降低液化气中C2和C5含量.docx
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降低液化气中C2和C5含量
发布序号:
Q/NHJ.A19.001-2015
QC成果报告
降低液化气组分中C2和C5的含量
注册号:
NLQC-2015-001
类型:
技术攻关型
发布人:
张伟
炼油厂一联合车间横二班
提高液化气合格率攻关小组
二零一四年十二月
引言
催化裂化是我国主要的原油深度加工装置,也是我国生产运输燃料最重要的装置。
我国现有130多套催化裂化装置,总加工能力超过1.0亿吨/年,大多数催化裂化装置掺炼常压渣油或减压渣油,其蜡油多含有溶剂脱沥青油、缓和热裂化油、焦化蜡油等,属重油催化裂化装置。
近年来,随着我国汽车工业飞速发展,在调整车型结构和提高燃油经济性的前提下,汽油需求量超过7400万吨、柴油需求量超过1亿吨。
目前,我国约80%的商品汽油和30%的商品柴油来自催化裂化。
因此,催化裂化是炼油工业提高原油加工深度,生产高辛烷值汽油、柴油和液化气的最重要的一种重质油轻质化工艺过程。
液化气作为重油催化裂化装置的重要产品,其产品质量的好坏直接影响到下游气分、MTBE装置的长周期运行,所以控制好催化裂化吸收稳定部分的工艺过程对液化气产品合格率的提高具有非常重大的意义,进而影响到全厂装置的高辛烷值汽油的调和过程和经济性核算。
宁夏石化公司一联合车间催化裂化装置由北京设计院设计,以加工常压渣油原料为主,设计加工规模为年处理量260万吨,操作弹性60%-110%。
常压蒸馏装置的渣油在提升管反应器内,在高温和一定压力条件下,在催化剂的作用下发生催化裂解等反应,生成油气后,到下一岗位分馏塔进行产品分割,重油催化装置出产高辛烷值稳定汽油,轻柴油,重柴油,液化气,和油浆,同时产生一定数量的高压瓦斯。
产品之一的液化气,由于C2和C5含量高会影响气分岗位操作和MTBE装置的长周期运行,所以本QC小组选择本课题进行攻关,研究和寻找出致使液化气组分中C2和C5高的深层次原因并予以解决,为装置安、稳、长、满、优的运行提供技术保障。
1、小组概况
1.1、小组任务
一联合车间横二班技术攻关小组,希望通过QC活动开展,找出造成液化气组分中C2和C5含量高的要因,针对性的制定消减措施并组织实施,达到最大化提高液化气产品合格率目的。
1.2、小组成员
小组团队由车间李玉平主任、杨波副主任和工艺组技术人员担任课题顾问,横班长陈银平同志负责全面统筹安排工作,张静班长负责数据收集,催化岗位人员负责数据分析、落实措施和撰写课题报告。
团队成员精诚合作,真诚沟通,辛勤劳动,在2014年QC课题发布评比中获得炼油厂第四名的好成绩。
小组成员
小组成立时间:
2015年2月
注册号:
NLQC-2015-001
本次活动时间表:
2015年2月至2014年11月
小组成员
姓名
性别
职务
组内主要工作
文化程度
李玉平
男
主任
组长
本科
肖岷
男
技术员
方案实施及总结
本科
霍成
男
技术员
方案实施及总结
本科
石磊
男
技术员
方案实施及总结
本科
陈银平
男
横班长
方案实施
技校
张静
男
班长
方案实施及总结
大专
宋学栋
男
内操
方案实施
本科
张伟
男
内操
方案实施
研究生
李炜
男
内操
方案实施
技校
伍广清
男
外操
方案实施
技校
陈晓波
男
外操
方案实施
本科
韩蓄
男
外操
方案实施
本科
1.3、活动概况:
活动目标:
寻找要因,优化操作参数,显著降低液化气中C2和C5组分的含量。
活动方式:
专题活动。
所属部门
一联合车间横二班
小组名称
横二班攻关技术小组
成立时间
2015年2月
小组人数
12人
本次课题
降低液化气组分中C2和C5的含量
注册时间
2015年2月
活动时间
2015年2月—2014年11月
活动次数
10次
课题类型
攻关型
出勤率
100%
1.4、小组活动计划:
二、选题理由
2.1、装置长周期运行要求:
2011年12月13日260万吨/年催化装置开工投产,通过两年年多的探索,装置运行稳定。
然而,随着时间的推移,装置在吸收稳定系统的操作过程中发现一些问题,表现为液化气中C2和C5含量偏高,进而导致气分装置操作压力升高的问题,特别是在进行了CRC改造之后,反应剂油比加大,C2产量持续居高不下,严重影响到气分装置的长周期稳定运行。
2.2、产品质量要求:
如果液化气中C5含量持续居高不下,不仅会影响到装置的稳定运行,而且关系到公司对液化气产品质量的控制,并降低了稳定汽油产率。
2.3、经济效益要求:
随着液化气市场和现今对能源化工副产品越来越高的要求,相对于炼油生产操作水平的要求越来越高,所以对产品质量的要求越来越严。
如果液化气组分中C2持续居高不下,气分装置为了保证正常操作,在泄压过程中放掉一部分C3,对装置的经济效益是一个重大损失。
根据以上三条理由,我们选定了“优化稳定系统,提高催化装置液化气合格率,努力实现装置达标”为本次QC活动的课题
三、现状调查:
3.1、产品质量现状
对于重油催化装置液化气产品的质量控制,一般有以下两各控制指标来控制:
C2≯1.8%,C5≯0.5%,统计2014年全年车间共分析1890个液化气化验分析样,总合格率为95.2%,不合格率为4.8%,由此可以看出,通过2014年本小组QC小组攻关过程,显著的提高了液化气合格率(由91.3%提高到95.2%),然而,虽然液化气合格率在去年实现了控制目标,但不能掩饰的一个问题是,在合格的液化气产品中C2和C5的含量仍然居高不下(1.8%>C2>0.6,0.5%>C5>0.3%),进而气分装置C-102顶气相样品中C2含量偏高,如图1所示。
图1.2015年1月液化气产品中C2和C5组分的含量图2.2015年2月液化气产品中C2和C5组分的含量
图3.2015年3月液化气产品中C2和C5组分的含量图4.2015年4月液化气产品中C2和C5组分的含量
由图1-4中可以看出,2015年1月到4月份液化气产品中C2组分的含量总体保持在0.8%-1.3%之间;虽然,经过一个月的优化操作,液化气中C2组分大幅下降,12月份降至0.3%。
而C5组分在CRC改造之前表现出冬天偏低,夏天偏高的趋势;同样在技改优化操作后降低至0.05%。
3.2、操作参数现状
在液化气产品质量的控制过程中,起到关键作用的吸收稳定系统的操作与优化,然而,反再系统操作的优劣同样会影响到液化气产品质量的控制,小组攻关之前吸收稳定系统和反再系统的DCS截图如图2和图3所示。
图3.反应系统DCS截图
由图2可以看出,攻关之前反应温度基本保持在493~495oC之间,反应进料保持在280~290t/h,通过工艺计算,剂油比大约在8.0左右。
图4.吸收稳定系统DCS截图
由图3可以看出,攻关之前干气产量基本保持在9000~10000Nm3之间,吸收塔四个中段回流投用了三组,吸收塔操作温度保持在35~40oC之间,解吸塔进料温度在55~60oC之间,解吸塔底温度在120~123oC之间,稳定塔底温度保持在159~163oC之间。
在上述此种工况下,1~4月份气分装置丙烯的收率趋势如图7-10所示:
图7.2015年1月气分装置丙烯收率图8.2015年2月气分装置丙烯收率
图9.2015年3月气分装置丙烯收率图10.2015年4月气分装置丙烯收率
四、确定目标
从图1可以看出,1到10月份液化气产品中C2含量在0.5%到1.3%之间,C5含量在0.2%到0.4%之间,根据工艺要求:
液化气产品基本在合格范围之内,为了进一步提高液化气产品的质量,增加装置的经济性,所以本小组提出活动目标,使液化气产品中C2的含量控制在0.5以下,C5的含量控制在0.1以下,为装置降能耗增效益做出贡献。
五、原因分析:
小组成员采用头脑风暴法对造成从人、机、料、法、环五个方面对影响液化气质量的因素进行分析:
图11.原因分析图
从因果图中,我们找出影响液化气质量的原因共有11项,在此基础上我们做了进一步讨论分析为下一步找出影响液化气质量的主要原因做准备。
六、要因确认
经过QC小组集体讨论,根据重油催化装置现状,经过选题和搜集液化气产品合格率现状资料,对比去年稳定塔操作现状和存在的问题,对造成催化液化气不合格的主要原因进行分析,确定出导致液化气中C2和C5含量高的主要因素:
表1.要因验证
序号
影响因素
验证措施
判断结果
结论
1
对操作人员培训力度不够
利用副班及中夜班时间对所有员工进行轮流培训,培训结束后对其进行理论及现场考试
考试成绩全部合格
非要因
2
操作人员的工作积极性不高
小组成员通过调查,未发现现场操作不当和监盘不认真的现象,检查DCS参数正常
各班组操作平稳率及现场巡检到位率均大于98%。
非要因
3
吸收稳定系统超负荷
通过对1到4月份的生产数据统计,可以看出,稳气设计指标为40%,实际产率为51%;液化气设计指标为13%,实际产率为15%;轻柴设计指标为31%,实际产率为19%,由此说明吸收稳定系统存在超负荷现象,催化反应的产品结构有待进一步优化
超负荷
要因
4
塔板质量以及空冷器传热效果问题
通过对设备资料的查询,以及平时对吸收稳定系统三个塔的运行情况进行监控,并未发现塔板和空冷器管束传热存在问题,特别是在大检修过程中入塔检查也印证了塔板质量不存在问题的判断。
质量完好
非要因
5
原料性质波动
通过对催化原料的性质分析,可以判断原料性质稳定,并未发现原料性质出现大幅波动
原料各项性质稳定
非要因
6
吸收剂过量
在操作过程中,为了保证干气质量合格,所以粗汽油(140t/h左右)和补充吸收剂(85t/h以上)的用量偏大,特别是在CRC改造之后,干气产量明显变大,所以相应更加大了吸收剂的流量,因此存在过度吸收的现象,加大了解吸塔的操作负荷。
存在过度吸收问题
要因
7
解吸塔底温度低
操作过程中,为了保证轻柴油凝点合格,以及从整个分馏塔的热平衡来考虑,一中循环量偏小(160t/h),一中作为解吸塔热源,进而导致解吸塔底温度偏低(120oC左右),解吸量偏小(25~30t/h),造成部分C2解吸不出去,带入到稳定塔中。
一中循环量偏小,解吸温度不够
要因
8
解吸塔进料温度低
1~11月份解吸塔进料温度基本维持在55~60oC之间,在290t/h进料量的前提下,进料温度的大小直接影响到解吸效果。
进料温度不够
要因
9
解吸塔操作压力高
操作过程中解吸塔的压力始终保持在1.2~1.25MPa之间,属于正常操作范围。
解吸塔压力正常
非要因
10
外界温度波动
在前面现状调查的板书中已经介绍过,C2和C5在夏天和冬天会出现明显的规律性变化,这是由于夏天与冬天执行的蒸汽压指标不同,所以稳定塔的操作会出现一定调整,进而影响到分馏塔各个中段的取热量,最终导致解吸塔热源供量的变化,并非外界温度波动为主要影响。
气温波动非关键影响
非要因
11
稳定塔操作问题
由于要控制稳定汽油的蒸汽压,所以稳定塔底温度要控制得当,特别是在夏天执行夏季稳气蒸汽压指标的前提下,由于空冷冷却能力不足,导致分馏塔顶压力偏高(1.4MPa),冷回流温度偏高(40oC),为了保证蒸汽压合格,只能大幅提高稳定塔底温度(168oC),进而部分C5进入到液化气组分中,造成C5含量偏高
稳定操作不当
要因
七、制定对策
根据确认出的主要影响因素,小组成员按照“5W1H”的原则制定了相应的对策表:
表2.相应对策
序号
要因
对策
措施
时间
地点
负责人
1
吸收稳定系统超负荷
在稳定操作的前提下,适当降低反应温度(493oC),保持剂油比在8左右,控制干气产气量在10000Nm3
反应岗位调节操作,控制滑阀开度和再剂温度,保证反应温度保持在495oC
2015年11月份
炼油厂中央控制室
肖岷
霍成
2
吸收剂量偏大
将吸收塔四个中段回流全部投用,在保证干气合格的情况下,调整吸收剂的用量,粗汽油量视D-201液位操作,一般不大于140t/h,补充吸收剂用量严格控制不大于85t/h。
①.由霍成负责启用全部四个中段回流,调节好各中段的流量,观察吸收效果
②.制定严格的操作条件,防止打时间差,而加大补充吸收剂的用量。
2015年11月份
炼油厂外操和中央控制室
石磊
张伟
3
解吸塔进料温度低
采取措施之前解吸塔进料温度在55~60oC之间,为了提高解吸量,通过调节三通阀TIC3004控制解吸塔进料温度,以及调节E-305换热水的流量,保持进料温度在60~65oC之间
①.由肖岷负责,通过调节E-305换热水的用量,控制稳定汽油通过E-302的温度。
②.内操要严谨盯盘,严格讲进料温度控制在60~65oC之间
2015年11月份
炼油厂中央控制室
肖岷
张静
4
解吸塔底温度低
在保证柴油凝点合格和分馏塔整塔热量平衡的前提下,加大一中取热量,提高解吸塔底温度不低于123oC
由肖岷负责,通过调节轻柴补一中的流量,以及轻柴下抽出口的流量,保证柴油凝点合格的前提下,加大一中取热量,把解吸塔底温度控制在125oC左右
2015年11月份
炼油厂中央控制室
肖岷
陈银平
5
稳定塔操作问题
汇报车间增加A-302的空冷风机数量,保证在夏天最热的时候可以提供足够的冷却能力,并且外操要及时开关空冷,内操控制好稳定塔底温度(160oC)和稳定塔顶压力、温度。
由肖岷负责申请增加A-302的空冷风机数量,制定严格的操作条件,保证稳定塔良好的操作状态
2015年11月份
炼油厂中央控制室
肖岷
宋学栋
影响稳定液化气合格率的因素主要有:
反应深度;解吸塔解吸不好;补充吸收油剂量过大,吸收过度;分馏塔一中返塔温度和返塔流量;轻柴油抽出层温度和抽出量;稳定塔顶温度;稳定塔底温度,冷回流温度流量等方面。
1、反应深度:
反应深度大,造成目的产率和产品分布不理想,轻组分比例过大,从而C2的组分过多,造成吸收稳定系统负荷加大,容易造成部分C2带入稳定塔中,出现液化气C2含量高的现象。
目前主要控制反应温度为主,反应温度一般都在493±1℃。
2、装置加工量:
催化加工量改变,稳定塔的物料平衡、热量平衡被打破,对于稳定塔需要重新建立塔内的三大平衡。
3、分馏塔一中返塔温度和返塔流量:
通过改变一中段回流取热量(包括回流量、回流温度)来调节和控制一中返塔温度和返塔流量,来控制解吸塔底温度,确保解吸效果。
4、吸收塔液气比:
液汽比越大,吸收效果越好,同时补充贫气带出的汽油量增多,然而液气比过大,会造成C2过度吸收,增加解吸塔的负荷,所以,液汽比要适宜,在保证干气质量合格的前提下,尽量减少吸收剂的用量,既可以提高液化气品质,又可以降低装置的能耗水平。
5、控制液态烃的C5含量:
液态烃C5含量是通过调节C-303顶回流量,控制恰当回流比来进行控制的..适当提高塔顶回流量,降低塔顶温度,保持正常的回流比..在保证汽油蒸汽压合格的前提下,适当降低E-303温度。
适当提高C-303的压力,并保持平衡,气体热旁路不要大幅度调节。
并根据季节选择适宜的进料位置。
6、解吸塔底温度的操作:
温度低不利于C2组分的解吸,使脱乙烷汽油中C2含量增多,影响稳定塔的操作,温度高有利于C2的析出,但过高的温度又会造成解吸过度,所以要控制在适宜的条件下。
7、解吸塔压力的操作;高解吸塔压力对C2组分的逸出是不利的,势必得提高塔底温度,增加热源,由于C2未脱净,C2组分会使稳定塔顶不凝气量增多,增加稳定塔负荷,严重时会使稳定塔压力超压,液化气中C2组分增多;低解吸塔压力对于脱乙烷汽油中C2组分的逸出是有利的,脱乙烷汽油中C2含量低,不影响稳定塔的操作,所以对解吸塔理想的操作是高温低压。
八、实施对策
针对对策表中分馏塔塔顶系统温度低,我们做了以下工作:
①、小组成员肖岷、石磊、霍成、张伟通过严格、严谨的工艺计算,并结合兄弟单位兰州石化、庆阳石化和四川石化的操作指标,制定出本装置的部分操作参数:
反应温度495±1oC,剂油比保持在8左右,吸收塔粗汽油进料量不高于145t/h,补充吸收剂不高于85t/h,解吸塔进料温度60~65oC,解吸塔底温度不低于120oC,稳定塔底温度不高于165oC。
②、利用副班及交接班会对各班组进行专题培训,统一操作;
③、每周查看DCS趋势图,对不按照指标规定范围操作的列入考核。
调整后的DCS截图如图12所示
图12.对策实施后DCS截图
表3.实施对策前后的主要参数变化
参数名称
单位
调整前
CRC改造初期
改造后稳定期
反应进料量
t/h
300
300
300
反应温度
oC
495
500
493
解吸塔进料温度
oC
55~60
55~60
60~69
解吸塔底温度
oC
120
122
125
粗汽油流量
t/h
145
150
140
补充吸收剂流量
t/h
85
90
80
稳定塔底温度
oC
165
165
158
吸收塔投用中段数量
个
3
4
4
再吸收塔干气量
Nm3
9000
13000
11000
解析气量
t/h
25~30
30~35
45~50
9、效果检查
经过采取上述措施之后,本小组于11月份对催化和气分装置产品样进行统计,数据如图6所示
图13.2015年11月液化气产品中C2和C5组分的日均含量
由图12可以看出,经过操作参数的优化之后,液化气中C2和C5组分出现明显下降,C2基本保持在0.4%以下,C5基本保持在0.1%以下,实现小组预定的攻关目标,大幅提高了液化气的产品品质。
由于液化气作为下游气分装置的原料,C2含量的多少对C-102的操作压力具有非常大的影响,如果C2含量过高,气分装置C-102为了保持正常的操作压力(不大于2.4MPa),必须开阀泄压,然而在泄压的同时,大量丙烯随之被泄放掉,对装置说来是一个重大损失,因此降低液化气中C2组分的含量,可以有效的减少气分装置泄压的次数与时间,提高了丙烯收率,有效的为装置创造经济价值。
气分装置C-102顶气相样品中C2含量如图14所示。
图14.整改后11月份气分样品中C2组分的日均含量
从图14中可以看出,气分装置C-102顶样品中C2组分的含量基本保持在25%以下,成功实现了小组预定的攻关目标(C2含量不大于25%)。
图15.整改后11月份气分装置丙烯收率
从图15中可以看出,气分装置的丙烯收率在12月份始终维持的30%以上,比攻关前提高了2%左右,成功实现了小组预定的攻关目标(丙烯收率大于30%)。
10、经济效益
如果按2015年精丙烯单体8000元/吨来计算,课题成果从丙烯收率方面考虑,保守估计攻关前每日丙烯产280吨,攻关提高了0.5%的收率,则每日增加收益50000元,全年增加收益4800000元,再加上项目对长周期运行的贡献,经济和社会效益显著。
11、下一步计划
经过以上的努力,催化装置液化气产品中C2和C5组分含量成功降低至攻关目标值(C2小于0.5%,C5小于0.1%),然而为了实现C2和C5含量为0的终极目标,小组准备再接再厉,在下一个年度开展攻关探索,采用计算机软件Pro2和Aspenplus分别模拟分馏和吸收稳定系统的操作情况,依靠计算模拟值结合正常操作过程中的实际情况,争取将液化气中C2和C5含量降至0,目前小组已经展开模拟工作的相关讨论和准备工作,期待明年继续和大家交流讨论。
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- 关 键 词:
- 降低 液化气 C2 C5 含量