混合烷烃脱氢装置原料比例调整丙烯塔热泵系统改造技术方案探讨

混合烷烃脱氢装置原料比例调整丙烯塔热泵系统改造技术方案探讨摘要：25/年混合烷烃脱氢装置改造为例，介绍了混合脱氢装置的工艺流程及技术特点，着重论述了当装置原料比例调整，适当降低碳四原料、最大化增加丙烷原料时，丙烯塔热泵系统所面临的瓶颈，并给出了相关的改造方案及建议，为今后同类装置的改造方案供给了借鉴。关键词：混合烷烃脱氢；碳三；碳四；丙烷；丁烷；丙烯塔热泵；1.概述混合烷烃脱氢制烯烃技术近年来广受关注，是指有两种及以上烷烃在一套装置内同时进展脱氢反响，其可以依据需求，更改进料中不同种类烷烃的配比，生产不同的产品构造，从而更好的适应市场需求，到达经济效益的最大化。其中，丙烷脱氢制丙烯，异丁烷脱氢制异丁烯是混合烷烃脱氢技术应用最广的两个领域[1]。在国内，丙烯主要用于生产聚丙烯，占到了丙烯需求量的70%以上，近十年来，随着聚丙烯消费年均增长量达17.59%，丙烯供需缺口不断加大[2]。异丁烯的醚化反响生产的甲基叔丁基醚(Methyltert-butylether,MTBE)的汽油添加剂，以改善汽油的冷启动特性、加速性能及辛烷值分布，然而因其具有肯定的毒性，且可以与水融合，简洁渗入土壤，污染地下水质，美国等一些国MTBE，MTBEMTBE[3-5]。ICI广应用[6]，目前国外已经实现工业化且比较成熟的工艺主要有：美国UOPCatofinPhillipsStarYarsintezFBD-4LindeLinde[7]25/年混合烷烃脱氢装置UOPOleflex合级丙烯和异丁烯产品，同时副产氢气等，异丁烯进一步在装置内生产MTBE产品。近期由于C3、C4原料和产品市场发生较大变化，丙烯产品价格有明显优势，该公司提出期望在当前混合烷烃脱氢装置的根底上，调整进料比例，适当降低碳四原料，提高碳三进料比例，同时结合操作参数的调整进展优化，增加丙烯产量及节能降耗，以到达改善装置经济效益目的。1.装置系统简介示。C4〔ORU〕、烯烃饱和单元〔CSP〕、异构化单元后，与经进料脱丙烷塔处理后的原料碳三和来自丙烷—丙从反响器出来的液体产品经反响产物压缩机压缩、脱氯、枯燥、冷箱系统分别后送至SHP选择性加氢反响器进展选择加氢反响。出SHP的液体产品依次送至脱乙烷塔、产物脱丙烷塔、丙烯塔。产物脱丙烷塔塔底碳四送至醚化反响，异丁烯和MTBEMTBE。丙烯塔顶聚合级丙烯作为产品出装置。Oleflex〔主要是丙烷和异丁烷〕在脱氢反响单元内的催化剂作用下发生催化脱氢反响，生产丙烯、异丁烯以及副产物氢气。单元内设置了三台固定床反响器，反响器间设置加热炉为各级反响器的进料加热。碳四异构化单元中设置异构化反响器，来自罐区的丁烷经过氧化物脱除、CSP加氢饱和后，进入至异构化反响器，在异构化反响器内，进料中的正丁烷在催化剂作用下发生异构化反响，生成异丁烷，反响转化率约为60%，生成的异丁烷与经原料预处理后的丙烷组成联合进料，通过冷箱系统换热后输送至脱氢反响单元。冷箱系统位于脱氢反响单元的下游，其进料分为两股，一股来自于脱氢反响氢产物中主要有丙烯、异丁烯以及大量的副产物氢气，为了避开加重下游装置的负荷，循环物料过多等问题，需在冷箱系统中将副产物氢气进展深冷分别。冷箱系统中设置了两级透平机，为其供给深冷环境，设置了低、中、高位分别罐和级间换热器，到达液化的烃类和氢气分别效果。冷箱系统分别出来的氢气一局部循环返回至脱氢反响单元，起到掌握反响器床层压力以及保护催化剂床层的左右，一局部输送至界区外进展氢气提纯。产物分别单元包括脱乙烷塔汽提段、精馏段、产物脱丙烷塔、丙烯-丙烷塔三台精馏塔和一台热泵精馏塔组成，主要作用是将C3、C4分别，丙烷和丙烯分别C4塔的塔顶产品丙烯纯度到达聚合级，作为产品外送，塔釜的丙烷则循环回脱氢反响单元。异丁烯醚化单元即MTBE精制单元，其进料来自产物分别单元中的产物脱丙烷塔的塔釜C4及以上组分，其中的异丁烯和来自罐区的甲醇混合后，进入醚化MTBE，MTBE经脱轻塔、脱重塔进一步精制，脱除轻组分和重组分后，得到MTBE精制产品。着重进展了分析和争论，并给出了相关的改造方案和建议。1.方案分析及争论丙烯塔进料浓度影响分析依据企业供给的生产运行数据，通过具体模拟计算，得出的模拟结果与实际运行数据吻合较好。依据模拟计算结果，针对丙烯进料浓度变化和系统裕量进展1丙烷—丙烯分别塔设计值及相关生产运行数据工程工程单位数值总板数块185进料量kmol/h1652进料丙烯浓度%mol22塔底丙烷浓度%mol99.20～99.25塔顶丙烯浓度%mol99.71～99.72维持丙烯塔进料量不变，调整进料中丙烯丙烷比例，分析不同丙烯浓度对设123%逐步上升至30%时，在保持各进料浓度下塔顶、塔底产品质量合格的状况下，通过模拟计算得出，随着丙烯浓度的上升，丙烯塔液相负荷保持不变，气相负荷由12410kmol/h12510kmol/h1%25920KW3回流比与丙烯进料组成是成反相关，随着进料组成的上升，回流比渐渐降低，当32.525，23%。通过图4376.97kmol/h484.18kmol/h，28.4%。26%以内，热泵压缩机、丙烷泵和丙烯丙烷回流泵均可满足操作，进料浓度上升30%时，丙烷泵仍能满足操作。1气液相负荷与进料组成关系图2压缩机功率与进料组成关系3回流比与进料组成关系4丙烯产量与进料组成关系丙烯产品纯度调整影响≥99.7%mol、塔釜丙烷中丙烯含量≤1.5%mol。而国家标准对聚合级丙烯产品的纯度要求是99.5%mol，非99.7%，99.5%纯度的价格进展销售，无疑是不经济也是不必要的，掌握产品纯度恰好到达要求是最为经济合算的策略。通过适当降低回流量便可实现，结果是节约局部压缩机功率，降低能耗，也为丙烯产能的提高留出了余量。99.73%99.56%mol、塔底99.24%99.19%8%，而压缩机总功率6%，6%的蒸汽用量，其所获得的节能效益还是很客观的。6%的99.5%的纯度要求。热泵压缩机组影响分析中的关键设备，其负荷的大小直接影响着丙烯-丙烷塔的产能，丙烯的产量。6710KW，5200r/min，依据现场4950r/min，其距额定转速还有一些空间，说明还具有肯定的负荷提升余量，然而由于此汽轮机形式承受的是背压式，蒸汽透平背压的弹性不够，因此缺少进一步提升转速的条件，成为了提升产能的制约因素。通过与压缩机厂家沟通，提出以下三种改造方案：4%；气密封本体，利旧支撑及推力轴承，然而由于受限于马赫数及机壳宽度，压缩机7%；更换驱动机组及压缩机本体，增加一级叶轮，由原背压式汽轮机改为凝30%，6710KW8998KW，5203r/min4476r/min。此种改造方案，由于凝汽式汽轮机与背压式汽轮机构造差距较大，改为凝汽式汽轮机之后，需要对其根底进展重核算和局部改造，同时也需要对底座、联轴器、联轴器护罩等部位进展更。的产能。投入产出变化t/a元项物料目原设 调整计 后

总价万元原设计 调整后丙烷 原料 0

14.58

4,295.00

55,835.00

62,621.10醚后进料

12.00

10.44

4,255.002,74

51,060.0016,140

44,422.2013,944甲醇 5.88 5.08

5.00

.60

.60123,03合计5.60

120,987.90出 氢气料万

8,304.00

10,240.00

1.52

12,622.08

15,564.80Nm3/aNm3/a11.98,1197,310105,58丙烯 13.019 6.00 .84 9.16精15.65,9392,57069,42711.7004.00.40.80汽油5,933,797.12,8170.64 2.16组分4.0076.44206,30203,39合计1.089.20年利润万83,26582,411元.48.30由上表可以看出，原料调整后与原设计相比，由于进料组成变化，C3多，C420471.02t/aMTBE2.38万t/a，故导致产品总产值降低2902万元。依据投入产出综合状况看，年利润1%，但是转变原料比例后，年利润率则增67.67%68.11%。需要指出的是，以上核算是基于混合脱氢单装置的投入与产出进展比较的结果，假设以联合装置统计，甲醇成为内部循环物料，不需要外购，因此在进展经济核算时，需扣除甲醇原料以及对应生2.63%，1697提升时，年利润也相应提高。1.结论及建议在热泵压缩机总功率保持不变、进料量不变的状况下，尽可能的提高丙烯塔进料中丙烯的浓度，可以提高丙烯产量，且在浓度上升至30%以内，丙烯塔及附属系统均能满足操作要求。99.5%mol，实际操作中过高的浓度意味着更多的能也可给将来产能提高留有余地。依据丙烯纯度指标的富有，推算系统有6%的余量，意味着当前可降低6%的压缩机功率亦能满足产品质量合格的要求；或者将进料量提高至目前操作值的6%的整体提升。余量≤10%。建议热泵压缩机透平背压管网增设蒸汽冷凝器或将透平更换为全凝升消退瓶颈。C3原料增多、C4原料削减时，其对应的产品构造也相应发生转变：丙烯产量提高，精MTBE产品产量降低，假设以联合装置进展经2.63%，1697参考文献：[1]赵万恒.低碳烷烃