1.操作条件:
表1-33是乙烯塔的操作条件,从表中可以看出,乙烯塔的操作条件大体上可以分成两类,一类是低压法,塔的操作温度比较低;另一类是高压法,塔的操作温度比较高。
表1-33 乙烯塔操作条件
厂别 塔径 实际塔板数 塔压 温度 回 精提合MPa 塔塔流 馏馏计 顶 釜 比 段 段 L 1300 41 29 70 0.57 -70 -49 2. 4 B 3400 90 29 119 1. 9 -32 -8 4. 5 S 2300 79 30 109 2. 0 -29 -5 4. 7 Y 1800 84 32 116 1. 9 -30 -7 4.65 乙烯塔的进料中,乙烯和乙烷占有99.5%以上,所以乙烯塔可以看作是二元精馏系统。根据相律,乙烯和乙烷二元气液平衡系统的自由度为2。如果规定了塔顶乙烯的纯度(根据产品质量要求来规定塔顶乙烯纯度),那么在操作温度和操作压力两个因素中只能规定一个,如果规定了精馏塔的操作压力,相应的操作温度也就确定了。关于
操作压力、操作温度以及乙烯液相浓度与相对挥发度的关系,见图1-38。
乙烯乙烷相对挥发度,a2.400.2.40.62.20.82.01.01.81.61.41.2-100-60-40-20温度,°C图1-38 乙烯乙烷的相对挥发度(1大气=0.1013MPa)-80001.5压力,大5432气压761015 从图1-38可以看出,随着操作压力的增加,乙烯和乙烷的相对挥发度将减小;随着操作温度的增加,乙烯和乙烷的相对挥发度也减小。相对挥发度减小以后,为了保证产品的分离纯度,就要增加精馏塔的理论塔板数,或者增加精馏塔的回流比。压力对回流比和理论塔板数的影响见图1-39。图1-39(P77)的计算基准为:乙烯:乙烷=1:1;乙烯回收率为98%;乙烯纯度为98~99%。
由此可见,操作压力对相对挥发度有较大的影响,一般可以采取降低操作压力的办法来增大相对挥发度,从而使精馏塔的塔板
20数和回流比降低。操作压力降低以后,精馏塔的操作温度也降低,因而需要制冷剂的温度级位低,对精馏塔的材质有比较高的要求,从这些方面来看,操作压力低是不利的,还是高一些好。
操作压力的选择还要考虑乙烯的输送压力,如果乙烯产品有比较高的输送压力,则乙烯塔不能选用低压法操作,如果乙烯塔选择低压法操作,就要为产品再压缩或增加压力而耗费功率,还要增加低温设备,因此应当采用高压法,而不要采用低压法。
综上所述,乙烯塔的操作压力特别要经过详细的考虑,一般要经过技术经济的比较。一般情况也可以根据经验来确定。乙烯塔操作压力的确定可有下列因素来决定:制冷的能量消耗、设备投资、产品乙烯的输送压力以及脱甲烷塔的操作压力等因素来决定的。
根据综合比较来看,高压法和低压法消耗动力接近相等,高压法虽然塔板数比较多,但可以使用普通碳钢,优点多于低压法,如果脱甲烷塔采用高压法,则乙烯塔的操作
压力也应采用高压法为好。 2.乙烯塔的改进
7060塔板数,N50403020100-70-65-55-60温度,°C-50图1-40 乙烯塔温度分布 乙烯塔沿着塔板的温度分布和组成分布并不是线性关系。图1-40是乙烯塔温度分布的实际生产数据。进料板在第29块塔板,由图中可以看出,精馏段靠近塔顶的塔板温度变化很小,而在提馏段各塔板的温度变化较大。温度分布曲线反映了组成分布的情况。在提馏段温度变化很大,说明了乙烯在提馏段中沿塔板向下,乙烯的浓度下降很快;而在精馏段沿塔板向上,温度下降很少,即乙烯浓度增大比较慢。因此乙烯塔与脱甲烷塔不同,乙烯塔要求精馏段塔板数比较多,回流比也比较大。
乙烯塔的精馏段要求有较大的回流比,但是提馏段要求的回流比不大。因此,近年来采用中间再沸器(或理解成中间换热器、中间加热器)的办法来回收冷量,见图1-41(,这种方法可以节省冷量约17%(占整个乙烯塔冷量的17%),这是乙烯塔的一个改进。
甲烷,H218C2馏分798687109乙烯乙烷图1-41 乙烯塔 例如,乙烯塔的操作压力为1.9MPa,塔底温度为-5摄氏度,可以用丙烯蒸汽作为再沸器的热源,这样即可以将丙烯蒸汽冷凝成为丙烯液体,又可以回收了塔底的冷量。中间再沸器引出物料的温度可达到-23摄氏度,用它可以冷却分离装置中的一些物料,相当于回收了-23摄氏度温度级的冷量。