下游产品对丙烯的强有力需求，从而导致丙烯价格上升。本设计是以炼厂催化裂化装置副产的液态烃为原料的气体分馏装置。

1 气分三塔工艺流程

气体分流装置采用三塔工艺流程设计，生产高纯度的丙烯产品，该工艺是在五塔气体分馏传统工艺基础上进行的开发应用。针对只要求丙烯产品的中小型炼油厂，能取得明显的经济效益[5-6]。气分三塔的工艺流程见图1(略去泵等次要设备)。该流程主要包含脱丙烷塔(T-101)、脱乙烷塔(T-102)、丙烯精馏A塔(T-103A)、丙烯精馏B塔(T-103B)等设备。

1)脱丙烷塔工段流程

脱硫后的液化气，经进料泵加压后，通过预热器换热以泡点状态进入脱丙烷塔(T-101)，塔顶压力控制在 2.15 MPa(G)。塔顶蒸气C2、C3馏分，经冷凝器冷却后进入脱丙烷塔回流罐，冷凝液一部分经回流泵加压后送回塔顶作为回流，另一部分经脱乙烷塔进料泵加压后送入脱乙烷塔(T-102)进料口。脱丙烷塔(T-101)塔底采用重沸器加热，塔底C4、C5馏分通过预热器与脱硫后的液化气进料换热后，作为汽油添加剂，去脱丙烷油产品储罐。

2)脱乙烷塔工段流程

脱乙烷塔(T-102)塔顶压力控制在 3.15 MPa(G)。塔顶蒸气，经塔顶冷凝器部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐；未冷凝的气体，主要是C2和部分丙烯、丙烷组成的干气，由回流罐上部经压控阀放至催化气压机出口回收(增加丙烯产品的收率)，亦可使干气作为加热炉的燃料返回炼厂燃料气管网。脱乙烷塔回流罐冷凝液，经回流泵抽出后，送入塔顶作为回流。脱乙烷塔(T-102)塔底用重沸器加热，塔底的丙烯、丙烷馏分自压进入丙烯精馏A塔(T-103A)。

图1 气分三塔工艺流程图

3)丙烯精馏塔工段流程

由于丙烯塔的理论塔板数为89，故分为丙烯精馏A塔(T-103A)和丙烯精馏B塔(T-103B)，两塔串联操作。用PRO /Ⅱ化工流程模拟计算软件模拟时，可认为是一个精馏塔，塔顶压力大约在 2.1 MPa(G)。丙烯精馏A塔(T-103A)塔顶不设冷凝器，物流进入丙烯精馏B塔(T-103B)。B塔塔顶蒸气进入回流罐冷凝后，得到产品精丙烯。丙烯精馏B塔(T-103B)塔底不设重沸器，B塔塔底物流由回料泵加压后送回A塔继续精馏。丙烯精馏A塔(T-103A)塔底用重沸器加热，塔底得到的主要产品为高纯度的精丙烷。

2 原料基础数据

依据气分三塔工艺流程分馏装置，生产精丙烯和丙烷产品。丙烯达到国标优级品(GB7716—87)的质量指标F1-J：丙烯质量分数≥99.5%。丙烷达到国标商品丙烷(GB9052．1—88)的质量指标，即丙烷质量分数≥95%，以提高装置经济效益。本次模拟计算选取国内某炼厂催化裂化装置经过脱硫后液态烃为原料，其原料组成及物性见表1。

表1 气分原料组成及物性

对整个气体分馏三塔工艺运用PRO /Ⅱ化工流程模拟计算软件进行优化模拟，模拟后的三塔工艺全流程界面图如图2所示。

图2 气分三塔工艺全流程模拟图

3 模拟结果

设计液化石油气处理量为25万t/a，年操作时长为 8 000 h，即以 31 250 kg/h 气分进料进行模拟。分别得到纯度(质量分数)为99.5%精丙烯和95%丙烷产品，并要求丙烯回收率不低于95%。优化模拟后的物料计算结果见表2，各个塔的操作压力、操作温度、理论塔板数、进料板位置等见表3。

表3 各塔主要操作参数模拟优化值

4 结论

三塔工艺开发设计中，副产品干气可作为加热炉燃料，送入燃料气管网，或者经过压控阀放至催化气压机出口回收丙烯，以提高丙烯的回收率；副产品脱丙烷油可作为汽油调合组分送出装置。运用PRO/II化工流程模拟计算软件，对各个塔的操作压力、理论板数、进料板位置、回流比等参数进行模拟和优化，选取最优值，并利用脱丙烷塔(T-101)塔底温度较高的脱丙烷油与进料的LPG换热，使得冷、热两方面的能源消耗得以节约。三塔气体工艺方案是五塔工艺流程的简化，模拟数据表明，三塔气体分馏装置，一次性建设投资小，且产品质量优良、流程操作稳定，具有可靠、较强的实用价值，对只要求生产精丙烯产品的中小型炼油厂特别适用。