烯烴分離裝置優(yōu)化節(jié)能技術(shù)探討

魯 耀

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

烯烴分離裝置優(yōu)化節(jié)能技術(shù)探討

魯 耀

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

針對(duì)現(xiàn)有烯烴分離流程中吸收劑大量在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，導(dǎo)致裝置的能耗和設(shè)備投資都較高等問(wèn)題，通過(guò)增設(shè)吸收劑分離塔使吸附劑的循環(huán)大大減少，從而達(dá)到節(jié)能和節(jié)省投資的目的。

烯烴分離；節(jié)能；油吸收

乙烯、丙烯是重要的基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對(duì)低碳烯烴的需求日漸攀升，國(guó)內(nèi)加快了乙烯、丙烯為龍頭的石油化工的發(fā)展。乙烯、丙烯的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法主要是采用石腦油蒸汽裂解技術(shù)制取，但受石油資源與成品油需求的影響，乙烯裂解用的石腦油資源日趨緊張。近年來(lái)，隨著甲醇制烯烴（MTO）技術(shù)的工業(yè)化，從一定程度上可以緩解石油供應(yīng)的壓力，尤其符合我國(guó)“缺油、少氣、富煤”的國(guó)情。

MTO烯烴分離技術(shù)是以反應(yīng)產(chǎn)物為原料，經(jīng)雜質(zhì)脫除、壓縮、分離等過(guò)程生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯和丙烯產(chǎn)品，其核心是分離流程的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。MTO裝置的烯烴分離與傳統(tǒng)裂解后的烯烴分離工藝相近，但同時(shí)也具有其特殊性。

1 MTO反應(yīng)氣特點(diǎn)

MTO所生成反應(yīng)氣與傳統(tǒng)的以石腦油為原料的管式爐蒸汽熱裂解產(chǎn)生的乙烯裂解氣所含組分情況見(jiàn)表1，二者相比，在組成上有如下特點(diǎn)：

（1）MTO反應(yīng)氣中氫氣及甲烷含量明顯低于石腦油裂解所產(chǎn)生的氫氣和甲烷；DMTO反應(yīng)氣中氫氣、甲烷摩爾分?jǐn)?shù)分別為石腦油裂解氣中氫氣、甲烷含量的1 / 6.0和1 / 7.1；乙烯與甲烷摩爾分?jǐn)?shù)比值約為13，是裂解氣的12倍左右。

（2）MTO反應(yīng)氣中乙烯和丙烯摩爾分?jǐn)?shù)明顯高于裂解氣中的乙烯和丙烯摩爾分?jǐn)?shù)。

（3）MTO反應(yīng)氣中含有甲醇和二甲醚等含氧化合物，其中甲醇摩爾分?jǐn)?shù)約為0.12 %，二甲醚含量約為0.06 %，而乙烯裂解氣沒(méi)有這些雜質(zhì)。

（4）MTO反應(yīng)氣中不含有硫化氫及二氧化硫等雜質(zhì)，其CO2酸性氣體的含量與乙烯裂解氣中CO2含量相當(dāng)。

（5）C5及以上重組分較少，為乙烯裂解氣的1 / 3.4。而丁二烯含量更低，僅為乙烯裂解氣中丁二烯含量的1 / 13左右。

2 MTO烯烴分離流程及工藝特點(diǎn)

由于MTO反應(yīng)氣存在上述特點(diǎn)，決定了后續(xù)烯烴分離流程中的技術(shù)特點(diǎn)存在特殊性。國(guó)內(nèi)第一套成功商業(yè)化運(yùn)行MTO裝置采用A分離技術(shù)，該技術(shù)采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術(shù)。來(lái)自MTO的烯烴混合氣經(jīng)壓縮機(jī)三級(jí)壓縮、酸性氣體脫除、水洗和干燥后，進(jìn)入高、低壓脫丙烷塔進(jìn)行分離。高壓脫丙烷塔頂物流經(jīng)壓縮機(jī)四段壓縮后送至脫甲烷塔，塔頂分離出甲烷、氫氣，經(jīng)熱量回收后作為燃料氣并入燃料氣管網(wǎng)。低壓脫丙烷塔塔底物流送至脫丁烷塔，得到混合C5和混合C4副產(chǎn)品。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進(jìn)行C2和C3分離，塔頂C2組分經(jīng)過(guò)乙炔加氫反應(yīng)器后進(jìn)入乙烯精餾塔，側(cè)線采出聚合級(jí)乙烯。脫乙烷塔塔底C3進(jìn)入丙烯精餾塔，塔頂采出聚合級(jí)丙烯。

2.1 該技術(shù)主要特點(diǎn)如下[1]：

（1）無(wú)傳統(tǒng)的深冷分離單元，采用中冷分離技術(shù)。

（2）僅有常規(guī)丙烯制冷，無(wú)乙烯制冷系統(tǒng)。

（3）流程對(duì)進(jìn)料組成變化適應(yīng)性強(qiáng)。

表1 典型的乙烯裂解氣和MTO反應(yīng)氣組成對(duì)比Tab.1 Comparison the component of type pyrolysis gas and charge gas

（4）用丙烯塔塔底丙烷循環(huán)至脫甲烷塔洗滌，增加了脫甲烷塔、脫乙烷塔、丙烯精餾塔的負(fù)荷，能耗增加，設(shè)備尺寸增大。

2.2 主要問(wèn)題

以油吸收法對(duì)甲醇制烯烴反應(yīng)氣進(jìn)行甲烷、氫氣等的脫除，避免了深冷分離，降低了冷劑使用的級(jí)別，但是使用的油吸收劑均來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)分離出的物料，這樣就導(dǎo)致了大量的物料在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。圖2為脫甲烷塔油吸收流程，以丙烷為吸收劑，大量丙烷在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，導(dǎo)致丙烯精餾塔進(jìn)料組成中丙烷含量增加，丙烯精餾塔塔板數(shù)和塔徑都增大，裝置的能耗和設(shè)備投資都較高。

3 流程優(yōu)化

針對(duì)上述問(wèn)題，中石化上海工程有限公司（簡(jiǎn)稱SSEC）聯(lián)合華東理工大學(xué)等協(xié)作單位開(kāi)發(fā)了節(jié)能優(yōu)化流程[2]。該流程同樣采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術(shù)，來(lái)自MTO 的烯烴混合氣經(jīng)壓縮機(jī)三級(jí)壓縮、酸性氣體脫除、水洗和干燥后，進(jìn)入高低壓脫丙烷塔。高低壓脫丙烷塔頂氣相經(jīng)四段壓縮后送入脫甲烷塔。設(shè)置了吸收劑分離塔后，從吸收劑分離塔塔釜分離出一股吸收劑，組成主要以混合C3為主，由脫甲烷塔上部進(jìn)入塔內(nèi)；吸收劑分離塔塔頂氣相進(jìn)入脫甲烷塔作為進(jìn)料。脫甲烷塔另一股吸收劑采用的是丙烷，由于丙烷不是主要的吸收劑，循環(huán)量較A分離技術(shù)工藝大大減少，丙烯精餾塔實(shí)施雙塔操作，設(shè)備投資和能耗均顯著降低。

由于采用漸進(jìn)吸收模式，不僅增強(qiáng)了脫甲烷塔的吸收效果，同時(shí)吸收劑循環(huán)量減少，降低了投資和能耗；其中一股來(lái)自系統(tǒng)吸收劑分離塔塔釜，是主要的一股吸收劑，其本身是待分離的餾分混合物，避免了吸收劑主要來(lái)自丙烯塔系統(tǒng)循環(huán)帶來(lái)的能耗增加；另一股量比較小的吸收劑來(lái)自丙烯精餾塔塔釜丙烷，流量可根據(jù)烯烴損失的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，且由脫甲烷塔回流罐進(jìn)入塔系統(tǒng)，可進(jìn)一步降低烯烴損失，該股丙烷循環(huán)量少，對(duì)丙烯精餾塔影響小，節(jié)省設(shè)備投資。

圖1 烯烴分離流程Fig.1 Process of ole fi n separation

圖2 脫甲烷塔油吸收流程Fig.2 Oil absorption process of demethnizer

該技術(shù)主要特點(diǎn)如下：

（1）壓縮機(jī)三段后設(shè)置脫丙烷系統(tǒng)，前脫丙烷工藝，降低四段壓縮的功率。

（2）設(shè)置吸收劑分離塔，可得到脫甲烷塔所需的最主要吸收劑，提高了脫甲烷塔的操作溫度，降低了冷劑級(jí)別，降低工程投資。

（3）減少了丙烷吸收劑到丙烯精餾系統(tǒng)的循環(huán)量，大大減小了丙烯精餾塔的直徑，能耗及設(shè)備投資都大幅度降低。

4 方案對(duì)比

4.1 技術(shù)對(duì)比

工藝技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 工藝技術(shù)對(duì)比Tab.2 Comparison of technology

從表2可以看出，通過(guò)技術(shù)優(yōu)化和改進(jìn)，SSEC節(jié)能技術(shù)吸附劑來(lái)主要來(lái)自吸收劑分離塔，使得丙烷吸收劑的循環(huán)量由16.2 t / h減少到2.8 t / h。由于丙烷循環(huán)量的減少，增加了丙烯塔的進(jìn)料丙烯濃度，從而大幅減少丙烯塔的回流比，減小了丙烯塔的規(guī)格尺寸，大幅降低丙烯塔的設(shè)備投資以及今后的運(yùn)行成本。

4.2 設(shè)備投資對(duì)比

SSEC節(jié)能技術(shù)雖然增加了吸收劑分離塔，但丙烯塔塔底丙烷循環(huán)至脫甲烷塔洗滌大大降低，直接減少脫甲烷塔、脫乙烷塔、丙烯精餾塔的設(shè)備投資，見(jiàn)表3。從表3可以看出，直接節(jié)省設(shè)備投資約2 100萬(wàn)元。

4.3 能耗對(duì)比

4.3.1 節(jié)水措施

由于煤化工項(xiàng)目選址大多在西北地區(qū)，這些地區(qū)水資源緊缺，水耗指標(biāo)就變得更加重要。在降低水耗方面，SSEC節(jié)能技術(shù)將裝置內(nèi)冷卻水用量“大戶”——兩套透平表面冷凝器改為空冷器，直接減少冷卻水循環(huán)量并大大減少了循環(huán)冷水的用量，起到了節(jié)能、節(jié)水的作用。兩種工藝的用水量對(duì)比見(jiàn)表4。

從表4可以看出，就兩臺(tái)壓縮機(jī)選用空冷器一項(xiàng)，為裝置節(jié)約冷卻水約4 600 m3/ h；通過(guò)油吸收的流程優(yōu)化，為丙烯塔頂冷凝器節(jié)約冷卻水約900 m3/ h。就這兩項(xiàng)，為整個(gè)烯烴分離裝置節(jié)約冷卻水約40 %左右，極大地緩解了企業(yè)的用水問(wèn)題。循環(huán)水按0.2元 / t計(jì)，就循環(huán)水這一項(xiàng)每年直接節(jié)省運(yùn)營(yíng)費(fèi)用約880萬(wàn)元。

表3 設(shè)備投資對(duì)比Tab.3 Comparison of equipment investment

表4 用水量對(duì)比Tab.4 Comparison of main cooling water user

4.3.2 綜合能耗對(duì)比

兩技術(shù)綜合能耗的對(duì)比見(jiàn)表5。從表5可以看出，SSEC節(jié)能技術(shù)較A技術(shù)綜合能耗節(jié)能2.6 %左右。

表5 綜合能耗對(duì)比[3]Tab.5 Comparison of energy consumption

5 結(jié)論

針對(duì)現(xiàn)行烯烴分離工藝存在的吸收劑循環(huán)量大、能耗高、設(shè)備投資高等問(wèn)題，本節(jié)能流程通過(guò)增加吸收劑分離塔，使脫甲烷塔采用兩股漸進(jìn)吸收模式，不僅增強(qiáng)了脫甲烷塔的吸收效果，而且大幅度降低丙烷循環(huán)量，提高丙烯塔進(jìn)料濃度，降低了丙烯塔塔徑。目前該SSEC節(jié)能技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)專(zhuān)利并編制了新型節(jié)能工藝包， 在工程應(yīng)用上無(wú)論從節(jié)能和設(shè)備投資的角度，該技術(shù)都優(yōu)于現(xiàn)行的烯烴分離技術(shù)，值得大力推廣。

[1]祝佳，MTO分離新工藝技術(shù)研究[J]. 廣東化工，2011，38（11）：222-225.

[2]陳明輝. 一種甲醇制烯烴氣體分離工藝流程[P]. 中國(guó)專(zhuān)利：201510031028. 6，2015-1-22.

[3]GB / T 50441—2016，石油化工設(shè)計(jì)能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)[S].

Discussion of Optimum Energy Saving Technique Used in Ole fi ns Separation Plant

Lu Yao

（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai200120）

With respect to the problems that great amount of absorbents are circulated in ole fi ns separating process so as to result in high energy consumption and invest cost, the measure to increase absorbent separating tower was applied, by which the absorbents in circulation are apparently reduced. Thus the objectives of saving energy and reducing invest cost has been reached.

ole fi ns separation; energy saving; oil absorption

TQ 031.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-817X（2017）05-0051-005

2017-07-17

魯耀（1985—），男，本科，工程師，主要從事石化工程項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)。