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气体分馏装置

5.11气体分馏装置

根据全厂总加工流程规划，拟建设一套50万吨/年气体分馏装置，原料为重油催化裂化装置的液化气，主要为聚丙烯装置提供原料。

5.11.1工艺技术选择

气体分馏是常规的精细分馏过程，根据原料中各组分间相对挥发度的不同，按要求将其分为目的产品。

国内外在气体分馏的工艺技术上是一致的，都是通过一系列塔，根据产品方案的要求，将液化气分离成单个的组分或馏分。

5.11.1.1顺序分离流程与常规分离流程的比较

国内大多数气体分馏装置均采用常规分离流程。

第一个塔将C4馏分和C3馏分分开，第二个塔将C2馏分和C3馏分分开，将最难分离的C3馏分的丙烷和丙烯在第三个塔里分离。

顺序分离流程是按各组分轻重的先后顺序，先把最轻的C2脱掉，再把

C3+、C3以及混合C4分别在第二、第三个塔里与其它组分分离而得到目的产品。

顺序分离流程与常规分离流程相比，一是避免了非塔顶目标组分的大量重复汽化与冷凝，有利于降低能耗；二是由于按挥发度的大小顺序进行分离，塔的操作压力也是按从大到小的顺序排列，可以靠自流的方式由前一个塔给后一个塔进料，减少了泵的数量。

但存在着精馏段和提馏段操作负荷不均匀，塔径变化大以及由此引起设计、操作难度大等一系列的缺点。

通过模拟计算、能耗分析及对比，发现顺序分离流程的节能优势不大，虽然能减少两台泵设备，但仅是两台流量和扬程都较小的泵，节省投资不明显。

考虑到操作的方便，推荐采用常规分离流程。

5.11.1.2丙—丙塔热泵流程和常规流程比较

常规C3+-C3分离流程中丙烯精馏塔采用冷却水（空气）作为塔顶冷凝的冷源，用蒸汽或其它热媒作为塔底重沸的热源。

C3+-C3分离热泵流程采用的是逆向卡诺循环。

热泵流程可以采用塔顶丙烯产品作为工质，即塔顶馏出丙烯气相，通过丙烯压缩机升压、升温后作塔底重沸器的热源，在塔底放出热量后而冷凝。

热泵流程也可以用塔底丙烷产品作为工质，即抽出塔底的一股丙烷馏分节流降温后与丙烯塔顶气相换热，通过丙烷气化所放出的冷量来冷凝塔顶产品的同时，吸收丙烯气的低温热能使丙烷气升温，气化后的丙烷通过丙烷压缩机压缩增压继续升温后，返回到丙烯塔塔底作为塔底的热源。

热泵流程既节省了冷却水的消耗，又节省了塔底重沸器热量的消耗，可

以大大的节约能量，但也存在着设备投资较大，流程相对复杂，操作维护难度大的缺点。

常规流程设备投资少，流程相对简单，但能耗相对较高。

从全厂的热平衡考虑，催化裂化装置有大量的低温热，如果不对这些低温热加以利用，还需消耗大量的冷却水对具有低温热的介质进行冷却，采用低温热作为丙烯塔底重沸器的热源，是一举两得的方案。

因此，丙-丙

分离推荐采用常规流程，利用催化装置的低温热作为热源。

由于催化装置提供的液化气中碳五含量很低，催化装置的吸收稳定塔能够控制液化气中碳五的含量，因此本装置将脱戊烷塔取消，设置脱乙烷塔、脱丙烷塔和丙-丙分离塔，降低了装置投资及能耗。

5.11.2工艺概述、流程及消耗定额

5.1121工艺概述

1）装置规模和年操作时数

装置公称规模50万吨/年，实际加工能力42.74万吨/年，年操作时

数为8400小时。

2）装置组成

装置由脱乙烷、脱丙烷、丙-丙分离等部分组成，包括其配套的重沸、冷凝及产品冷却系统。

3）原料

本装置原料为重油催化裂化装置生产的脱硫液化气，预计其组成见表

5.11-1。

表5.11-1原料组成

序号

组分

分子量

mol%

m%

1

C2H4

28.0

0

0

2

C2H6

30.0

0

0

3

C3H8

44.0

6.7

5.9

4

C3H6

42.0

40.24

33.81

5

NC4H10

58.0

3.03

3.52

6

IC4H10

58.0

17.90

20.77

7

NC4H8

56.0

21.42

24

8

IC4H8

56.0

10.62

11.9

9

>C5

72.0

0.07

0.10

合计

49.25

100

100.00

4）产品及副产品

装置生产的丙烯满足聚丙烯装置对原料的要求，Cs+含量＞99.5%（mol）、丙烷作为商品丙烷，Cs含量＞95%（mol）。

脱除丙烯、丙烷后的混合碳四馏分作为MTBE装置原料。

丙烯产品组成见表5.11-2,丙烷产品组成见表5.11-3,碳四馏分组成见表5.11-4。

表5.11-2丙烯组成

序号

组分

m%

mol%

备注

1

C2

0.11

0.08

2

C2+

0.00

0.00

3

C3

0.31

0.32

4

C3+

99.58

99.60

表5.11-3丙烷组成

序号

组分

m%

mol%

备注

1

C3+

0.68

0.65

2

C3

98.13

97.80

3

1-C4+

0.29

0.37

4

i-C4

0.85

1.12

5

n-C4

0.05

0.06

合计

100.00

100.00

表5.11-4碳四馏分

序号

组分

m%

mol%

1

C2H4

0.00

0.00

2

C2H6

0.00

0.00

3

C3H6

0.00

0.00

4

C3H8

0.18

0.24

5

NC4H10

13.94

13.65

6

IC4H10

24.12

24.13

7

NC4H8

21.62

21.92

8

IC4H8

18.73

18.45

9

CC4H8

12.42

12.59

10

TC4H8

8.59

8.70

11

>C5

0.41

0.32

合计

100.00

100.00

5.11.2.2工艺流程

1）工艺流程简述

从催化裂化装置来的脱硫液化石油气进入原料缓冲罐，经原料泵送至原料-混合C4换热器与脱C3液化气换热后，进入脱丙烷塔。

脱丙烷塔塔底用重沸器供热，用催化装置顶循油作为重沸器的热源。

C2、C3馏分从塔顶

馏出，经脱丙烷塔空冷器、脱丙烷塔顶冷凝器冷凝后进入脱丙烷塔顶回流罐，冷凝液一部分用脱丙烷塔回流泵抽出，作为脱丙烷塔回流，另一部分用脱乙烷塔进料泵升压，送至脱乙烷塔作为进料。

塔底混合C4馏分作为

MTBE装置原料。

脱乙烷塔塔顶馏出气体经脱乙烷塔冷凝器部分冷凝后，进入脱乙烷塔回流罐。

脱乙烷塔塔底用重沸器供热，用催化装置来的热水作为重沸器的热源。

脱乙烷塔顶回流罐中的不凝气主要为C2，经压力控制阀调压后送至催化裂化装置。

回流罐中的液体用脱乙烷塔回流泵全部送回脱乙烷塔顶作为回流，塔底的C3馏分自脱乙烷塔塔底自流进入丙烯塔。

丙烯塔因分离要求精度高，塔板数较多，分为两塔串联操作，下段为1#丙烯塔，上段为2#丙烯塔。

1#丙烯塔塔底用重沸器供热，用催化装置来的热水作为重沸器的热源。

1#丙烯塔底的丙烷产品经丙烷冷却器冷却至

40C后出装置去罐区储存。

1#丙烯塔顶排出的气体进入2#丙烯塔下部，2#丙烯塔底部液体由丙烯塔中间泵送回1#丙烯塔顶部作为回流。

2#丙烯塔塔

顶馏出气体经丙烯塔顶空冷器、丙烯塔冷凝器冷凝后，进入丙烯塔回流罐，用丙烯塔回流泵抽出后分两部分：

一部分送回2#丙烯塔顶部作为回流；另

一部分作为丙烯产品为聚丙烯装置提供原料。

工艺流程见图5-11-1。

2）主要操作条件

本装置的主要设备为三座精密分馏塔，其操作条件的选择直接影响到

设备的投资及操作费用，因此，合理地选择其操作条件十分重要。

本装置的主要操作条件有操作压力、塔板数、回流比、进料位置等。

塔的操作温度与塔的操作压力直接相关。

本可研报告通过工艺流程模拟计

算分析优化确定塔的操作条件。

装置主要操作条件见表5.11-5。

表5.11-5装置主要操作条件

序号

设备名称

压力MPa（g）

温度

回流比

塔顶

塔底

进料

回流

塔顶

塔底

1

脱丙烷塔

1.85

1.98

72.5

45.0

47.0

102

3.3

2

脱乙烷塔

2.2

2.3

45.0

46.0

50.7

53.0

液相全回流

3

丙烯塔

1.9

1.99

53

46

47.4

57.9

18.0

5.11.2.3装置物料平衡

装置物料平衡见表5.11-6。

表5.11-6装置物料平衡

序号

物料名称

数值

备注

W%

kg/h

4

10t/a

一一一

原料

1

液化气

100.00

48790

42.74

二二二

产品

1

干气

0.10

46

0.04

2

丙烯

32.12

15674

13.73

3

丙烷

5.61

2740

2.40

4

混合碳四

62.18

30330

26.57

合计

100

48790

42.74

5.11.2.4装置消耗定额

1）装置消耗定额

装置消耗定额见表5.11-7

表5.11-7消耗定额表

序号

名称

单位

消耗量

备注

每小时

每年

1

原料

1.1

催化液化气

4

104t/a

42.74

2

公用工程

2.1

电

kW.h/h

1159

2.2

工厂空气

3

Nm/h

1200

:

开停工，间断

2.3

仪表风

3

Nm/h

120

2.4

氮气

Nm3/h

1200

开停工，间断

2.5

循环水

t/h

2001

2.6

新鲜水

t/h

2

间断

2.7

催化热水

t/h

1600

2）装置能耗

本装置能耗见表5.11-8。

表5.11-8装置能耗

序号

项目

小时耗量

原料单耗

耗能指标

单位能耗

单位

数量

单位

数量

单位

数量

MJ/t

1

电

kW.h/h

1159

kW.h/t

22.78

MJ/kWh

10.89

248.06

2

净化风

3

Nm/h

120

3

Nm/t

2.358

3

MJ/Nm

1.59

3.75

3

循环水

t/h

2001

t/t

39.33

MJ/t

4.19

164.78

4

污水

t/h

2

t/t

0.039

MJ/t

20.34

0.80

5

低温热

kW

36700

1298.32

合计

1715.71

40.98kgbo/t原料

3）节能措施

由于气分装置各塔塔底温度不高，能够利用其它装置的低温热，催化装置产生的低温热水可以作为脱乙烷塔和丙烯塔底热源，催化装置分馏塔顶循环回流油可作为脱丙烷塔底重沸热源，这样降低了气分装置的能耗。

5.1125工艺安装方案

1）设备平面布置原则

满足工艺要求，流程式布置与同类设备相对集中相结合。

该装置布置充分考虑了工艺系统以及过程控制对设备布置的要求。

保证装置内设备防火间距满足防火规范的要求，保证装置的安全可靠

性及其内部必要的操作、检修空间。

尽量减少装置占地，节省投资。

在满足工艺要求前提下，尽可能的采用流程式布置，兼顾同类设备相对集中，同时考虑本装置原料及产品的输送和运输。

2）设备平面布置概况及占地面积

气体分馏装置位于联合装置

（二）内，西侧为MTBE装置，东侧为催化裂化装置。

气体分馏装置占地：

6490m2（其中包括装置高低压配电室和机柜间的面积）。

根据全厂统一规划：

气体分馏装置变配电及仪表机柜间部分与催化裂化装置变配电及仪表机柜间部分设置在同一建筑物内，布置在气体分馏装置街区北侧，其它设施如仪表控制室、办公室等集中设置在全厂控制中心。

按照“流程顺畅、紧凑布置”的原则，所有设备与建、构筑物均沿管桥两侧布置；空冷器可考虑布置在管桥顶部，机泵采用露天式的布置方式。

泵靠近相关设备分组布置在管桥下，充分利用管桥下的空间。

装置的所有动力、控制电缆主要考虑架空敷设。

装置内留有足够的吊装检修用场地，以满足大型吊车接近与回旋。

3）工艺管道及器材

管道器材按《石油化工管道设计器材选用通则》（SH3059-2001）的要

求进行选用。

管道尺寸选用《石油化工企业钢管尺寸系列》（SH3405-96）标准系列

产品。

阀门选用按API标准制造的系列产品。

4）法兰选用均采用《石油化工钢制管法兰》（SH3406-96）

5.11.2.6设计中采用的主要标准及规范

《石油化工企业设计防火规范》

GB50160-2008

《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

GB50058-92

《石油化工工艺装置布置设计通则》

SH3011-2000

《建筑设计防火规范》

GB50016-2006

5.11.3工艺设备技术方案

5.11.3.1塔类

1）脱丙烷塔

脱丙烷塔对后续分馏起着至关重要的作用，对产品精度和产品收率都起着关键作用。

原料中的轻重关键组分的含量发生变化时，对塔的操作会产生影响，因此该塔的设计要充分考虑到原料变化对操作的影响，留出足够的弹性。

经计算，选择该塔的规格为①2800/3200冶8000mm,内设64层

塔盘。

2）脱乙烷塔

脱乙烷塔的目的是尽可能将乙烷以气相脱出，塔顶液相全回流。

经计

算，选择该塔的规格为①1600/1800>38050mm,内设57层塔盘。

3）丙烯塔

丙烯塔的目的是尽可能将丙烷-丙烯塔分开，塔顶出丙烯产品，塔底出丙烷产品。

由于该塔分离精度高，塔盘数多，因此将该塔分为两段，串联操作。

经过计算，选择该塔的精馏段、提馏段规格均为①5000血9500mm,

内设200层高效塔盘。

5.11.3.2冷换类

由于本装置的规模大，需要的冷换设备传热面积大。

为方便设备的检修装置所有换热器、冷凝器选用浮头式，重沸器拟选用T型翅片管重沸器，

强化传热系数，以减少换热面积和设备投资。

5.1133机泵类

本装置的介质液化气、丙烯、丙烷等均为易汽化、易泄露的甲A类液

体，且处理量大，需选用质量可靠、效率高、无泄漏的机泵。

5.11.3.4主要设备规格

1）主要设备汇总见表5.11-9。

表5.11-9主要设备分类汇总表

类型

国内订货

国外订货

合计

备注

序号

台数

金属重,t

台数

金属重,t

台数

金属重,t

1

塔

4

4

2

容器

5

5

3

换热器

19

19

4

空冷器

24

24

4

机泵

12

12

合计

64

64

2）主要设备规格表见附表

（1）塔类

序号

设备名称

规格

介质名称

操作条件

数

量

重量（t）

材质

备注

温度C

压力

MPa（g）

单重

总重

1

脱丙烷塔

©2800/3200X48000

（切）

液化气

47/102

1.85/1.98

1

310

16MnR

2

脱乙烷塔

©1600/1800X38050

（切）

乙烷、丙烷、丙烯

51/53

2.2/2.3

1

60

20R

3

1#丙烯塔

©5000X59500mm

（切）

丙烷、丙烯

50.1/57.9

1.95/1.99

1

510

16MnR

4

2#丙烯塔

©5000X59500mm

（切）

丙烷、丙烯

46/50.1

1.95/1.9

1

510

16MnR

小计

4

（2）容器类

序号

设备名称

规格

介质名称

操作条件

数量

重量（t）

材质

备注

温度C

压力MPa（g）

单重

总重

1

原料缓冲罐

©3200X9000（切）卧

式

液化气

40

1.1

1

42

42

16MnR

脱水包©800X1000

（切）

2

脱丙烷塔回流罐

©2600X8000（切）卧

式

C2、C3

馏分

45

1.82

1

32

32

16MnR

脱水包©800X1000

（切）

3

脱乙烷塔回流罐

©2400X6000（切）

C2、C3

馏分

46

2.3

1

27

27

20R

脱水包©600X800

（切）

4

丙烯塔回流罐

©3600X10000（切）卧

式

丙烯

46

1.85

1

32

32

16MnR

脱水包©1000X1000

（切）

5

仪表风罐

©2000X4000（切）立

式

仪表风

40

0.7

1

10

10

16MnR

小计

5

（3）冷换类

序号

设备名称

规格

介质名称

操作条件

重量

（kg）

总重

材质

备注

温度C（入/出）

压力

MPa（g）

（入/出）

数量

1

脱丙烷塔进料换热器

BES600-4.0-85-6/25-4I

壳程

液化气

40/58

2.05

2

9360

壳体碳钢

管程

C4

102/64

1.879

管程碳钢

2

脱丙烷塔顶冷凝冷却器

BES1200-2.5-495-6/19-4

壳程

C2.C3

47/45

1.85

2

56560

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45「

管程碳钢

3

脱丙烷塔重沸器

TBJS1400-2.5-540-6/25-4

壳程

C4

102/102.5

1.98

1

16560

壳体碳钢

管程

催化循环油

150

0.40

管程碳钢

4

脱乙烷塔顶冷凝冷却器

BJS900-4.0-270-6/19-4

壳程

C2、C3

46/45

2.2

2

9060

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45

管程碳钢

5

脱乙烷塔重沸器

TBJS900-4.0-270-6/19-4

壳程

C2、C3

53/53.5

2.3:

1

4380

壳体碳钢

管程

热水

110/75

0.71

管程碳钢

6

丙烯塔顶冷凝冷却器

BJS1700-2.5-1035-6/19-4

壳程

丙烯

47.4/46

1.85

4

135800

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45:

管程碳钢

7

丙烯塔重沸器

TBJS1400-2.5-540-6/25-4

壳程

丙烯

58

1.99

4

66240

壳体碳钢

管程

热水

110/75

0.70

管程碳钢

8

丙烷冷却器

BES600-4.0-85-6/25-4I

壳程

丙烷

58/40

1.991

1

3370

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45

管程碳钢

10

丙烯冷却器

BES600-4.0-85-6/25-4I

壳程

丙烯

46/40

1.87

1

3370

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45

管程碳钢

10

混合碳四冷却器

BES800-4.0-160-6/25-4I

壳程

混合碳四

64/40

1.9

1

3370

壳体碳钢

管程

水

34/44

0.45

管程碳钢

（4）空冷器

序号

设备名称

规格

介质名称

操作条件

数

量

重量（t）

材质

备注

温度C

压力

MPa（g）

单重

总重

1

脱丙烷塔顶空冷器

GP9X3-6-193-2.5L-23.4/L-la

油气

47/46

1.85/1.8

8

80

管箱16MnR/管束

10

2

丙烯塔顶空冷器

GP9X3-6-193-2.5L-23.4/L-la

油气

47.4/46.5

1.9/1.85

16

160

管箱16MnR/管束

10

（5）机泵类

序号

机泵

名称

机泵类型

介质名称

压力MPa（g）

温度C

流量m3/h

扬程

m

数量

备注

入口

出口

1

脱丙烷塔进料泵

离心泵

液化气

1.05

2.23

40

305

2

2

脱丙烷塔回流泵

离心泵

乙烷、丙烯、丙烷

1.85

2.27

45

130

2

3

脱乙烷塔进料泵

离心泵

乙烷、丙烷、丙烯

1.9

3.05

45

350

2

4

脱乙烷塔回流泵

离心泵

乙烷、丙烯、丙烷

2.77

3.1

46

120

2

5

丙烯塔回流泵

离心泵

丙烷、丙烯

1.9

2.25

46

150

2

6

:

丙烯塔中间泵

离心泵

丙烯、丙烷

1.95

2.3

50

145

2

5.1135大型超限设备概况

大型超限设备见表5.11-10。

表5.11-10大型超限设备

序号

名称

规格

超限内容

解决办法

备注

1

脱丙烷塔

①2800/320048000

长度超限

分段运输现场焊接

2

脱乙烷塔

①1600/180038050

长度超限

分段运输现场焊接

3

1#丙烯塔

①5000>59500mm

长度超限

分段运输现场焊接

4

2#丙烯塔

①5000>59500mm

长度超限

分段运输现场焊接

5.11.3.6设计中采用的主要标准及规范

见常减压部分5.146。

5.11.4环境保护

5.11.4.1装置污染物排放

1）废水

装置污水主要为生产过程中产生的含油污水，其来源如下：

各机泵冷却排出含油污水，从各容器底部间断切出