[脱甲烷塔系统投产后运行状况分析]标准状况下的甲烷和一氧化碳

　　摘要；分析了影响中国石化茂名分公司化工事业部640kt/a乙烯装置脱甲烷塔运行的主要因素，并针对新乙烯装置投产后脱甲烷塔存在的问题进行了探讨，通过增加三元制冷压缩机出口冷凝器、消除甲烷氢压缩机无法提高转速的故障的方法来提高脱甲烷塔系统的冷量，减少了塔顶乙烯损失，提高了乙烯产品收率。
　　关键词：脱甲烷塔；冷量；乙烯损失
　　中图分类号：TQ05文献标识码：A
　　中国石化茂名分公司化工事业部（简称茂名乙烯）640kt/a新乙烯装置（简称2#装置）采用中石化与LUMMUS合作开发的乙烯专利技术，这是世界上首次由乙烯专利商和乙烯生产商联合开发全流程乙烯技术。联合开发的乙烯专利技术是一套全新的流程，其中应用了当今世界上最新的乙烯技术。2#装置自2006年9月28日投产后，先后进行了一系列重大改造。其中有冷箱板翅式换热器的成功堵漏，解决了三元冷剂组分变化的问题。后又在2009年检修中增加了一台三元制冷压缩机出口冷凝器EB-462E，进一步加强三元制冷系统的制冷能力，同时还解决了甲烷氢压缩机转速无法提高的问题，是脱甲烷塔塔顶乙烯损失由原来的2%左右降至0.4%以下。
　　1脱甲烷系统简介
　　乙烯装置脱甲烷塔系统包括两个部分：第一部分是原料的预冷，约占总冷负荷的40%；第二部分是脱甲烷塔，约占总冷负荷的12%，两部分冷量约占总负荷的50%。因此，各乙烯生产厂均对脱甲烷塔的操作极为重视。
　　对脱甲烷塔而言，其轻关键组分为甲烷，重关键组分为乙烯。脱甲烷塔的分离过程，一方面要使塔顶尾气中乙烯含量尽可能低，以提高乙烯收率；另一方面又要使塔釜的甲烷含量尽可能低，以提高乙烯纯度。同时，还要尽量减少能量消耗。
　　在冷箱中提高乙烯收率的主要措施是节流膨胀制冷，利用脱甲烷塔塔顶气体的节流膨胀使温度降至-130℃~-160℃，从而回收尾气中的乙烯，同时富集氢气。
　　影响脱甲烷塔乙烯收率的主要因素包括甲烷/氢气比、操作温度和操作压力。甲烷/氢气比越大，塔顶气体中乙烯损失越小，乙烯收率越高；相反，裂解气中氢气含量越多，甲烷/氢气比值越小。为了满足塔顶露点的要求，就必然损失更多的乙烯和乙烷，因此导致乙烯收率降低。
　　2工艺说明
　　2#装置采用前脱丙烷前加氢流程，VB-401来的裂解气先后经过EB-490DX等一系列换热器先后用脱乙烷塔进料、脱甲烷塔侧部和底部再沸器、三元冷剂激冷到约-72℃，然后在VB-411中进行气液分离，液相作为第一股进料 进入脱甲烷塔TB-410，（流程见图１）。
　　VB-411的气相再在EB-493X用尾气和三元冷剂激冷到-99℃后进入分凝分馏塔TB-420。经EB-494X冷却后在VB-413进行气液分离的设备作为TB-420的旁路，在TB-420停用时使用。 VB-413和TB-420的液相作为第二股进料进入TB-410。
　　VB-413和TB-420的气相先后经EB-494X等一系列换热器分别用先后由氢气、甲烷尾气和三元冷剂复热，然后在CB-402提压。从CB-402出来的裂解气先后经EB-450、EB-497X、EB-491X、EB-492X、先后用冷却水、氢气、甲烷尾气和三元冷剂冷却到-133℃进入气液分离罐VB-412。VB-412的液相作为第三股进料进入TB-410。分别来自VB-401、VB-411、VB-413或TB-420的液相在脱甲烷塔TB-410进行精馏分离C1"S和C2"S以上组分两部分。TB-410的中间再沸器EB-410、底部再沸器分别使用EB-491X、EB-490DX的裂解气作再沸热源。塔釜物料由PB-410A/B送至脱乙烷系统。塔顶的物料先后经EB-494X等一系列换热器加热后作为高压尾气与CB-403来的低压尾气合并。
　　图1 脱甲烷系统工艺流程图
　　3 问题分析
　　2#装置自2006年9月28日投产后，经过一段时间的运行发现脱甲烷塔的第二、第三股进料温度无法稳定下来，经常波动。经分析得出，冷剂的组成多次采样分析的数据都不一样，怀疑是在冷箱内有泄漏点，在一次非计划停车中紧急处理了冷箱的泄漏问题。
　　冷箱板翅式换热器的成功堵漏解决了：
　　冷箱泄漏三元冷剂导致冷剂的量和组成时刻变化；脱甲烷塔第二、第三股进料温度经常变化导致塔内温度波动较大；在解决上述问题后，依然存在如下问题影响生产：
　　在接下来的运行中，三元制冷压缩机的出口压力受天气温度影响很大，经常出现排出压力高导致要往脱甲烷塔排轻组分来泄压，而经过降压后的三元制冷系统的制冷能力有所下降，需要在天气温度低时补充甲烷和乙烯组分以提高制冷能力。如此循环，导致脱甲烷塔和三元制冷系统周期性波动，影响乙烯收率。
　　甲烷氢压缩机CB-402的转速无法达到额定值，CB-402功率的下降使得入口压力超高，直接影响裂解气压缩机排出压力高，同时经CB-402到VB-412的第三股进料的冷量受影响，使得脱甲烷塔塔顶温度出现波动，影响乙烯收率。
　　节流膨胀是连续流动的高压气体或液体经过膨胀机或者膨胀节流阀快速降压，同时也是降低物流温度的过程。膨胀后的温度由物流的物理性质和膨胀后的压力所决定。
　　相同条件下，膨胀前温度的高低也直接影响着膨胀物流的流量以及膨胀后物流的温度。脱甲烷塔TB-410的第三股进料VB-412的温度受上述2个问题的影响，远远高于设计值，导致第三股进料膨胀后的温度无法把TB-410顶部温度控制在要求值，此外TB-410塔内的温度极其不稳定，可操作弹性差，顶部温度一直波动。
　　4 解决措施
　　为了解决上述2个问题对脱甲烷塔系统冷量的制约，在2009年底，利用检修的机会增加了一台三元制冷压缩机出口冷凝器EB-462E，同时对原有的EB-462Ａ～Ｄ增加了进出口手阀,方便切换出来清理冷却水侧杂物。在甲烷氢压缩机CB-402的检修中，发现汽轮机CB-402T的V1阀第5阀碟的连接螺钉在蒸汽的冲蚀下发生断裂，并随着蒸汽掉入第2阀座内，堵塞了该阀座的部分通道，使汽轮机进汽量不足，转速无法达到额定值。检修后三元制冷系统制冷能力大大加强，此外受天气温度的影响明显减小，基本上消除了往脱甲烷塔泄压的情况。由于甲烷氢压缩机CB-402的转速达到额定值，功率较之前有所提高，提供给第三股进料的冷量也有所增加。上述问题的解决，使得脱甲烷塔系统冷量明显增加，尤其是VB-412的第三股进料的温度下降较明显，脱甲烷塔塔顶温度和塔内温度都能很好的控制在合理范围。
　　5 结语
　　通过两次大的改造，很好的解决脱甲烷塔系统因冷量不足导致的乙烯收率偏低的问题，在三元制冷系统满负荷和高负荷投料生产的情况下，脱甲烷塔顶的乙烯损失能很好的控制在0.4%以下，在节能降耗和减小损失方面取得了较好的经济效益。
　　参考文献
　　[1]任立新，华建忠.独山子脱甲烷塔系统改扩建前后运行状况分析[J].乙烯工业，2004,16（2）：38～42.
　　[2]张元，许晋，于喜安.脱甲烷塔优化操作分析[J].乙烯工业，2005,17（4）42～45.
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