摘要
根据乙烯装置前脱丙烷流程的特点,探讨了无排放开
工的步骤,对无排放开工产生的问题进行了分析,并对问题的解
决办法进行了研究,无排放开工实施后效果良好。
关键词
前脱丙烷流程
无排放开工
加氢反应器产品污染
1 前言
大庆乙烯装置48万吨改扩建项目是继燕山乙烯、扬子乙烯、金山乙烯、齐鲁乙烯改扩建完成后的又一个大型乙烯改扩建项目,工艺流程采用“两头一尾”的工艺路线，老区生产线在脱丁烷塔前不作变动，新区采用前脱丙烷、前加氢, 双塔脱甲烷, 乙烯机/乙烯塔联合形成开式热泵等工艺技术。新区的低压脱丙烷塔釜物料与老区的脱丙烷塔釜物料合并在一起，进入新的脱丁烷塔内，实现新老区一尾的合并。新区单独设立丙烯和乙烯制冷系统。从流程设置来看，新老区流程相对比较独立，由于按外商提供的开工方案，在开工过程中需排放大量的物料，一方面造成物料浪费，另一方面会造成环境的污染，因此，研究新区的无排放开工
不仅成为必要，而且也具有可行性。
2 前脱丙烷流程的特点
乙烯装置前脱丙烷流程因在物料进入前冷之前脱除裂解气中的碳三组份，也就是碳四组份不进入前冷系统而得名。主要特点是：①由于碳四组份不进入前冷系统，前冷制冷负荷需求减少，减少了能量消耗。
②加氢反应器置于脱丙烷塔之后，前冷系统之前，反应不需配氢。因而甲烷化系统的重要性下降，甲烷化系统的开车不再成为开工的关键步骤，减少了开工过程中乙烯产品的合格时间。
③脱甲烷塔底物料节流后经EH1657作为前冷进料物流的冷源之一；乙烯塔底物料经过换热器EH1811作为EV1802进料的冷源；脱乙烷塔顶出料中的一股经节流后，进入EH1812作为前冷二号进料罐EV1804进料的冷源之一；因而流程前后影响增加，开工过程中，由于后系统还没有物料，因此前系统的工艺指标尢其是温度指标不易达到，增加开工调整时间。
④新区前脱丙烷流程的冷剂用户所使用的冷剂，没有像顺序流程中乙烯精馏塔那样集中，所以开工及正常生产过程中，工艺系统单个冷户调整时, 对冷剂系统的影响相对较小，可保持制冷系统的相对稳定运行。
⑤由于乙烯精馏塔和乙烯制冷压缩机联合起来构成一个开式热泵系统，体系的容积较大，开工过程中产品合格时间长。由于炔烃加氢反应器处于前冷之前，对于乙烯产品来讲，加氢反应器漏
炔，使乙烯产品不合格需较长的时间，同样产品一旦不合格，使乙烯产品再合格的时间也同样较长，从总的效果来讲，乙烯产品不合格的次数减少了。
⑥由于乙烯精馏塔的操作压力比较低为0.308Mpa，乙烯与乙烷的相对挥发度较大，乙烯产品的纯度可高达99.99%（mol）。必要时新老区乙烯产品相互调合，使整个装置不合格乙烯的数量减少许多，减少了不必要的乙烯产品回炼。
3 传统开工方式及其缺点
传统开工方式基本思想和顺序流程一样，沿着顺序流程，从前到后，一处工艺操作指标达到正常运行条件后，物料才进入到下一段流程，物料在进入到下一段流程之前，物料有控制地放入火炬系统烧掉。其主要步骤如下：
①在裂解气压缩机用天然气运转起来，四段出口压力升起来以后，对前冷系统进行充压，置换氮气，但是与前冷的流程不打通。
②裂解炉投料后，首先调整高压脱丙烷塔和低压脱丙烷塔，由于刚开工时脱丙烷塔没有建立回流，所以调整时间较长。脱丙烷塔调整过程中，没有冷凝下来的气相物料通过脱丙烷塔回流罐EV1641，经压力控制阀PV11197放入火炬系统，在这种情况下，裂解气压缩机四段出口流量波动剧烈，压缩机运行不稳，易喘振。
③脱丙烷塔调整降温过程中，加氢反应器一直处于旁路状态。脱丙烷塔调整合格塔顶不含碳四组份以后，在低温下将加氢反应器切入流程中，调整反应器各段温度，分析化验三段出口炔烃含量。
反应器调整过程中，同样没有冷凝下来的气相物料经过PV11197放入火炬系统。
④加氢反应器出口炔烃合格后，向前冷充压，打通去前冷的工艺流程，前冷开始降温调整。一般情况下，前冷的脱甲烷预汽提塔和脱甲烷底出现液相并保持稳定需要一段时间。降温期间气相通过，氢气和再生气控制阀放入火炬系统。
⑤前冷降温到一定程度，脱甲烷预汽提塔和脱甲烷塔底液位可控，并且塔釜甲烷含量达标后，向脱乙烷塔进料。调整脱乙烷塔，脱乙烷塔正常后向乙烯制冷系统进料。脱乙烷塔调整过程中，气相物料通过手操伐HV12001放入火炬中。
⑥在脱乙烷塔向乙烯制冷系统/乙烯精馏系统进料以前，乙烯精馏系统应处于全回流状态。脱乙烷塔向乙烯塔进料以后，合格乙烯开始采出，乙烯塔底采出关闭，随着时间推移，待塔底乙烷含量达到要求以后才开始采出乙烷。
传统的开工方式存在以下几个方面的问题：
①在每一步的调整过程中，气相物料都需经过压力控制阀放入火炬系统，造成大量物料浪费。
②由于在脱丙烷塔调整及加氢反应器调整期间，前冷不进料这段时间内前冷不能进行预冷，开车时间长。
③前后流程通过EH1657、EH1811、EH1812关联起来，在开工过程中相互影响较大，系统调整困难，延长了开工时间。
④为了减少排放损失，开工初期投料炉负荷低，物料积累时间长，
尤其是前冷，在负荷低时，液相积累时间长，调整的时间也就长。
⑤虽然按外商提供的乙烯塔开工方案，乙烯塔开始处于全回流稳定操作状况，从脱乙烷塔进料后合格乙烯就可采出，但是在实际的开工过程中，由于乙烯塔无进料，回流建立不起来，乙烯冷剂系统处于调整状态，脱乙烷塔向乙烯塔进料以后做不到乙烯塔顶始终保持乙烷含量合格，要调整合格是非常慢的一个过程。
4 无排放开工探析
由于传统开工方式存在上面的这些问题，探讨无排放开工就具有非常重要的意义。要实现无排放开工，首先要解决好的问题是在冷凝之前气相的出路问题。经过分析和研究，初步形成”先打通流程后进行调整实现无排放开工”的基本思想，要点如下：
①低压脱丙烷塔顶回流罐在投料前引入丙烯或丙烷并建立回流，提前做好为高压脱丙烷塔提供回流的准备。
②脱乙烷塔釜引入丙烯，防止塔釜低温，塔顶从冷凝器前引入乙烯，使脱乙烷基本运转起来。
③在裂解气压缩机用天然气开起来并升到一定压力以后，在脱丙烷塔调整合格之前，前冷就进行充压，打通流程，气相通过尾气控制阀和再生气控制阀进入到燃料气系统。
④从脱乙烷塔回流罐加开工线，建立从乙烯产品罐EV1910到EV1920到EH1811/EH1812，再到EV1910的循环流程，利用乙烯机循环制冷使前冷在乙烯塔正常运转之前提前具备预冷条件，减少流程前后的相互干扰。
⑤前冷系统迅速降温，脱甲烷塔中聚积的重组分通过开工线适时前移，尽快使脱甲烷塔建立正常运行，确保甲烷不后移。
⑥前冷降温和高压脱丙烷塔系统的调整同时进行，待高压脱丙烷塔顶碳四组分合格以后，将加氢反应器切入流程中。
⑦在系统调整过程中，不合格物料采入不合格罐，待产品合格后再进行回炼。
5 无排放开工的实施及其效果
5.1无排放开工方案的实施
对于无排放开工来讲，存在三个方面的问题：
①由于高压脱丙烷塔顶碳四含量不合格时物料就进入前冷，造成重组分后移，在一些冷换设备中造成热夹紧，使这些设备的换热效果变差,EH1912表现最明显。
②加氢没有合格时，物料进入前冷系统进而进入脱乙烷和乙烯机系统，污染了产品。
③前冷温度降到正常温度以前，较重组分进入燃料系统引起燃料组分变化。
对于这三个方面的问题，我们采取以下几方面的措施：
①对重组分后移的问题，采取物料向前返的方法来解决，根据各处操作条件的不同，将物料返回到流程的不同处。EH1451、EH1802/EH1820液相返回到EH1650前，各设备操作条件见附表1；EH1912、EH1811、EH1812、ET1611塔釜，返回到裂解气压缩机
一段吸入罐EV1301，各设备操作条件见附表2。开工初期裂解炉投料负荷较低时，含重组分的物料前返不仅传热而且还有利于聚集液相物料, 加快开工进程。
表1
物料返到高压脱丙烷塔预冷器EH1650前的设备的操作条件
设备
操作压力Mpa
操作温度°C
EH1802
3.144
22
EH1820
3.123
-6
EH1451
1.932
55
EH1650
1.255
-11
表2
物料返到裂解气压缩机一段罐EV1301的设备的操作条件设备
操作压力Mpa
操作温度°C
EH1811
0.464
-55
EH1812 0.408
-71
EH1912 0.408
-71
ET1611釜0.827 73
EV1301
0.121
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②由于加氢不合格，炔烃进入乙烯塔/乙烯制冷系统, 污染乙烯产品，但是在实际调整中，炔烃的不合格与乙烷的不合格调整时间重合一部分，由于炔烃污染原因, 产品调整时间约延长了3到4个小时。另外，EH1811/EH1812不投入运行，乙烯塔无法正常运行。前冷早进料，EH1811早投入再沸为乙烯塔调整到正常状态节省了时间。
③关于燃料气组分变化问题，主要的影响因素为物料中所含的氢气，老区火咀在组分变化，尤其是氢气变化时易回火，新区火咀由于其单个负荷大，数量少，设计上的特殊不产生回火，针对氢气的变化，在燃料气系统的流程上采取新老区相互隔离，在新区燃料不够时，从老区和界外补天然气的控制思想来控制，使含有氢的燃料气不进入老区，避免老区火咀因含氢气而回火。
5.2无排放开工的实施效果
在2000年装置停工检修和2001年停工小修后都采用了无排放开工方案，该方案实施后，物料的排放减少许多，原来每逢开工，火炬火光冲天的现象消失了。每次开工可回收物料600~700吨。在开工过程的实际调整中，如果脱甲烷气提塔和脱甲烷塔釜温度低，向前返不及时，大量含甲烷物料进入脱乙烷塔时会造成脱乙
烷塔超压，如果这样就会造成一部分物料放火炬。
6 结论
⑴由传统开工方式向无排放开工的转变，可回收大量物料，且减少物料排放燃烧对大气的污染。
⑵由于无排放开工时，各流程段同时进行调整，无排放开工时间并不比传统开工方式时间长。
⑶开工过程中，物料前返有利于集聚液相物料，加快开工进程。裂解炉的投料负荷应尽快提高，以缩短开工时间。
⑷对于在40℃以下时，碳四组分对前加氢催化剂的影响需进一步探讨。如果在这样温度下碳四组分对前加氢催化剂无不良影响时，可提前将加氢反应器切入流程中，待脱丙烷塔顶调整合格后再升温，减少切换对系统调整的影响。