气体分馏装置 ( 简称气分 装置 ) 是采用分馏的方式 ,根据各组分间相对挥发度的不同,将液化石油气 中的丙烯提纯 ,生产精丙烯 产品和其它副产品的石化装置。气分装置通常可采用常规流程和热泵流程 ,这两种流程均成功应用于工业装置 。该装置中的精丙烯塔是将丙烯和丙烷进行分离,将丙烯提纯以得到高纯度丙烯产品的设备, 由于丙烯和丙烷的沸点非常接近 ,要达到较高的产 品纯度就需要较大的回流比
两种流程 的主要不同之处在于精丙烯塔所采用的供热和取热方式 。热泵流程多采用压缩丙烷流程 ,就是把塔底的丙烷馏分节流 ,使其与塔顶气体交换热量 ,吸收塔顶气体 的热量后使其 冷凝冷却 ,同时丙烷气化 ,丙烷气经压缩升温后返回塔底作热源 。常规流程 的塔顶气体采用空冷或水冷的方式冷凝冷却 ,塔底 可采用蒸汽或热水作供热热源 。由于塔底温度较低 ,不超过 6 0℃ ,不要求热源的温 位过高 ,9 5℃ 左右 的低 温热水就 能满足要求。
实际上 ,炼油厂中的低温热水是 比较富裕的 ,可以采用热水作为媒介进行装置的热联合 。气分装置上游的催化裂化装置或其他装置如常减压蒸馏p延迟焦化等装置就可产符合气 分温位要求和流量要求的热水 。如果这部分热量不产热水供气体分馏装置使用 ,还需采用其他方式冷却掉 ,相应增加了设备投资和操作费用 。 因此将其用于气分装置作热源是较好 的节能措施 。
本文针对精丙烯塔 ,简述热泵流程和采用低温热水作热源的常规流程的工艺流程p工艺参数,并对操作费用p投资p能耗进行简要对比。
1 精丙烯塔常规流程和热泵流程工艺及操作参数
1. 1流程简介
1. 1. 1 碳三组分从塔 中部进人精丙烯塔,塔顶气体经冷凝冷却后进人回流罐,经回流泵抽出后,精丙烯产品经循环水冷却至4 0℃后送出装置,其余液体作为塔的回流返回塔的顶部。塔底丙烷产品经循环水冷却至 4 0℃后 自压 出装置。塔底重沸器热 源采用 9 5℃ 热水。塔顶冷凝可 以采用全空冷 p全水冷和空冷加水冷 等方式。其中空冷又分干式 p湿式 以及表面蒸发式等。为避免电价和水价各厂高低 不同,从 而影 响操作 费用的比较 ,本文塔顶冷凝选择全空冷方案 ,采用普通干空冷。空冷器的空气人 口温度按南方较热地区考虑。
1. 1. 2 热泵流程采用压缩丙烷 流程 , 碳 三组分从塔中部进人精丙烯塔 , 塔底丙烷一部分作为产品 自压出装置 ,其余部分经节流阀节流后 ,进人塔顶冷凝器 ,在冷凝器壳侧 闪蒸 ,吸收塔顶气相丙烯的热量,使丙烯冷凝冷却为液相,气相丙烷经丙烷压缩机压缩后用作塔底热源。压缩机采用离心式 ,驱动方式可采用电机驱动和汽轮机驱动, 由于采用汽轮机驱动对全厂蒸汽平衡要求较高,在夏季工厂低压蒸汽过剩时就难以实现蒸汽平衡 ,另外 由于蒸汽 的价格各厂相差较大 ,为便于比较 ,因此采用 电机驱动 。
1.2 主要操作参数
在进料量p 塔板数p 产品质量及丙烯收率相同的情况下 ,分别对两种流程 的操作参数进行 了优化 ,下文中数据为优化后的主要操作参数。
1.2. 1常规流程
精丙烯塔进料流量3 0 64 8K／h, 回流罐操作压力1.8 5MPa,回流罐温度 4 6 . 8 ℃ ,塔顶操作压力 1. 9 MPa, 塔顶温度 4 8℃ , 塔底操作压力 2. 0MPa,塔底温度 5 9 .3 ℃。
2. 操作费用
常规流程中消耗 的热水 , 是作 为热载体在热源和热用户之间循 环使用 的 ,热源装置产热水供热用户使用是利用装 置低温余 热的一种途径 , 热水循环 的过程中需计人操作费用的仅为热水循环泵的电用量和系统间断补充的少量除盐水。 由于除盐水 的消耗是 间断 的, 可将其忽 略不计。热水泵电用量通常可以计人热水站p 热源装置或热用户装置 ,将这部分费用全部计人气分装置,经计算功率约34 3kw。这样,两种流程的主要操作费用都是电用量。虽然各厂的水价和电价高低不同,但 同一个工厂的所有装置价格是统一的。水和电的价格按下表 中某厂数据 , 年操作 时间按 8 40 0h。
3 投资
3. 1 塔
塔的投资与塔 的操作条件关系密切。从操作条件看, 常规流程的精丙烯塔操作压力为 1. 9MPa,热泵流程的精丙烯塔操作压力为 1. 4 MP a ,常规流程比热泵流程稍高。
由于操作压力不 同,塔 内的汽液相负荷就不同。操作压力 高则汽液相负荷就大 , 塔径 也相应较大 , 因此常规流程 的精丙烯塔塔径 比热 泵流程大 ,工程上通常大约一到两级。塔 的的壁厚与设计压力 设计温度 !设备直径 p设 备高度 !操作介质 p设备材质以及环境等因素都有关系 ,由于精丙烯塔的高度有 6 0 多米 ,塔壁厚度的确定需综合考虑直径 p内压和环境等多方面因素。总体上 ,塔 的投资常规流程高于热泵流程。
3.2 冷换设备
常规流程的冷换设备主要有塔顶空冷 器 p塔底重沸器 ;热泵流程 主要有冷凝一 蒸发器。换热设备 的投资主要 由换热面积决定。 由换热基本关系式 :热负荷 = 总传热系数 x 换热面积 x 有效传热温差可知, 当传热负荷一定时,影响换热面积的因素为总传热系数和有效平均温差。
对重沸器 和冷凝一 蒸 发器 , 壳侧 均 为丙 烷蒸发 ,管侧分别为水和丙烯冷凝 ,两种设备总传热系数基本相当?采用热水加热的重沸器的有效传热温差有 22℃ ,而冷凝一 蒸发器 的有效传热 温差则不宜过大, 否则会增加丙烷压缩机的功率川, 温差一般约为 1 0℃ , 由此重沸器的有效传热温差就比冷凝蒸发器大得多, 虽然热负荷比冷凝蒸发器的稍大, 但换热面积 比冷凝一 蒸发器要小得多。
常规流程 中的空冷器 ,介质丙烯在管 内冷凝 ,根据经验数据 ,介质为 C3 ,C4 轻烃类 的空冷器总传热系数经验值为 400 一 520 ( m ²・K ) ,本文取 45 0 W /vm²・kw。空气的人 口温度按南方较热地区,计算 出空冷器的设备重约 I k t。
3. 3 泵和压缩机
两种流程均有 回流泵和 中间泵 ,扬程基本相同 ,常规流程流量 比热泵 稍高 ,设备投 资相差不大。热泵流程需增加一台离心式压缩机 ,采用 电机驱动, 流量约 200 dam³/ h,压 比约1.8 , 设备投资约 2 000 x lo4RMB。
总的来看 ,塔的投资常规流程较高; 因为常规流程设有空冷器,换热设备投资较高;但热泵流程设有压缩机,对投资影响较大,设备总投资方面两种流程基本相当。
4 结论
精丙烯塔采用低温热水作热源的常规流程,操作费用方面要远低于热泵流程, 设备投资方面与热泵流程基本相当。
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