宋红燕，白永涛

(陕西延长石油延安石油化工厂，陕西 延安 727406)

影响气体分馏装置丙烯收率的原因和解决措施

宋红燕，白永涛

(陕西延长石油延安石油化工厂，陕西 延安 727406)

分析了600 kt/a气体分馏装置丙烯产品收率低的原因，通过丙烯塔检修，较大程度地提高了装置处理量，最大可达90 t/h；经过技术改造，将脱乙烷塔塔顶高压瓦斯气排放线连接至柴油加氢装置吸收脱吸塔富气进料管线上，最大程度地减少了丙烯的浪费，每天回收丙烯约2.88 t，可实现经济效益约768万元/a；对气体分馏装置采用先进控制系统，优化了丙烯塔操作，缩小了丙烯塔塔底温差，提高了丙烷产品纯度，进一步提高了丙烯收率。通过以上3项举措，减少了丙烯的排放浪费，最大程度地提高了气体分馏装置的丙烯收率。

气体分馏装置 丙烯 丙烷 收率 先进控制系统

陕西延长石油延安石油化工厂600 kt/a气体分馏(简称气分)装置于2009年建成投产，原料为脱硫、脱硫醇后不含游离水的精制液化气，主要包括催化裂化、连续重整和柴油加氢装置的液化气。该装置采用四塔流程，液化气依次经过脱丙烷塔，脱乙烷塔、丙烯塔和脱戊烷塔分离后，丙烯作为聚丙烯装置原料，碳四馏分作为MTBE装置原料，丙烷、戊烷产品分别送出装置。

1 存在的问题

自2009年气分装置开工以来，一直存在丙烯收率低的问题，表1为丙烯产品实际收率与理论收率对比。由表1可以看出，丙烯产品实际收率较理论收率相差较多。原因主要有3个：①丙烯塔分离效果达不到要求，装置加工量小，致使部分丙烯混入丙烷产品中，造成丙烷产品纯度低、丙烯收率过低[1]；②根据工艺要求，碳二组分需在脱乙烷塔分离出装置，即在脱乙烷塔回流罐罐顶排放至高压瓦斯管网，在此过程中，不可避免地排放了部分碳三组分，该碳三组分中丙烯含量较高，因此造成了丙烯的损失[2]；③常规操作中，丙烯塔由单变量控制，无法保证在丙烯塔产品质量合格的基础上实现丙烯收率的最大化。

表1 丙烯实际收率与理论收率对比

注：丙烯理论产量=丙烯体积分数×液化气加工量×0.8，其中0.8为设计中丙烯相对分子质量与液化气平均相对分子质量之比；丙烯收率=丙烯产量/液化气加工量×100%。

2 改进措施

2.1 丙烯塔检修

丙烯塔塔顶丙烯产品要求丙烯体积分数不小于99.6%，塔底丙烷产品要求丙烷体积分数不低于95.0%，在保证丙烯产品质量合格的前提下，尽量提高丙烷产品纯度，以降低丙烯损耗。

气分装置设计加工量为75 t/h，在开工初期，实际加工量无法达到设计值，丙烯塔压降较大(约0.24 MPa)，且丙烷产品纯度较低，结果见表2。通过分析，认为可能是塔内部构件出现故障，导致精馏塔负荷降低、分馏效果下降[3]。

2010年5月气分装置进行大检修期间，对丙烯塔塔盘逐层检查，发现每层塔盘均有多个浮阀卡塞、锈死、坏掉或丢失。故对故障浮阀逐个试验、更换。检修后，气分装置加工量有较大提高，最大加工量可至90 t/h，此时装置运行平稳，且丙烯塔压降明显减小，由原来的约0.24 MPa降至约0.12 MPa，丙烷产品纯度较检修前明显提高，结果见表3。

表2 检修前丙烷产品组成 φ，%

表3 检修后丙烷产品组成 φ，%

2.2 脱乙烷塔塔顶高压瓦斯线技术改造

为了减少丙烯产品中轻组分含量，脱乙烷塔塔顶碳二组分需经高压瓦斯系统排出装置，但部分碳三(丙烷和丙烯)不可避免地随碳二组分排出，排出的高压瓦斯气中丙烯体积分数约为60%。自2009年气分装置开工以来，该混合高压瓦斯气(组成见表4)直接排入高压瓦斯气管网，一部分作为连续重整装置燃烧炉的燃料，剩余部分在火炬处燃烧。这不仅造成丙烯组分的浪费，降低了气分装置的丙烯收率，同时增大了火炬的处理负荷，造成了巨大的经济损失。

表4 脱乙烷塔回流罐罐顶高压瓦斯气组成 φ，%

为了从根本上解决问题，从全厂现有资源考虑，制定了针对性的技术改造方案，即将气分装置脱乙烷塔塔顶高压瓦斯气引至柴油加氢装置吸收脱吸塔[4]，将其中的碳三组分(丙烯和丙烷)回收于液化气中，最终循环至气分装置作原料，从而实现丙烯的回收。

柴油加氢装置吸收脱吸塔富气与粗汽油逆流接触，富气中的碳三及以上组分大部分被液相吸收下来，少部分轻组分即干气从塔顶馏出；塔底油经过稳定塔进一步分馏，碳三、碳四等组分即液化气从稳定塔塔顶馏出，稳定汽油从塔底送出装置。

2.2.1 详细技术改造方案 图1为脱乙烷塔塔顶高压瓦斯气排放改造流程示意。在脱乙烷塔回流罐(操作压力2.9 MPa)罐顶高压瓦斯排放线控制阀PV0501后、闸阀(1号)前引出一条新管线，并加闸阀(2号)一个，该新管线延伸并连接至柴油加氢装置吸收脱吸塔(操作压力1.59 MPa)中下部的富气管线上(虚线部分)。当气分装置与柴油加氢装置均运行平稳时，1号闸阀关闭、2号闸阀开启，气分装置高压瓦斯气与柴油加氢装置富气汇集进入吸收脱吸塔，回收高压瓦斯气中的丙烯和丙烷；当两套装置中有一套装置运行异常时，1号闸阀开启、2号闸阀关闭，气分装置高压瓦斯气将按原流程排放至高压瓦斯管网。

图1 脱乙烷塔塔顶高压瓦斯气排放技术改造流程示意

2.2.2 经济效益 该技术改造项目于2013年6月25日投用，当天回收瓦斯气中的丙烯气即见成效，柴油加氢装置液化气产品中丙烯体积分数由原来的0增至约2.80%(见表5)。

柴油加氢装置产液化气约120 t/d，丙烯体积分数平均约为3%，由此可计算出每天回收丙烯2.88 t。按丙烯价格8 000元/t、装置运行8 000 h/a计，估算每年可实现经济效益768万元。

表5 技术改造前后柴油加氢装置液化气组成 φ，%

2.3 引进新技术，采用先进控制系统，优化操作

气分装置原采用CS-3000集散控制系统(DCS)，主要从单变量控制的角度来考虑，未能将先进工艺思想和操作经验用于生产过程控制，难以达到保证产品质量和丙烯高收率的优化运行效果。因此，引进新技术，采用先进的APC-Suite控制软件对生产过程实施控制，由单变量到多变量控制，以优化工艺参数，可在一定程度上提高丙烯收率。

APC-Suite软件采用4个控制器分别控制脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔和脱戊烷塔等部分[5]。丙烯塔控制器主要克服进料量的影响，提高控制平稳性，以丙烯塔塔底温差为主要控制目标，提高丙烷产品纯度，实现丙烯产品卡边优化控制，减少丙烯损失。常规操作中要求控制丙烯塔塔底温差不大于3.5 ℃，丙烯塔丙烯产品纯度控制在99.6%以上。2014年6月底，先进控制系统正式投用测试，投用后丙烯塔运行平稳，丙烯体积分数平均值在99.8%以上。

2.3.1 丙烯塔塔底温差变化 丙烯塔塔底馏出丙烷产品，塔底温度TI0608与20层塔盘温度TI0606的差值Δt直接影响丙烷产品纯度，温差越小，丙烷产品纯度越高。

图2和图3分别为先进控制系统投用前后的TI0608曲线，投用前曲线采集于2014年4月1—4日，共72 h;投用后曲线采集于2014年8月3—6日,共72 h。由图2和图3可以看出，相比于投用先进控制系统前的TI0608曲线，投用后的曲线较为平缓，未出现大起大落现象。表6为投用先进控制系统前后TI0608运行稳定性对比。由表6可以看出，投用先进控制系统后TI0608方差较投用前降低35.53%，说明投用先进控制系统后，TI0608温度离散程度小，即温度波动小，装置运行平稳。

图2 先进控制系统投用前的TI0608曲线

图3 先进控制系统投用后的TI0608曲线

表6 投用先进控制系统前后TI0608运行稳定性对比

图4和图5分别为投用先进控制系统前后TI0608与TI0606温差Δt的曲线，投用前曲线采集于2014年4月1—4日，共72 h;投用后曲线采集于2014年8月3—6日，共72 h。由图4和图5可以看出，投用先进控制系统后Δt曲线波动较缓，较投用前曲线平稳。表7为投用先进控制系统前后Δt运行稳定性对比，表8为丙烷产品纯度变化。由表7和表8可以看出，投用先进控制系统后，Δt的方差较投用前降低12.29%，说明投用先进控制系统后Δt波动小，同时Δt平均值小，丙烷产品纯度提高。

图4 先进控制系统投用前的Δt曲线

图5 先进控制系统投用后的Δt曲线

表7 先进控制系统投用前后Δt运行稳定性对比

表8 先进控制系统投用前后丙烷产品纯度对比

2.3.2 丙烯质量变化 图6为投用先进控制系统后，2014年7月1—30日的丙烯产品质量。由图6可以看出，丙烯最高纯度为99.91%，最低为99.60%，平均值为99.80%，较投用先进控制系统前有较大提高。

图6 投用先进控制系统后的丙烯产品质量

2.3.3 经济效益 投用先进控制系统后，丙烯产品中丙烯平均体积分数达到99.80%。当装置加工量在设计指标范围内时，丙烷产品中丙烷平均体积分数为99.32%。为了准确评估气体分馏优化控制系统的达标情况和项目实施后所能产生的经济效益，对优化控制系统投用阶段2014年7月与未投用阶段2013年7月采集相关数据进行对比分析。

2014年7月加工原料精制液化气57.614 kt，丙烯体积分数为33.99%，丙烯产量为14.697 kt；2013年7月加工原料精制液化气54.078 kt，丙烯体积分数为35.41%，丙烯产量为14.146 kt。

剔除原料中丙烯含量对丙烯收率的影响，将2014年7月丙烯收率换算为2013年7月同等丙烯含量时的收率为26.58%；投用优化控制系统前，2013年7月丙烯收率为26.16%。由此可见，投用优化控制系统后，丙烯收率提高了0.42百分点。

用同样方法计算出其它时间下的相关对比数据，结果见表9。由表9可以看出，投用先进控制系统后，丙烯收率均有了较大提高。

表9 投用先进控制系统前后相关采集数据对比

由以上分析可见，采用先进控制软件后，达到了预期效果，丙烯塔运行平稳，参数控制平缓，无大幅波动现象，丙烯塔塔底TI0608与TI0606温差Δt明显减小，丙烷纯度明显提高，丙烯收率也有了较大提高。

3 结 论

(1) 气分装置自2009年开工以来，丙烯收率较低，通过检修丙烯塔，更换塔盘故障浮阀，提高了装置处理加工量，最大可至90 t/h；同时降低了丙烯塔压降约0.12 MPa，有利于丙烯、丙烷的分离，提高了丙烷产品纯度，减少了丙烯浪费。

(2) 通过技术改造，充分利用现有装置资源，将气分装置高压瓦斯排放线改至柴油加氢装置，将气分装置丙烯损失降至最低，创造经济效益约768万元/a。

(3) 采用先进控制系统，优化了丙烯塔操作，进一步提高了丙烷产品纯度，丙烯收率提高了0.42～1.03百分点。

[1] 邢海平.气体分馏装置影响丙烯收率的因素及对策[J].当代化工，2015，44(10)：2435-2437

[2] 黄风林，赵雄.气体分馏装置丙烯回收优化及双塔流程可行性研究[J].石油炼制与化工，2008，39(9)：55-57

[3] 黄富，张杨，彭国峰，等.气体分馏装置优化运行技术措施[J].炼油技术与工程，2015，45(10)：21-24

[4] 李斌，吴裴，冯建钢.吸收稳定系统和气体分馏装置联合优化工艺的应用[J].石油炼制与化工，2008，39(2)：31-33

[5] 张韶煜，柴昕，刘炳杰.先进过程控制在气分装置中的应用[J].石油化工自动化，2014，50(3)：31-34

FACTORS AFFECTING YIELD OF PROPYLENE IN GAS FRACTIONATION UNIT AND MEASURES

Song Hongyan，Bai Yongtao

(ShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.Ltd.Yan’anPetrochemicalFactory，Yan’an，Shaanxi727406)

The reasons of lower yield of propylene in gas fractionation unit were analyzed. Revamping measures were adopted based on the analysis. After revamping，the handling capacity of the fractionator is raised to 90 t/h. The revamping measures include：(i) connecting the high pressure gas discharge line on the top of deethanizer to the feed line of absorption-desorption tower of diesel oil hydrogenation unit，which reduces the discharge of propylene furthest and recovers propylene about 2.88 t/d with an benefit about 7.68 million Yuan/a；(ii) using an advanced control system for gas fractionation unit to optimize the operation of propylene rectification tower，which reduces the temperature difference at the bottoms of the propylene tower，improves the purity of propane，and increases the yield of propylene. Through the above three measures，waste of propylene emissions is reduced and the propylene yield of the gas fractionation unit is increased to a great extent.

gas fractionation unit；propylene；propane；yield；advanced control system

2016-02-04；修改稿收到日期：2016-04-25。

宋红燕，硕士，工程师，从事石油化工生产技术工作。

宋红燕，E-mail：soho_yan2003@163.com。