1#重整裝置脫戊烷塔塔頂氣優(yōu)化利用方案探討

趙宏海 徐志良

(上海眾一石化工程有限公司，200540)(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)芳烴部3#芳烴聯(lián)合裝置1#連續(xù)重整裝置采用了美國環(huán)球油品(UOP)公司的第一代連續(xù)重整技術(shù)，于1984年建成投產(chǎn)，可處理加氫裂化重石腦油400 kt/a，1998年6月，該裝置進行了擴能改造，加工能力提高到500 kt/a。

與2#、3#連續(xù)重整裝置相比，1#連續(xù)重整裝置工藝相對落后，在副產(chǎn)品回收方面，沒有設(shè)置液化氣(LPG)回收工藝。目前，1#重整裝置脫戊烷塔塔頂產(chǎn)生的干氣(以下簡稱1#重整干氣)直接送燃料氣系統(tǒng)，而2#、3#連續(xù)重整裝置脫戊烷塔設(shè)置了塔頂干氣返回再接觸流程，該技術(shù)可以提高LPG以及重整氫的收率。

1#重整裝置的干氣中絕大部分為C3、C4的LPG餾分，同時，該股干氣中C2、丙烷及正構(gòu)烷烴等優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料組分也較高[1-2]。為優(yōu)化利用1#重整裝置的輕烴資源，設(shè)想通過實施技術(shù)改造，從1#重整裝置的干氣中回收LPG，或者與其他裝置產(chǎn)生的干氣合并后外送烯烴部2#乙烯裝置作裂解原料。對此，需對比分析1#重整干氣優(yōu)化利用技術(shù)方案的可操作性和經(jīng)濟性。

1 1#重整干氣現(xiàn)狀

目前，1#連續(xù)重整裝置脫戊烷塔(DA-301)塔頂產(chǎn)生的1.9 t/h(1 260 m3/h)干氣經(jīng)過4#芳烴聯(lián)合裝置1#異構(gòu)化裝置脫氯罐(DA-705)氣相脫氯后直接進入燃料氣系統(tǒng)。表1為典型的1#重整裝置干氣的組成。

表1 1#重整裝置干氣組成(未經(jīng)脫氯處理)

由表1數(shù)據(jù)可見：1#重整裝置脫戊烷塔DA-301塔頂干氣主要成分為氫氣、甲烷、C2、丙烷以及丁烷等，該股干氣中LPG及以上餾分占46.57%(體積分數(shù))；同時，該股干氣含60.71%(體積分數(shù))的C2、C3及正構(gòu)烷烴等優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料組分；未經(jīng)脫氯處理的1#重整裝置干氣中有11 mL/m3的雜質(zhì)氯化氫，在水存在的條件下，氯化氫對設(shè)備和管線有較強的腐蝕性。

2 兩種利用方案可行性分析

1#重整裝置干氣中的輕烴和氫氣具有較高的利用價值。為充分發(fā)揮上海石化煉油化工一體化的優(yōu)勢，優(yōu)化輕烴等資源的配置，擬通過實施技術(shù)改造，將1#重整裝置干氣中的輕烴和氫氣進行回收利用，或者外送2#乙烯裝置作乙烯裂解料，以替代部分石腦油。

2.1 回收LPG方案

3#芳烴聯(lián)合裝置2#連續(xù)重整裝置和3#連續(xù)重整裝置均采用了UOP公司的第三代超低壓連續(xù)重整技術(shù)，該技術(shù)是當前世界上最高水平的催化重整工藝。在產(chǎn)品回收方面，設(shè)置了LPG回收工藝，即重整反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)再接觸系統(tǒng)后返回到脫戊烷塔，脫戊烷塔塔頂氣返回再接觸系統(tǒng)回收LPG及氫氣。因此，與未設(shè)置LPG回收工藝的1#重整裝置相比，2#連續(xù)重整裝置和3#連續(xù)重整裝置的LPG及氫氣的回收率均有一定程度的提高。

2.1.1 工藝流程

回收LPG方案是通過增設(shè)物料輸送管線，將1#重整裝置脫氯后的干氣直接送2#重整裝置或3#重整裝置增壓機二級入口分液罐，通過再接觸系統(tǒng)回收LPG及氫氣。同時，目前的工藝流程中1#重整裝置干氣經(jīng)過4#芳烴聯(lián)合裝置1#異構(gòu)化裝置DA-705氣相脫氯后進入燃料氣系統(tǒng)，即脫氯罐D(zhuǎn)A-705設(shè)置在4#芳烴聯(lián)合裝置。為減少物料輸送系統(tǒng)的壓力損失，同時便于項目實施后的操作與管理，設(shè)想在1#連續(xù)重整裝置內(nèi)增設(shè)1臺氣相脫氯罐。

以2#重整裝置為例，回收LPG方案的工藝流程示意見圖1，云線內(nèi)為需增設(shè)的內(nèi)容。

1#重整裝置脫戊烷塔DA-301塔頂產(chǎn)生的干氣經(jīng)過增設(shè)的脫氯罐進行脫氯處理后與來自2#重整裝置的重整產(chǎn)物(分離罐D(zhuǎn)-202的重整氫)及脫戊烷塔C-201來的干氣合并，進入增壓機二級入口分液罐D(zhuǎn)-203進行氣液分離。分離的氣相產(chǎn)物經(jīng)重整氫增壓機三級入口分液罐D(zhuǎn)-204增壓后進入再接觸罐D(zhuǎn)-205處理后，送入3#芳烴聯(lián)合裝置4#變壓吸附(PSA)裝置回收氫氣。液相產(chǎn)物經(jīng)分液罐D(zhuǎn)-203分離后返回至重整產(chǎn)物分離罐D(zhuǎn)-202。

圖1 1#重整干氣回收液化氣工藝流程示意

2.1.2 存在的問題

目前，2#重整分液罐D(zhuǎn)-203和3#重整分液罐D(zhuǎn)-3203的罐底調(diào)節(jié)閥LV21501、LV321001閥平均開度均達90%左右，兩個調(diào)節(jié)閥基本沒有調(diào)節(jié)余量，若再增加負荷，可能會影響裝置的正常運行。

2.2 乙烯裂解料方案

2009年2月及2010年6月，分兩階段實施了“芳烴部干氣送2#烯烴裝置作裂解原料”項目[2]，將2#芳烴聯(lián)合裝置以及4#芳烴聯(lián)合裝置副產(chǎn)的6股干氣物料外送烯烴部2#烯烴裝置。項目實施后，提高了副產(chǎn)干氣的附加值，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益較為顯著。

2.2.1 工藝流程

乙烯裂解料方案是通過增設(shè)物料輸送管線，將經(jīng)過脫氯后的1#重整裝置的干氣與其他干氣合并后送烯烴部2#乙烯裝置生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。

1#重整裝置脫戊烷塔DA-301塔頂產(chǎn)生的干氣經(jīng)4#芳烴聯(lián)合裝置1#異構(gòu)化裝置脫氯塔DA-705進行脫氯處理,與來自1#歧化裝置歧化汽提塔DA-501塔頂氣、1#異構(gòu)化裝置脫庚烷塔DA-702塔頂氣、4#芳烴2#歧化裝置歧化汽提塔C-501塔頂氣和2#異構(gòu)化裝置脫庚烷塔C-701塔頂氣合并后進入GB-703壓縮機入口緩沖分液罐，氣相產(chǎn)物經(jīng)增壓后進入壓縮機出口分液罐，再與2#芳烴胺處理與液化氣回收裝置脫丁烷塔DA-901的塔頂氣和C3/C4分餾塔DA-911的塔頂氣合并后送2#烯烴裝置。

乙烯裂解料方案干氣送2#烯烴裝置工藝流程示意見圖2，云線內(nèi)為增設(shè)的流程。

圖2 1#重整干氣送2#烯烴工藝流程示意

2.2.2 存在的問題

外送干氣的管線管徑為150 mm和200 mm，而與2#烯烴裝置連接管線的管徑為100 mm，若增加外送干氣，則2#烯烴裝置接收管線存在瓶頸。

2.3 可行性分析結(jié)果

回收LPG方案通過新增管道及脫氯罐將1#重整裝置的干氣送至2#或3#重整裝置回收LPG及重整氫氣。目前2#重整裝置分液罐D(zhuǎn)-203和3#重整裝置分液罐D(zhuǎn)-3203罐生產(chǎn)操作接近滿負荷，增加1#重整裝置干氣回收的LPG后，不利于1#重整裝置的長周期穩(wěn)定運行。由于2#或3#重整裝置產(chǎn)品回收系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒有足夠的操作余量，需要對其調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進行改造，改造工作量較大，而且存在影響現(xiàn)裝置正常平穩(wěn)操作的可能性。

目前，芳烴部已有6股干氣物料送至2#烯烴裝置作乙烯裂解料，其中4股干氣通過GB-703增壓后外送。1#重整裝置干氣經(jīng)4#芳烴聯(lián)合裝置1#異構(gòu)化裝置脫氯塔DA-705脫氯后，可與其他4股干氣合并后通過GB-703增壓后外送。因此，乙烯裂解料方案改造僅需新增管道,不影響其他生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運行。2#烯烴裝置連接管線管徑的瓶頸問題可以依托預(yù)留的甩頭位置，通過增設(shè)輸送管線解決。

由以上分析可知，乙烯裂解料方案改造內(nèi)容簡單，且不對其他相關(guān)裝置產(chǎn)生影響，具有一定的可行性。

3 兩種方案經(jīng)濟效益評價

3.1 回收LPG方案

以2014年7月財務(wù)數(shù)據(jù)為計算基準，LPG、天然氣和重整氫氣的價格分別設(shè)定為5 457，3 790，13 000元/t，回收氫氣和LPG變動成本參考2#重整油分離裝置變動加工費121.55元/t，回收氫氣與LPG后需要補充干氣量以天然氣替代，天然氣與干氣折標因子分別為1.225 4和0.95，以裝置年操作時間8 000 h，1#重整干氣外送量為1.9 t/h計，則：

回收氫氣和LPG后需要補充干氣量：(1.16%+71.61%)×1.9=1.38 t/h

補充的干氣折合天然氣：1.38×0.95/1.225 4=1.07 t/h

年補充天然氣費用：1.07×8 000×3 790=3 224.2萬元

回收氫氣和LPG方案的年邊際效益：1.16%×1.9×0.8×13 000+71.61%×1.9×0.8×5 457-121.55×1.9×0.8-3 224.2=2 876.04萬元

LPG回收方案每年產(chǎn)生的效益為2 760萬元。

3.2 乙烯裂解料方案

乙烯過程模擬軟件SPYRO廣泛應(yīng)用于乙烯原料裂解性能的評價、裂解產(chǎn)物組成的測算以及裂解爐運行周期的測算，該軟件可模擬計算出不同原料方案下雙烯收率和經(jīng)濟效益。

利用SPYRO軟件模擬考察了石腦油、1#重整干氣為裂解原料進行裂解后的裂解氣組成，并以2014年7月財務(wù)數(shù)據(jù)對兩種原料利用方案的經(jīng)濟性進行計算分析，結(jié)果見表2。

表2 SPYRO軟件模擬測算結(jié)果

注： 1)石腦油、1#重整干氣價格為5 950，4 160元/t，未扣除變動成本；

2)包括乙烯、丙烯、丁二烯、苯和氫氣

由表2可見：以1#重整干氣為裂解原料，裂解產(chǎn)物中雙烯收率為57.57%，較石腦油原料高出11.15個百分點；裂解產(chǎn)物中高附加值產(chǎn)品的收率為63.83%，較石腦油原料高4.68個百分點。由表2中還可發(fā)現(xiàn)：1#重整裝置干氣原料產(chǎn)品價值為7 466.88元/t，比石腦油原料高106.49元/t；若干氣價格以4 160元計，1#重整干氣原料效益為3 306.88元/t，與石腦油相比，兩者效益相差1 896.49元/t。由此可見，與石腦油相比，1#重整干氣更適合作乙烯裂解料。

按裝置年操作時間8 000 h，1#重整干氣外送流量為1.9 t/h，2#乙烯裝置變動成本以851元/t計，則年經(jīng)濟效益：(7 466.88-4 160-851)×1.9×8 000/10 000=3 732.94萬元

3.3 經(jīng)濟效益比較結(jié)果

1#重整裝置干氣回收液化氣方案實施后，每年可以回收液化氣5 728.8 t，可回收氫氣176.32 t，每年產(chǎn)生經(jīng)濟效益為2 876.04萬元。1#重整干氣作乙烯裂解料方案實施后，每年產(chǎn)生經(jīng)濟效益為3 732.94萬元。與回收液化氣方案相比，1#重整干氣作乙烯裂解料每年可多產(chǎn)效益856.90萬元。

4 結(jié)論

(1)1#重整裝置干氣含有較高的C3及以上的LPG組分，同時富含C2、丙烷以及正丁烷等優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料組分。

(2)從1#重整裝置干氣中每年可以回收液化氣5 728.8 t，回收氫氣176.32 t，產(chǎn)生經(jīng)濟效益為2 876.04萬元。

(3)以1#重整干氣為裂解原料，與石腦油相比，可有效提高乙烯裝置乙烯、丙烯等高附加值產(chǎn)品收率；與回收液化氣方案相比，1#重整干氣作乙烯裂解料方案每年可多產(chǎn)效益856.90萬元。

(4)與回收液化氣方案相比，乙烯裂解料方案具有改造內(nèi)容簡單、不影響現(xiàn)有裝置的正常運行、需要改造的內(nèi)容較少等特點，且產(chǎn)生的經(jīng)濟效益顯著。

[1] 陳平.輕烴資源優(yōu)化及其經(jīng)濟效益分析[J].化工技術(shù)經(jīng)濟，2003,21(6)：10-12.

[2] 張彩娟,唐仁花.煉化干氣的優(yōu)化利用[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟,2010,26(6)：39-41.