荣 荣，李治明

(中国石化海南炼油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

丙烯是石油化工产业的基础原料之一，具有丰富的下游产业链。近年来丙烯供需呈现持续增长的趋势，在国民经济中占有十分重要的地位[1,2]。炼化产业中气体分馏装置是通过精馏的方式将液化气各组分分离出来，得到高纯度的丙烯产品，为下游化工装置提供重要原材料。但是目前气体分馏装置丙烯精馏塔普遍存在丙烯分离效果差、丙烯损失严重和纯度不合格等问题，丙烯精馏塔的合理操作和控制是装置生产平稳、产品合格的重点和难点[3]。本文依托某炼化公司气体分馏装置，分析进料组成、回流比、压力和温度对该装置中丙烯精馏双塔的影响，确定了更为合理的工艺调整方法，可应用于指导类似丙烯精馏塔的操作优化。

1 工艺流程简述

某炼化公司气体分馏装置公称规模为60万吨/年，以经脱硫脱硫醇后的催化裂化装置吸收稳定系统产出的液化气为原料，将液化气通过精馏的方法按四个塔(脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔、脱戊烷塔)的流程设计分离成C2、丙烯、丙烷、C4、C5馏分。其中，由于丙烯塔塔板数较多，分为两个塔串联操作，总塔板数为200层，如图1所示，自脱乙烷塔底来的混合C3组分进入丙烯塔(1)进行传质传热，丙烯塔(1)顶部的组分进入丙烯塔(2)底部作为上升气相继续完成精馏操作，塔(2)斧液通过中间泵送入塔(1)顶部作为液相内回流。塔(1)底的丙烷馏分经冷却器冷却后送至罐区。塔(2)顶部蒸出的丙烯经塔顶冷却器后进入回流罐，回流罐中的冷凝液一部分通过回流泵送回塔(2)顶作为回流，另一部分作为丙烯产品经冷却器冷却后送至下游装置。工艺上要求塔顶丙烯产品体积分数(φ)≥99.50%，塔底丙烷产品体积分数(φ)>95.00%。

2 丙烯精馏塔优化调整分析

2.1 进料组成对丙烯质量的影响

一般生产过程中，丙烯塔的进料流量和进料温度相对稳定，进料组成会在不同时间发生一定变化，这种变化直接对丙烯塔工艺操作过程产生影响，不及时调整会出现产品质量问题[4]。在进料量、操作压力、回流量、塔底热源等工况不作调整的情况下,当进料中丙烷含量增加时，丙烯塔精馏段的负荷增加，对于固定了精馏段板数的塔而言，会导致塔顶采出产品中丙烷含量偏高，造成丙烯质量不合格；若进料中丙烯含量增加，丙烯塔提馏段的负荷增加，导致塔底釜液中丙烯含量偏高，既造成丙烯的损失，又使丙烷质量出现不合格的问题。

随着进料组成中丙烯含暈变化，塔顶理论采出量也相对变化。该炼厂丙烯塔平均进料量按 32 t/h 计算，进料中丙烯体积分数(φ)一般在78%～83%，塔顶丙烯体积分数按≥99.50%(φ)，塔釜丙烯损失按≤5.00%(φ)计算，根据物料平衡公式1和公式2[5]，可得丙烯塔顶的理论采出量为24.46～26.21 t/h，生产中高于这个范围就会造成丙烯纯度降低甚至丙烯质量不合格。

F=D+W

(1)

Fxf=Dxd+Wxw

(2)

F—进料量；D—塔顶馏出物的量；W—塔釜馏出物的量；xf—进料中目标物含量；xd—塔顶馏出物中目标物含量；xw—塔釜馏出物中目标物含量。

本研究选取了2022年1月份3个丙烯纯度不合格的时间点，经过 8 h 的操作调整后，均得到合格产品。由表1可以看出，丙烯纯度不合格时，塔顶的实际采出量均高于理论采出量，表明塔顶丙烯产品中携带了过量的丙烷，导致丙烯纯度降低，出现了不合格的问题。通过调整手段使塔顶的实际采出量低于理论采出量后，丙烯纯度合格。因此，操作丙烯塔时有必要根据进料组成及时核算产品产量，将塔顶采出量控制在合理的范围内，保证丙烯产品质量合格。

表1 丙烯塔顶产品采出量与体积分数

2.2 回流比对丙烯质量的影响

塔顶回流是保证丙烯精馏塔轻重组分连续分离的基本条件，是精馏过程的重要参数[6]。表2为进料中丙烯组成基本不变时不同回流量下丙烯产品纯度变化，在进料中丙烯摩尔分率维持在81%的情况下，随着回流量的增加，回流比增大，塔顶丙烯产品的纯度也随之变高。对于稳定操作的丙烯塔来说，当回流比减小时，理论塔板数增加，设备能耗减少，塔顶轻组分组成将变小；相反，当回流比增大时，理论塔板数减少，设备能耗增加，塔顶轻组分组成将变大。

表2 不同回流比下丙烯塔顶产品纯度

在一个月时间内每天对丙烯塔顶回流量和丙烯产品质量进行固定监测，结果如图2所示，随着回流比的增大，丙烯纯度呈现上升的总体趋势，当回流比>19.00时，丙烯体积分数均>99.50%，达到合格标准；当回流比>20.50时，丙烯体积分数均>99.55%，丙烯质量进一步提升；当回流比>21.50时，丙烯体积分数均>99.60%，丙烯纯度过高则会降低产量，影响经济效益。因此，将丙烯塔顶回流比控制在19.50～20.50这个范围内，既保证丙烯产品质量合格，又利于提高丙烯收率。

图2 不同回流比下丙烯纯度的变化曲线

2.3 塔压和温度对丙烯质量的影响

丙烯塔塔压的控制是丙烯塔稳定操作的重要指标之一，在实际生产运行中，丙烯塔操作压力的变化会对塔内部的气液相平衡产生影响。当塔压偏高时，丙烯和丙烷的相对挥发度减小，塔内整体的温度升高，增大了分离难度，从而影响丙烯质量。在进料稳定的情况下，较低的操作压力有利于保证产品质量[7]。而过低的塔压也不利于丙烯塔的正常运行，因为塔顶温度随着塔压的降低而逐步降低，塔顶温度偏低时，塔顶冷凝器内的冷却水就不能达到对塔顶组分的换热效果，直接影响丙烯塔的平稳生产。因此有必要将塔压控制在合适的范围内，并使塔内的整体温度和内部压力构成对应关系，以达到轻重组分的分离要求[8]。

该丙烯塔在常规操作中要求塔顶压力控制在1.75±0.20 MPa，塔底温度控制在56.00±6.00 ℃，塔顶温度控制在45.00±5.00 ℃，灵敏板位于30层塔板附近。在此工艺指标要求的范围内操作仍存在丙烯质量不合格的可能，还需进一步精确控制相应压力下塔内温度来保证产品纯度合格。从表3可看出，当塔顶压力分别维持在1.72～1.73 MPa、1.75 MPa、1.78～1.79 MPa 时，较高的塔温会导致丙烯体积分数<99.50%；而塔内各部分温度下降后，丙烯体积分数均>99.50%，达到合格标准。塔压和温度发生变化，塔内气液相间的平衡关系也发生改变，在塔压稳定的情况下，较高的塔温表明塔内气相中重组分即丙烷的含量增加，这容易导致塔顶产品中丙烯含量低，致使丙烯质量不合格。本研究在相应压力下通过调整塔底热源降低塔内温度的方式，特别是将灵敏板温度的降低作为重要参考，来减少气相中的丙烷组分，改善了丙烯产品质量。

表3 不同压力和温度下丙烯纯度变化

3 结论

气体分馏装置丙烯精馏塔的进料组成、回流比、压力和温度是衡量塔顶丙烯产品质量的关键参数。本文通过对上述参数的调整，优化了丙烯精馏塔生产工艺，提高丙烯质量，并得出以下观点：①丙烯精馏塔塔顶丙烯采出量需按照进料组成及时调整，控制塔顶的实际采出量低于理论采出量。②对于该装置，将丙烯塔顶回流比控制在19.50～20.50可以保证丙烯产品体积分数≥99.50%(φ%)，达到合格标准。③塔压一定时，需将塔温控制在合理范围内变化，过高的塔温容易导致丙烯质量不合格，适当降低灵敏板温度有利于提高丙烯纯度。