气体分馏装置

1、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

2、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

3、。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

4、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

5、 工艺概述、流程及消耗定额5.11.2.1 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%1C2H428.0002C2H630.0003C3H844.06.75.94C3H642.040.2433.815NC4H1058.03.033.526IC4H1058.017.9020.777NC4H856.0

6、21.42248IC4H856.010.6211.99C572.00.070.10合计49.25100100.004) 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，C3+含量> 99.5% (mol)、丙烷作为商品丙烷，C3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1C20.110.082C2+0.000.003C30.310.324C3+99.5899.60表5.11-3 丙烷组成序号组分m%mol

7、%备注1C3+0.680.652C398.1397.8031-C4+0.290.374i-C40.851.125n-C40.050.06合计100.00100.00表5.11-4 碳四馏分序号组分m%mol%1C2H40.000.002C2H60.000.003C3H60.000.004C3H80.180.245NC4H1013.9413.656IC4H1024.1224.137NC4H821.6221.928IC4H818.7318.459CC4H812.4212.5910TC4H88.598.7011C50.410.32合计100.00100.005.11.2.2 工艺流程1) 工艺流程简

8、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

9、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40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

10、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1.851.9872.545.047.01023.32脱乙烷塔2.22.345.046.050.753.0液相全回流3丙烯塔1

11、.91.99534647.457.918.05.11.2.3 装置物料平衡装置物料平衡见表 5.116。表5.11-6 装置物料平衡序号物料名称数值备注w%kg/h104t/a一原料1液化气100.004879042.74二产品1干气0.10460.042丙烯32.121567413.733丙烷5.6127402.404混合碳四62.183033026.57合计1004879042.745.11.2.4 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104t/a42.742公用工程2.1电kW.h/h

12、11592.2工厂空气Nm3/h1200开停工，间断2.3仪表风Nm3/h1202.4氮气Nm3/h1200开停工，间断2.5循环水t/h20012.6新鲜水t/h2间断2.7催化热水t/h16002) 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/t1电kW.h/h1159kW.h/t22.78MJ/kWh10.89248.062净化风Nm3/h120Nm3/t2.358MJ/Nm31.593.753循环水t/h2001t/t39.33MJ/t4.19164.784污水t/h2t/t0.039MJ/t20.3

13、40.805低温热kW367001298.32合计1715.7140.98kgbo/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。5.11.2.5 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

14、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

15、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

16、建筑设计防火规范 GB50016-20065.11.3 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2800/3200×48000mm，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1600/1800×38050mm，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，

17、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5000×59500mm，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。5.11.3.3 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

18、 主要设备分类汇总表序号类型国内订货国外订货合计备注台数金属重,t台数金属重,t台数金属重,t1塔442容器553换热器19194空冷器24244机泵1212合计64642) 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 质备注温度压力MPa(g)单重总重1脱丙烷塔2800/3200×48000（切）液化气47/1021.85/1.98131016MnR2脱乙烷塔1600/1800×38050（切）乙烷、丙烷、丙烯51/532.2/2.316020R31#丙烯塔5000×59500mm（切）丙烷、丙烯50.1/57.9

19、1.95/1.99151016MnR42#丙烯塔5000×59500mm（切）丙烷、丙烯46/50.11.95/1.9151016MnR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 质备注温度压力MPa(g)单重总重1原料缓冲罐3200×9000（切） 卧式液化气401.11424216MnR脱水包 800×1000（切）2脱丙烷塔回流罐2600×8000（切）卧式C2、C3馏分451.821323216MnR脱水包800×1000（切）3脱乙烷塔回流罐2400×6000（切）C2、C3馏分462.

20、31272720R脱水包 600×800（切）4丙烯塔回流罐3600×10000（切）卧式丙烯461.851323216MnR脱水包1000×1000（切）5仪表风罐2000×4000（切） 立式仪表风400.71101016MnR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（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40/582.0529360壳体 碳钢管程C4102/641.879管程 碳钢2脱丙烷塔顶冷凝冷却器BES1200-2.

21、5-495-6/19-4壳程C2.C347/451.85256560壳体 碳钢管程水34/440.45管程 碳钢3脱丙烷塔重沸器TBJS1400-2.5-540-6/25-4壳程C4102/102.51.98116560壳体 碳钢管程催化循环油1500.40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、C346/452.229060壳体 碳钢管程水34/440.45管程 碳钢5脱乙烷塔重沸器TBJS900-4.0-270-6/19-4壳程C2、C353/53.52.314380壳体 碳钢管程热水110/750.7管程 碳钢6丙烯塔顶冷凝冷却器BJS1700

22、-2.5-1035-6/19-4壳程丙烯47.4/461.854135800壳体 碳钢管程水34/440.45管程 碳钢7丙烯塔重沸器TBJS1400-2.5-540-6/25-4壳程丙烯581.99466240壳体 碳钢管程热水110/750.70管程 碳钢8丙烷冷却器BES600-4.0-85-6/25-4I壳程丙烷58/401.9913370壳体 碳钢管程水34/440.45管程 碳钢10丙烯冷却器BES600-4.0-85-6/25-4I壳程丙烯46/401.8713370壳体 碳钢管程水34/440.45管程 碳钢10混合碳四冷却器BES800-4.0-160-6/25-4I壳程混合

23、碳四64/401.913370壳体 碳钢管程水34/440.45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 质备注温度压力MPa(g)单重总重1脱丙烷塔顶空冷器GP9×3-6-193-2.5L-23.4/ L -Ia油气47/461.85/1.8880管箱16MnR/管束102丙烯塔顶空冷器GP9×3-6-193-2.5L-23.4/ L -Ia油气47.4/46.51.9/1.8516160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

24、化气1.052.234030522脱丙烷塔回流泵离心泵乙烷、丙烯、丙烷1.852.274513023脱乙烷塔进料泵离心泵乙烷、丙烷、丙烯1.93.054535024脱乙烷塔回流泵离心泵乙烷、丙烯、丙烷2.773.14612025丙烯塔回流泵离心泵丙烷、丙烯1.92.254615026丙烯塔中间泵离心泵丙烯、丙烷1.952.35014525.11.3.5 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2800/3200×48000长度超限分段运输现场焊接2脱乙烷塔1600/1800×38050长度超限分

25、段运输现场焊接31#丙烯塔5000×59500mm长度超限分段运输现场焊接42#丙烯塔5000×59500mm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5.1.4.6。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的含油污水以及地面冲洗水。表5.11-11 废液及废水排放序号名称排放点排放量m3/h浓度排放方式排放去向石油类COD1含油污水1100170连续含油污水系统2含油污水1200300间断含油污水系统2) 废气本气体

26、分馏装置生产是全密闭的，正常生产过程中无废气排出。非正常工况主要为开、停工，生产不正常及安全阀起跳时排出的瓦斯气，流程设计中将设备安全阀放空气引至工厂火炬系统。3) 废渣本装置生产时无废渣排出。4) 噪声装置主要噪声源为机泵、空冷器和蒸汽放空口等。装置噪声源见表5.11-12。表5.11-12 装置噪声源序号噪声设备数量.台/片工作情况声压级dB（A）1泵12连续80902空冷器24连续85905.11.4.2 环境保护治理措施及方案1) 废水处理含油污水：机泵冷却水和地面冲洗的含油污水送至污水处理场，装置界区内的初期雨水并入含油污水，后期雨水排入清净废水系统，以减轻工厂污水处理的负荷。2)

27、废气处理放空气体：排入密闭的火炬系统。3) 噪声防治措施(1) 该装置噪声污染不严重，为了进一步降低噪声，采取如下措施：(2) 空冷器选用低转速、低噪声风机，单机噪声控制在85分贝以下。(3) 机泵选用低噪音增安型电机。(4) 通过以上措施使工程噪声达到工业企业厂界噪声标准的控制水平。5.11.5 劳动安全卫生5.11.5.1 工艺危险分析1) 火灾、爆炸危险本装置涉及的主要危险物料有：燃料气和液化气组分。主要物料的火灾、爆炸危险性与分类见表5.11-13。表5.11-13 主要危险物料的特性及火灾、爆炸危险类别序号物料名称闪点自燃点爆炸极限V%火灾危险类别爆炸危险类别适用灭火剂种类组别类别1

28、液化气-74426-530533甲A/雾状水、泡沫、CO22燃料气/ 甲/2) 毒性物质分析本装置在生产中产生的毒物有烃类物质，。主要来源是液化气等易挥发物质，烃属于低毒物质，主要有麻醉和刺激作用，通常通过呼吸及皮肤接触吸收进入人体。3) 其它危险、有害因素分析(1) 电气危险性分析由于装置生产具有高温、易燃易爆等特点，生产系统具有连续性又相互制约，装置内为电气集中区域，存在电气火灾的危险因素。当出现线路短路、接地失效、线路过载、电气设备本身缺陷等情况，都可能导致火灾、触电危险。另外，当操作人员意外接触装置内电机或其它电气设备的带电部位时有触电的危险。(2) 检维修过程危险性分析在检维修过程中

29、往往由于吹扫不彻底、置换不完全，导致检维修设备和管道内残留部分可燃气体（特别是氢气）或可燃液体，若不严格执行检维修规程，不及时排除隐患，易导致火灾、爆炸事故。(3) 高处坠落操作人员在塔等高处作业时，若操作不慎或防护设施失效则会造成高处坠落事故或从高处坠落的工件伤害地面人员等事故，特别是在雨季、冬季和大风季节作业危险性更大。(4) 机械伤害装置中存在泵等转动设备，若缺少可靠的防护措施，可能发生辗绞、挤压等对人身的机械伤害。(5) 静电危害装置生产中的介质如液化气等物料为高电阻率液体等在流动时可产生静电，特别是在流速过高或冲击、沉降时易产生静电。在工艺设备、物料输送管线等处都有产生静电积聚，积聚

30、的静电是一种危险的点火源，可引起泄漏危险介质发生火灾爆炸事故。(6) 噪声危害本次装置产生噪声的设备主要有电机、各类泵、空冷器、放空口、调节阀。有的场所虽噪声强度不高，但持续时间较长，对作业人员也会构成危害。装置开工初期蒸汽放空及事故状态下的放火炬也会产生较大的噪声。(7) 高温危害装置生产过程中存在高温操作设备，如各塔底重沸器等，另外还存在高温蒸汽管线。存在高温危害。5.11.5.2 安全保护措施1) 防火防爆(1) 危险物料的安全控制对危险物料的安全控制是防火防爆最有效的措施之一。本设计从原料的输入、加工、直至产品的输出，所有可燃物料始终密闭在各类设备和管道中。各个连接处采用可靠的密封措施

31、。对可能超压的塔、容器等设备设置安全阀，并与全厂泄压火炬系统连通。装置泄压或开停工吹扫排出的可燃气体，均送入火炬系统。在各危险区域设可燃气体浓度报警器，进行监测和报警。(2) 安全距离装置区内平面布置，执行石油化工企业设计防火规范GB501602008。装置内部的设备之间，罐区之间都留有相应的安全距离，能保证消防及日常管理的需要。装置内道路采取环形布置，道路宽度满足消防车辆的通行要求。(3) 设备本装置及生产辅助设施的压力容器的设计及制造符合压力容器设计规范及其他有关的工业标准规范。为防止高压设备由于超压发生事故,在适当的位置设安全阀。在事故条件下可能处于真空状况下的设备,将采用可承受全真空的

32、设备，在适当的位置安装泄压设施。(4) 建、构筑防火装置内各种建、构筑物的防火安全设计，执行石油化工企业设计防火规范等规范。根据各建筑物的功能、所处位置确定相应的耐火等级，并按国家标准设置安全出口和疏散距离， (5) 电气安全设计本装置的爆炸危险区域划分执行爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB5005892，危险区内的各类电气设备均选用相应防爆等级的产品。电缆敷设及配电间的设计均考虑防火、防爆的要求。(6) 自动控制本装置工艺控制回路及检测点多。存在操作温度高，工艺介质易燃、易爆，并有一定腐蚀性，对操作安全性要求比较高，操作难度大。为保证平稳操作，本装置加工选用分散性控制系统（DCS），对所有生产进行集中控制，所有过程数据送入DCS，并设有越限报警和连锁保护系统，重要的连锁或紧急停车系统采用独立于DCS控制系统的安全仪表系统，确保在误操作或非正常工况下，对危险物料的安全控制。部分公用工程系统采用就地PLC 等控制方案。2) 防噪声设计中通过采用隔声和消声等措施，使操作人员工作场所的噪声水平满足要求，如大噪声电机加设隔音罩等。操作人员现场巡检时佩带个人噪声防护用具。3) 防烫由于生产介质温度较高，对高温设备敷隔热保温层，对生产中表面温度超过60的且可能接触人的设备与管线均设防烫保温层或设防烫保护设施，以保护操作人员的安全，操作人员现场巡检时穿戴工作服。高温介质的取样口，设