乙烯裝置不同分離流程的對比分析

尹 樂

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部， 200540)

技術(shù)進(jìn)步

乙烯裝置不同分離流程的對比分析

尹 樂

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部， 200540)

介紹了中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部的3套乙烯裝置的實(shí)際工況，并對其不同的分離流程進(jìn)行了對比分析。認(rèn)為評價(jià)一個(gè)流程的先進(jìn)與否要考慮的因素很多，3套乙烯裝置分別代表了不同年代先進(jìn)的乙烯工業(yè)，分離流程也各不相同，對于以液體裂解原料為主的乙烯裝置，前脫丙烷前加氫技術(shù)是分離流程最佳的選擇之一。

乙烯裝置 順序流程 前脫丙烷

乙烯裝置是石化行業(yè)的龍頭裝置，乙烯產(chǎn)量是衡量一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。乙烯裝置的分離流程包括加氫和深冷分離兩大部分，加氫有前后加氫之別，分離流程可分為順序分離流程、前脫乙烷流程和前脫丙烷流程。中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部(以下簡稱上海石化烯烴部)共有3套乙烯裝置，1#乙烯裝置于1976年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為115 kt/a，分離流程采用前脫丙烷后加氫的工藝;2#乙烯老區(qū)于1989年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力400 kt/a，采用順序分離流程;2#乙烯新區(qū)于2002年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力300 kt/a，分離流程采用前脫丙烷前加氫流程。文章針對3套裝置的分離流程進(jìn)行綜合分析比較。

1 3套裝置分離工藝概況

1.1 1#乙烯裝置

1#乙烯是1973年從日本三菱油化引進(jìn)的成套裝置，1976年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)能力為115 kt/a，1991年通過改造擴(kuò)能到145 kt/a，分離部分則采用前脫丙烷后加氫工藝流程。該流程的優(yōu)點(diǎn)是在壓縮機(jī)3段出口就去除了C4以上的重組分，因此壓縮機(jī)4、5段無重組分循環(huán)，節(jié)省了壓縮機(jī)功率，同時(shí)重組分不進(jìn)入深冷系統(tǒng)，減輕了冷凍機(jī)負(fù)荷，丙炔和丙二烯去除也比較徹底。缺點(diǎn)是流程復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效益差，目前國內(nèi)的乙烯裝置已基本不采用后加氫工藝。1#乙烯裝置分離工藝流程見圖1。

圖1 1#乙烯裝置分離工藝流程

1.2 2#乙烯裝置老區(qū)

2#乙烯裝置共有老區(qū)和新區(qū)兩套乙烯裝置，乙烯老區(qū)1989年投入運(yùn)行，設(shè)計(jì)能力300 kt/a，1996－1998年采用美國Lummus公司專利技術(shù)，運(yùn)用最大能力擴(kuò)容技術(shù)法(MCET)充分挖掘原設(shè)備余量，對裝置進(jìn)行了改造，生產(chǎn)能力從300 kt/a擴(kuò)充到400 kt/a。分離部分采用順序深冷低壓脫甲烷分離工藝，裂解氣進(jìn)入急冷系統(tǒng)進(jìn)行快速降溫，分離出重組分燃料油和粗裂解汽油，氣體經(jīng)裂解氣壓縮機(jī)將壓力提高到3.7 MPa，干燥后進(jìn)入深冷系統(tǒng)，經(jīng)冷箱和脫甲烷塔分離出氫氣和甲烷。為降低冷量消耗，脫甲烷塔在低壓1.54 MPa(高壓應(yīng)為2.94 MPa)下操作，增大了甲烷對乙烯的相對揮發(fā)度，有利于甲烷的分離，由于是低壓，釜溫達(dá)到了－52℃，可回收冷量。脫甲烷塔釜物料含有C2及以上組分，依次進(jìn)入脫乙烷塔、脫丙烷塔、脫丁烷塔，從塔頂分出C2、C3、C4組分。C2和C3組分分別經(jīng)加氫脫炔后進(jìn)入乙烯塔和丙烯塔，精餾后得到乙烯、丙烯產(chǎn)品，工藝流程見圖2。

圖2 2#乙烯老區(qū)分離工藝流程

1.3 2#乙烯裝置新區(qū)

2#乙烯裝置新區(qū)于2002年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力300 kt/a，采用美國S＆W公司前脫丙烷前加氫工藝流程，及該公司較為先進(jìn)的熱集成系統(tǒng)(Heatintegrated－System，簡稱HRS)。HRS的工藝特點(diǎn)是應(yīng)用了板翅式換熱器和冷箱專利技術(shù)，可使相近溫度的冷物料進(jìn)行換熱，在進(jìn)脫甲烷塔前對氫氣和大部分甲烷進(jìn)行分離，從而減少了對冷凍劑的需求，使得脫甲烷塔的負(fù)荷減少了一半，不需用回流泵。這樣就減少了制冷壓縮機(jī)的功率，能量利用率高、綜合能耗少。從脫甲烷系統(tǒng)出來的乙烯濃度較高的物流完全繞過脫乙烷塔，直接進(jìn)乙烯精餾塔，大大降低了脫乙烷塔的負(fù)荷及設(shè)備投資。乙烯精餾塔的兩股進(jìn)料減少了對冷凍劑的需求，在低壓下操作并用獨(dú)立的開路熱泵系統(tǒng)，進(jìn)一步節(jié)約了冷凍劑用乙烯精餾塔進(jìn)料的潛在冷凍能力，替代了單一的丙烯冷凍劑，從而既降低了能耗又節(jié)約了投資。

由于該工藝考慮了操作的穩(wěn)定性和可靠性，經(jīng)濟(jì)效益比較好，因此目前國內(nèi)投產(chǎn)的大部分乙烯裝置均采用此種工藝。其工藝流程如圖3所示。

圖3 2#乙烯新區(qū)分離工藝流程

2 不同裝置分離流程的對比

2.1 不同分離流程的對比

目前國外乙烯市場的分離技術(shù)主要分為三大類，分別為順序分離技術(shù)、前脫乙烷前加氫技術(shù)和前脫丙烷前加氫技術(shù)，擁有分離技術(shù)的專利商見表1。

表1 主要的乙烯分離技術(shù)

2#乙烯新、老區(qū)兩種具有代表性流程對比如表2所示。

表2 兩種分離技術(shù)特點(diǎn)匯總

順序分離流程較前脫丙烷流程的優(yōu)勢在于:

(1)5段裂解氣壓縮，3段出口堿洗，后端加氫。

(2)低壓脫甲烷技術(shù)用甲烷壓縮機(jī)產(chǎn)生的冷凝液作為脫甲烷塔的回流。由于低壓下甲烷對乙烯的相對揮發(fā)度增大，脫甲烷塔的回流量明顯減少。

(3)脫乙烷多股進(jìn)料。脫甲烷塔底餾出物在為冷箱提供冷量后，分成兩股，一股直接進(jìn)脫乙烷塔，另一股進(jìn)一步預(yù)熱后在較低部位進(jìn)入脫乙烷塔，物料的進(jìn)一步預(yù)熱增加了冷量回收，但脫乙烷塔的回流比沒有明顯增加。

(4)聯(lián)合乙烯精餾塔與乙烯冷凍系統(tǒng)。采用高壓乙烯精餾塔，用丙烯冷凍劑冷凝回流液，并用作再沸器的熱源，側(cè)線再沸器用裂解氣和乙烯冷凍劑加熱，減少能量消耗。

(5)采用脫乙烷塔和乙烯塔聯(lián)合系統(tǒng)。脫乙烷塔頂氣體不經(jīng)冷凝直接進(jìn)入乙炔加氫反應(yīng)系統(tǒng)，再進(jìn)入乙烯精餾塔，脫乙烷塔回流來自乙烯塔的側(cè)線。乙烯塔的側(cè)線餾分先洗滌加氫餾分的綠油，再作為乙烷塔回流，省了塔頂冷凝器，節(jié)省能量。

前脫丙烷前加氫流程的優(yōu)點(diǎn)有:

(1)在急冷油塔系統(tǒng)中利用急冷油和盤油系統(tǒng)回收熱量。

(2)前C2加氫產(chǎn)生的綠油量很少，無需綠油洗滌系統(tǒng)，乙烯分離塔不易污染。由于C2加氫位于脫甲烷塔上游，從脫乙烷塔釜進(jìn)入乙烯塔的C2餾分中不含氫氣和甲烷輕組分，乙烯塔可采用開式熱泵降低能耗。

(3)HRS技術(shù)可將傳熱、傳質(zhì)結(jié)合起來。在進(jìn)脫甲烷塔前對氫氣和大部分甲烷進(jìn)行預(yù)分離，降低了對冷凍劑的要求，使得脫甲烷塔的負(fù)荷減少了一半，不需用回流泵。尾氣膨脹機(jī)進(jìn)一步降低尾氣溫度，回收冷量，大大降低乙烯損耗。

(4)從脫甲烷系統(tǒng)分離出不含C3的C2物料，不經(jīng)脫乙烷塔直接去乙烯塔，大大降低了脫乙烷塔的負(fù)荷及設(shè)備投資，且明顯降低了丙烯制冷機(jī)負(fù)荷。

(5)雙壓雙塔脫丙烷使冷劑需求量降低，塔釜溫度低于80℃，不易結(jié)焦。

2.2 前脫丙烷前加氫與后加氫工藝的比較

乙烯裝置加氫的目的是將乙炔通過加氫轉(zhuǎn)換為乙烯，但是乙烯加氫轉(zhuǎn)化為乙烷的反應(yīng)速度比乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烯的反應(yīng)速度快10～100倍，并且乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烷的化學(xué)平衡常數(shù)大于乙炔加氫轉(zhuǎn)化為乙烯的反應(yīng)［2］，因此需加氫除去乙炔，同時(shí)避免將乙烯轉(zhuǎn)化成乙烷。1#乙烯裝置和2#乙烯新區(qū)裝置同樣采用前脫丙烷流程，不同之處在于一個(gè)是后加氫，一個(gè)是前加氫。前加氫流程簡單，節(jié)省投資，但氫氣過量，副反應(yīng)劇烈，選擇性差，容易造成乙烯和丙烯損失。后加氫工藝流程或控制復(fù)雜，需要第二脫甲烷塔或側(cè)線采出塔，由于氫氣定量供給，加氫選擇性好，溫度較易控制，不易發(fā)生飛溫現(xiàn)象。

目前新上乙烯裝置均采用前加氫流程，其原因在于:①C2加氫進(jìn)料中富含氫氣，不需要冷箱分離出的氫氣，開車時(shí)能快速生產(chǎn)出合格乙烯;②在C2加氫時(shí)也對50%以上的丙二烯加氫，下游的C3加氫系統(tǒng)負(fù)荷大大降低;③隨著乙烯技術(shù)的發(fā)展，C2前加氫催化劑已經(jīng)非常成熟，基本可以避免反應(yīng)器飛溫或穩(wěn)定性差的問題。2#乙烯裝置新區(qū)C2前加氫反應(yīng)器采用德國南方公司的C2前加氫催化劑(G－83C型)，自2002年4月首次開車以來，通過對其工藝運(yùn)行性能的不斷探索和在線改造，使得該催化劑在不再生的條件下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行了5年3個(gè)月，超出了其設(shè)計(jì)使用壽命［3］。

3 結(jié)語

上海石化烯烴部3套乙烯裝置分別代表了不同年代先進(jìn)的乙烯工業(yè)，分離流程也各不相同，評價(jià)一個(gè)流程的先進(jìn)與否要考慮的因素很多。從流程復(fù)雜性來看，1#乙烯裝置流程最為簡單，2#乙烯新區(qū)裝置次之，2#乙烯老區(qū)裝置最為復(fù)雜。在能耗方面，1#乙烯裝置能耗最大，2#乙烯老區(qū)裝置次之，2#乙烯新區(qū)裝置最小。在適應(yīng)原料靈活性方面，2#乙烯老區(qū)裝置具備較強(qiáng)的靈活性，1#乙烯裝置次之，2#乙烯新區(qū)裝置的適應(yīng)性相對較弱。隨著乙烯工業(yè)的發(fā)展，越來越多的先進(jìn)工藝將大幅降低乙烯裝置的能耗，下一步上海石化1#乙烯裝置將異地改造，新乙烯裝置的流程將進(jìn)行全面的分析和比較，對于我國主要以液體裂解原料為主的情況下，前脫丙烷前加氫技術(shù)仍是最佳的選擇之一。

［1］ 王松漢，何細(xì)藕．乙烯工藝與技術(shù)［M］．北京:中國石化出版社，2000:46 －48．

［2］ 陳明輝，王儉，李勇．國際先進(jìn)乙烯裝置分離技術(shù)的進(jìn)展［J］．化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2005，21(6):542 －550．

［3］ 王平．乙烯裝置碳二前加氫催化劑運(yùn)行探討［J］．乙烯工業(yè)，2010，22(2):21－ 25．

Comparative Analysis on Different Separation Processes in Ethylene Plant

Yin Le
(Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The operation situation of three sets of ethylene plants in Olefin Division of SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．was introduced，and comparative analysis was made on the different seperation processes．It held that various factors should be involve in evaluation of a process，and the three sets of ethylene plants with different seperation processes represent advanced ethylene industry in different periods．For the ethylene plant dominated by liquid cracking material，front－ end depropanization and acetylene front－ end hydrogenation process was one of the optimum selections．

ethylene plant，sequence process，front－end depropanization

1674－1099 (2012)02－0026－04

TQ221．21

A

2011-12-27。

尹樂，男，1984年出生，2006年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，主要從事生產(chǎn)管理工作。