淺冷油吸收技術在煉廠飽和干氣回收中的應用

張敬升，李東風，過良，劉智信

（中國石化北京化工研究院，北京 100013）

煉廠干氣主要產(chǎn)自常減壓蒸餾、催化裂化、延遲焦化等裝置，其富含氫氣、C1～C4等輕烴資源和少量雜質(zhì)，是一種重要的石油化工資源[1]。煉廠干氣之前大都被用作燃料燒掉，造成了資源浪費和環(huán)境污染。另外，乙烯是重要的石化基礎原料之一，其生產(chǎn)能力和技術水平已成為了衡量一個國家石化行業(yè)發(fā)展的重要指標。在許多國家，例如中國，乙烯生產(chǎn)主要采用輕質(zhì)油進行裂解，原料成本高[2]。鑒于此，回收煉廠干氣中的低碳烴替代部分輕質(zhì)油作為乙烯原料，即可提高干氣資源的利用價值，又可使裂解原料輕質(zhì)化而降低單耗，從而降低乙烯的生產(chǎn)成本。

常用的煉廠干氣回收方法主要有深冷分離法[3]、變壓吸附法[4-7]、水合物分離法[8-11]、油吸收法等，其各具特點[12]。中國石化北京化工研究院針對國內(nèi)煉廠干氣回收的現(xiàn)狀，在中冷油吸收技術和煉廠吸收穩(wěn)定技術的基礎上，通過對吸收劑類型和操作條件進行優(yōu)化組合，開發(fā)出了淺冷油吸收法回收煉廠干氣成套技術[13-21]。該技術可實現(xiàn)在淺冷（10～15℃）的操作條件下對煉廠干氣進行分離，具有回收率高、產(chǎn)品品質(zhì)高、流程簡單、操作簡便、運轉(zhuǎn)周期長、對原料適應性強、能耗相對較低等優(yōu)點，已成功應用于多家企業(yè)。

1 煉廠干氣資源現(xiàn)狀

煉廠干氣可分為兩大類：一是催化裂化、催化裂解和熱裂解等裝置副產(chǎn)的含烯烴較多的不飽和干氣，二是以焦化、常減壓蒸餾、加氫、重整等裝置副產(chǎn)的不含或者僅含少量烯烴的飽和干氣。國內(nèi)某石化公司煉油廠副產(chǎn)的飽和干氣量約有20萬t/a，包括焦化干氣和臨氫干氣，目前主要作為燃料氣直接排入瓦斯管網(wǎng)，造成了資源的浪費。這部分飽和干氣中乙烷和丙烷含量超過20%（φ），具有很大的回收價值。

2 干氣回收工藝流程

為達到資源綜合利用和提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的，該石化公司采用淺冷油吸收法回收煉廠干氣成套技術，建設了一套飽和干氣回收裝置，裝置規(guī)模為20萬t/a，設計負荷為50%～110%，裝置年運行時間為8 400 h。該飽和干氣回收裝置主體部分包括水洗單元、壓縮單元、C4吸收單元和再吸收單元，流程示意見圖1。

圖1 煉廠飽和干氣回收裝置工藝流程示意

2.1 水洗單元

因焦化干氣中不可避免的攜帶有焦粉，而焦粉會嚴重影響設備尤其是機泵和壓縮機的正常運行，因此在該裝置內(nèi)設置了水洗單元。水洗單元主體為水洗塔，焦化干氣從塔底進入，在塔內(nèi)利用噴淋水洗的方法脫除干氣夾帶的焦粉。為節(jié)約洗滌水耗量，塔內(nèi)大部分洗滌水依靠塔釜循環(huán)泵進行循環(huán)，塔釜僅采出部分含油含焦粉的污水送至焦化裝置的污水處理系統(tǒng)，同時補充部分新鮮水以維持塔內(nèi)洗滌水的平衡。焦化干氣因進入界區(qū)的壓力較高，為節(jié)省能耗，經(jīng)水洗脫除焦粉后送入壓縮單元的干氣壓縮機二段。

2.2 壓縮單元

因干氣來料壓力較低，而高壓有利于提高油吸收效果，因此在該裝置壓縮單元采用一臺三級離心式壓縮機對原料干氣進行增壓。來自界區(qū)外的臨氫干氣首先送入壓縮機一段進行壓縮，壓力增至和焦化干氣壓力大致相同并經(jīng)循環(huán)水冷卻后，與水洗塔頂?shù)慕够蓺庖黄鹚腿雺嚎s機二段進一步增壓、冷卻，最后經(jīng)壓縮機三段壓縮增壓至工藝要求所需的壓力條件（3.0～4.0 MPa）。從壓縮機出來的高壓氣體，依次經(jīng)過循環(huán)水和低溫冷媒水冷卻至工藝所需的溫度（10～15℃）后送入C4吸收單元。

2.3 C4 吸收單元

飽和干氣經(jīng)壓縮單元壓縮、冷卻后送入C4吸收塔中下部，從C4解吸塔塔釜出來的貧C4吸收劑經(jīng)逐級換熱、冷卻后用泵從C4吸收塔塔頂打入，與干氣逆流而下，吸收干氣中的C2和C2以上組分后送入C4解吸塔；干氣中未被吸收的甲烷、氫氣、氮氣等不凝氣中夾帶了部分C4吸收劑，將其送入再吸收單元回收夾帶的C4組分。C4吸收塔釜再沸器采用0.5 MPa蒸汽作為加熱介質(zhì)，同時為了減少蒸汽耗量并提高能量利用效率，在C4吸收塔下部設置了2臺中間再沸器，分別以C4解吸塔釜的貧C4和再吸收單元的貧汽油溶劑作為熱源。

C4吸收塔塔釜吸收了C2和C2以上組分的富C4吸收劑，依靠壓力差進入C4解吸塔中部進行解吸，塔頂解吸氣經(jīng)循環(huán)水冷卻后進入解吸塔回流罐中進行氣液分離，凝液送回塔頂作回流，氣相即為回收主產(chǎn)品—富乙烷氣，直接送乙烯裝置乙烷裂解爐。C4解吸塔釜脫除了C2及C3組分的貧C4吸收劑經(jīng)逐級換熱、冷卻后返回C4吸收塔循環(huán)使用。正常運行期間，為防止體系內(nèi)的重組分累積導致塔釜溫度過高，在C4解吸塔塔釜采出的貧C4吸收劑中分出一股輕烴去煉油裝置處理，同時補充一股新鮮C4吸收劑打入C4吸收塔。C4解吸塔塔釜再沸器同樣采用0.5 MPa蒸汽作為熱源。

2.4 再吸收單元

限于相平衡的關系，C4吸收塔塔頂采出未被吸收的H2、N2、CH4等不凝氣中夾帶了的少量C4吸收劑。為將這部分C4吸收劑回收以減少吸收劑耗量，在裝置內(nèi)設置了再吸收單元。在再吸收單元，以穩(wěn)定汽油或重石腦油作為再吸收劑，將不凝氣中夾帶的這部分C4組分進行回收?；厥蘸蟮腃4可送入C4吸收單元作為吸收劑使用，未被吸收的氣體主要是甲烷和氫氣，通過壓力控制送到制氫裝置作為制氫原料氣。正常操作中，為避免重組分累積，從再吸收單元抽出一股少量的再吸收劑送至煉廠汽油吸收—穩(wěn)定系統(tǒng)，同時為維持系統(tǒng)平衡，需將少量的穩(wěn)定汽油或重石腦油補充到再吸收單元。

3 裝置運行情況

該煉廠飽和干氣回收裝置建成后一次開車成功，經(jīng)過不斷優(yōu)化調(diào)整生產(chǎn)操作，裝置運行平穩(wěn)。

3.1 裝置原料

依據(jù)設計方案，該裝置的原料主要有焦化干氣和臨氫干氣，總量約23.8 t/h。后因煉廠整體規(guī)劃調(diào)整，臨氫干氣原料有所變動，在裝置實際運行期間，焦化干氣平均進料量為8.3 t/h，受焦化裝置切塔影響，有大幅波動，進料量低時為4.8 t/h，進料量高時達10.2 t/h；臨氫干氣量較為穩(wěn)定，平均進料量6.4 t/h；原料干氣總進料量為14.7 t/h。干氣原料的設計值與實際運行值見表1，實際進料組成與設計值有較大出入，但裝置運行負荷為設計負荷的61.76%，在50%～110%的裝置設計操作彈性范圍之內(nèi)。

3.2 裝置物平

該裝置工藝進料包括焦化干氣和臨氫干氣的混合氣、補充C4吸收劑和汽油吸收劑，產(chǎn)品包括富乙烷氣、甲烷氫、抽出輕烴和抽出汽油。裝置工藝物料平衡數(shù)據(jù)見表2。從表2看出，由于原料的變化，各產(chǎn)物的收率也相應改變，因?qū)嶋H進料組分較設計工況偏輕，所以輕烴收率降低而燃料氣收率增加。

依據(jù)裝置的實際運行數(shù)據(jù)，經(jīng)過測算，該裝置的C2回收率（即富乙烷氣中的C2量/原料干氣中的C2量）大于95%，滿足C2回收率不低于93%的控制指標要求，干氣回收效果良好。

表1 飽和干氣回收裝置原料情況

表2 飽和干氣回收裝置總物料平衡 t/h

3.3 產(chǎn)品質(zhì)量分析

對裝置的產(chǎn)品進行多次取樣分析，取其平均值，見表3。

由表3看出，裝置主產(chǎn)品富乙烷氣中各組分占比滿足控制指標要求，甲烷和C4以上重組分含量低，是良好的乙烯裂解原料，可直接送入乙烯廠的乙烷裂解爐。但因?qū)嶋H臨氫干氣與原設計的組成及流量差別較大，裝置依據(jù)原設計參數(shù)進行操作，導致抽出輕烴中的C2＋C3含量超標，后續(xù)按照實際的進料狀況進行調(diào)整優(yōu)化裝置操作參數(shù)，即適當降低C4解吸塔頂壓力并提高C4解吸塔釜溫度之后，解吸效果提升，抽出輕烴中的C2＋C3含量已控制在7%以內(nèi)，達到控制指標要求。另外，吸收尾氣即燃料氣中C2及以上組分含量低于2%，對干氣的回收分離效果達到預期。

表3 產(chǎn)品組成

4 結論

采用淺冷油吸收法回收煉廠干氣成套技術對某石化煉油廠的焦化干氣和臨氫干氣進行分離回收，從實際運行情況來看，在干氣原料與原設計工況存在較大出入的前提下，該裝置仍能達到良好的回收分離效果，C2回收率大于95%，得到的最終產(chǎn)品（富乙烷氣）中C2＋C3平均含量大于90%、甲烷平均含量小于3%，均優(yōu)于設計值，是乙烯裝置良好的裂解原料。