气体分馏装置节能降耗分析

气体分馏装置节能降耗分析
发布时间：2021-12-30T08:33:37.274Z 来源：《中国科技人才》2021年第24期作者：温岩杨申萌
[导读] 精馏塔是化工生产过程中使用最广泛的分离单元，也是炼油能耗最大的操作装置之一。

气体分馏装置(简称气体装置)主要用于将催化裂化装置的液化气精馏分离成高纯度的丙烯、丙烷及C4和C5馏分。

丙烯纯度高是气体装置的主要产品，由于丙烯沸点接近、丙烷馏分、相对挥发性小，以及气体装置对丙烯产品纯度的要求高，导致整个装置能耗高。

温岩杨申萌
抚顺石化石油二厂辽宁抚顺 113006
摘要：精馏塔是化工生产过程中使用最广泛的分离单元，也是炼油能耗最大的操作装置之一。

气体分馏装置(简称气体装置)主要用于将催化裂化装置的液化气精馏分离成高纯度的丙烯、丙烷及C4和C5馏分。

丙烯纯度高是气体装置的主要产品，由于丙烯沸点接近、丙烷馏分、相对挥发性小，以及气体装置对丙烯产品纯度的要求高，导致整个装置能耗高。

近年来，多位学者针对燃气装置节能优化提出了多种基于过程建模的优化方法，学者们在燃气装置分离顺序和丙烯双塔流程中展开了优化研究，在不同程度上解决了燃气装置能耗过高的问题。

但这些研究是在对生产工艺流程进行模拟分析后，对生产参数进行优化，无法在生产单元的多个目标之间进行协调和优化，因此，燃气分部门的优化有一定的提升空间。

关键词：催化；气分；低温热节能改造
引言
节能对国家的能源安全、环境保护以及可持续经济和社会发展具有重大影响，是一项重要的长期能源政策。

能源消耗成本已成为我国炼油厂加工成本的重要组成部分。

据统计，炼油厂的能源消费占全国能源消费的16%，成为最大的能源消费国，占企业现金业务成本的一半以上。

因此，减少能源消耗已成为降低成本、提高经济效率和确保企业生存和发展的重要手段。

考虑到我国炼油厂目前的能源状况，最大的节能潜力不再是应用某些先进的节能设备或工艺，而是对全球能源系统进行更广泛和技术先进的优化，以提高总体能源水平。

1 工艺简介
来自催化裂化装置富含丙烯馏分的液化气经脱Ｈ２Ｓ、脱硫醇后，加热至５３℃进入脱丙烷塔，塔顶精馏出的Ｃ２、Ｃ３组分一部分冷却回流，另一部分由进料加热器预热至５５℃送入脱乙烷塔；塔底的Ｃ４、Ｃ５组分经冷却后送至脱乙烷塔。

脱乙烷塔塔顶精馏出的Ｃ２、Ｃ３组分一部分冷却后作为塔顶回流，未冷却的Ｃ２、Ｃ３组分自压送至瓦斯管网；塔底丙烯、丙烷组分（含微量Ｃ２）经预热至５０℃，自压进入丙烯塔精馏。

丙烯塔塔顶蒸出的丙烯组分冷凝后一部分作为塔顶回流，另一部分送至丙烯产品罐区；塔底的丙烷组分经冷却后送至丙烷储罐。

2工艺流程说明
自罐区来的精制液化石油气原料（还有一路是直接从重油催化装置来的原料，原设计为热进料，实际未投用，重油催化装置液态烃送燃料气车间储罐，再经燃料气车间送去气体分馏装置）经缓冲罐后加热进入脱丙烷塔（T101），塔顶气体经冷凝后一部分液体送回塔顶作为回流，一部分液体送至脱乙烷塔作为进料，T101底液体经过降压后直接作为脱异丁烯塔（T104）进料。

从脱丙烷塔顶（T101）来的液体经脱乙烷塔进料加热器加热后进入脱乙烷塔（T102），脱乙烷塔顶气体经塔顶冷凝器冷凝后少量不凝气（主要含有乙烷、丙烯）送至乙烯化工厂乙烯装置或送燃料气车间高压瓦斯系统或送重油催化装置回收，大部分液体由脱乙烷塔回流泵送回塔顶作回流，脱乙烷塔底液体经过降压后直接作为丙烯塔（T103AB）进料。

丙烯塔塔顶气体经冷凝后一部分丙烯液体作为回流，另一部分作为精丙烯产品送出装置；丙烯塔侧线抽出经冷却后一部分丙烯液体作为回流，另一部分作为粗丙烯产品送出装置；丙烯塔底丙烷作为产品经冷却后送出装置。

丙烷也可经天然气管线送制氢装置作为原料。

脱异丁烯塔（T104）塔顶气体经冷凝后，一部分液体送回塔顶作为回流，另一部分液体经冷却后送出装置作为MTBE和烷基化装置原料；塔底液体作为脱戊烷塔（T105）进料。

脱戊烷塔塔顶气体经冷凝冷却后一部分液体送回塔顶作为回流，一部分液体经冷却后送出装置，作为化工原料，塔底戊烷馏分经过冷却后送出装置。

碳四汽化系统流程：自罐区来的混合碳四原料经DN80mm管线送至T105进料液位调节阀前，经调节阀控制一定流量，进入脱戊烷塔T105。

塔底液体经塔底重沸器E115加热后，形成气体，自塔顶馏出，经DN200mm管线进入高压瓦斯系统，供南蒸馏、甲乙酮、焦化装置使用。

塔底控制液位，避免重沸器出现波动导致泄漏情况，塔底含戊烷高时，经出装置戊烷泵P110抽出，与T104底来物料汇合，经过丁烷丁烯冷却器E117冷却后，送出装置。

3气体分馏装置节能降耗措施
3.1优化操作条件
在实际操作中塔顶压力和回流温度都是经过经济衡算来确定的。

综合考虑丙烯损失量、塔底热负荷和塔顶冷负荷，一般是在装置能够承受的范围内适当提高塔压或降低回流温度。

优化操作条件下，脱乙烷塔丙烯损失量（12h）可控制在0.35t内。

3.2轻烃分馏装置先进控制的具体方案
由于轻烃装置的精馏塔之间的关系非常密切，可以说是上下串联的关系，因此为了将相关装置作为一个整体进行控制，同时确保控制精度，需要在各精馏塔中建立辅助控制系统，并且为了完成各精馏塔的模型辨识，塔釜为了测量精馏塔的一系列参数，必须发挥模型识别系统的作用，因此，需要建立数学模型，在建立预测控制内部模型时，需要参照数学模型来保证正确性。

这需要严格遵循流程的实际情况，以便在选择各种类型的变量约束、适当的参数轨迹和特定的控制结构时获得预测控制器。

先进控制器存在的理由之一是考虑每个精馏塔的变量约束和目标，认真设定变量值，先进控制器的方案必须根据精馏塔的变化而变化。

3.3塔顶压力
考察了脱乙烷塔回流温度为36℃时，塔顶压力对塔顶非冷凝气体组分组成的影响。

可见，随着塔顶压力的上升，塔顶非凝缩气体中的丙烯损失量下降，但塔底热负荷上升。

这是因为，脱乙烷塔操作压力降低时，成分间的相对挥发度增大，体系的平衡温度降低，上升气相中的碳三成分增加，不冷凝气体中的丙烯含量增大，从塔顶排出过剩的碳二时，丙烯损失量增加；原料中碳二体积分数高或塔顶循环水冷却能力不足、塔压超高时，塔顶压力控制阀常开状态，从塔顶向气体管网和催化裂化装置释放一部分不冷凝气体，排出的不冷凝气体中含有很多丙烯，丙烯的损失量增大。

3.4装置间总复合曲线
总复合曲线表示温度和热流的关系，通过该关系可以获得装置每个旋钮之上所需的能量，以及旋钮之下的过程热量。

取气体分馏装置总复合曲线手柄上方的部分以及催化裂化装置的总复合曲线除去热口袋部分，并轴对称地翻转总催化裂化复合曲线180，然后沿x轴向左滑动到与总复合气体分馏曲线重合的点，得到它们的总复合热结合曲线(见图1)。

其中，催化裂化装置3a3b段产生3.5MPa(4000.0kw，5.9t/h)蒸汽，气体分馏装置总复合曲线3c3e段使用1.0MPa蒸汽加热(7600.0)因此，可以在3f3g段节约使用热水(3492.0千瓦、461.2吨/小时)进行加热，因此，由于温度位置较低，可以考虑与使用中介质热水的催化裂化装置间接热结合。

图1催化裂化-气体分馏装置间总复合曲线
结束语
研究了配气装置的多目标优化问题，在配气装置工艺仿真的基础上，建立了性能和能耗、丙烯排放和能耗优化模型，将惩罚函数机制引入改进的MOGWO算法求解优化模型，优化结果证明了该方法的可行性和有效性，使配气装置在增产的同时降低了装置能耗，减少了丙烯排放，实现了配气装置的节能增效。

该研究方法为天然气装置的节能优化提供了一种高效可行的解决方案，同时为其他精馏装置的节能优化提供了设计思路。

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