乙烯裝置增設(shè)甲烷氫壓縮機(jī)解決甲烷收率高生產(chǎn)瓶頸

劉軍

摘要：甲烷設(shè)計(jì)收率為14%，實(shí)際甲烷收率達(dá)到18-20%，尾氣精餾塔塔頂氣相量超過(guò)設(shè)計(jì)110%，回流罐液位達(dá)到95%以上，容易造成回流罐液位高高聯(lián)鎖和氣相甲烷帶液使甲烷膨脹壓縮機(jī)損壞，增設(shè)一臺(tái)壓縮機(jī)把系統(tǒng)循環(huán)的甲烷氫直接送至界外燃料系統(tǒng)，增加裂解投油負(fù)荷，減輕甲烷塔壓力，增加乙烯、丙烯產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：乙烯裝置；高負(fù)荷；螺桿壓縮機(jī)；優(yōu)化

一、研究的背景及意義

1.研究的背景

乙烯裝置的裂解原料多樣、復(fù)雜等原因和設(shè)計(jì)存在較大差異，原設(shè)計(jì)甲烷的收率為14%，而實(shí)際甲烷的收率達(dá)到了18-20%。為了獲得較多的低位冷量，在原設(shè)計(jì)中有5.1噸/h的甲烷氫通過(guò)冷箱釋放冷量后返回裂解氣壓縮機(jī)的二段吸入罐，在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。乙烯裝置達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷297t/h時(shí)，裝置運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，若進(jìn)一步提高加工負(fù)荷。主要存在以下問(wèn)題：

1.1、尾氣精餾塔氣相量達(dá)到設(shè)計(jì)的110%，回流罐液位達(dá)到95%以上，容易造成回流罐液位高高聯(lián)鎖和氣相甲烷帶液使甲烷膨脹壓縮機(jī)損壞。

1.2、脫甲烷塔負(fù)荷超設(shè)計(jì)，碳二中含有部分甲烷，致使乙烯制冷壓縮機(jī)不凝氣含量高而超壓。

1.3、設(shè)計(jì)甲烷氫5.1噸/h返裂解氣壓縮機(jī)，不間斷地在系統(tǒng)中加壓、冷卻，增加裂解氣壓縮機(jī)的負(fù)荷，且影響裂解負(fù)荷和冷區(qū)塔分離的效果。

1.4、為了獲得足夠的低位冷量和維持高負(fù)荷下的運(yùn)行，低壓甲烷氫出冷箱需要開(kāi)40%閥位排放火炬，造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。

2、研究的意義

從工藝角度可以解決脫甲烷塔、預(yù)脫甲烷塔、尾氣精餾塔、裂解氣壓縮機(jī)的負(fù)荷；從設(shè)備角度可以解決甲烷膨脹制冷壓縮機(jī)的震動(dòng)高的難題；從環(huán)保角度可以解決甲烷氫無(wú)序的排放。

螺桿壓縮機(jī)是設(shè)計(jì)成對(duì)甲烷氫氣體進(jìn)行無(wú)油壓縮，具有兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：離心壓縮機(jī)高可靠型和正位移（往復(fù)式）壓縮機(jī)的無(wú)喘振。

工藝氣體螺桿壓縮機(jī)提供了可靠、緊湊、高效、低投資以及在工程應(yīng)用中最少的維修工作，并在越來(lái)越多的領(lǐng)域有取代往復(fù)機(jī)和其他壓縮機(jī)的趨勢(shì)。在這點(diǎn)上，許多油氣和石化承包商和用戶(hù)極感興趣。為此和設(shè)計(jì)單位商榷增設(shè)一臺(tái)干式螺桿壓縮機(jī)外加干氣密封的組合方式，每年可以確保8000小時(shí)/a連續(xù)運(yùn)行。

干式壓縮機(jī)壓縮機(jī)側(cè)不含水、不含油，對(duì)后續(xù)系統(tǒng)不構(gòu)成影響。

二、尾氣系統(tǒng)優(yōu)化

1、改造思路

把系統(tǒng)循環(huán)5.1t/h甲烷氫直接送至燃料氣外管網(wǎng)，可以減少裂解氣壓縮機(jī)的負(fù)荷，降低冷分離進(jìn)料中甲烷含量，優(yōu)化脫甲烷塔和尾氣精餾塔操作。

2、尾氣精餾塔系統(tǒng)的流程

V-1415底部液體由液位LIC-14011控制，經(jīng)E-1406加熱后與V-1414底部經(jīng)液位LIC-14009控制的液體匯合，再經(jīng)E-1405加熱后送至脫甲烷預(yù)分餾塔C-1410。V-1411底部液體由LIC-14003控制送入脫甲烷預(yù)分餾塔C-1410。

來(lái)自3號(hào)進(jìn)料分離罐 V-1415的頂部氣體被分成兩股，其中一股經(jīng)流量FIC-14015控制直接送往尾氣精餾塔C-1413塔釜，另一股由壓差PDIC-14011控制經(jīng)尾氣精餾塔冷凝器E-1413冷卻后進(jìn)入C-1413第11塊塔盤(pán)。C-1413頂部上升氣體經(jīng)冷凝器E-1413冷卻后進(jìn)入尾氣精餾塔回流罐V-1413。冷凝下來(lái)的液體靠重力流直接回流到尾氣精餾塔頂部，V-1413中未被冷凝的氣體分成兩股：一股送往1號(hào)氫氣換熱器E-1426；一股由流量FIC14018控制送往膨脹機(jī)K-1420。FIC14018量與氫氣最終出口壓力PIC14051低壓超馳。

2、膨脹機(jī)/再壓縮機(jī)環(huán)路系統(tǒng)

膨脹/再壓縮回路系統(tǒng)主要使用單級(jí)膨脹機(jī)。脫甲烷塔（210-C-1420）塔頂氣體被脫甲烷接觸塔（210-C-1415）塔頂氣體預(yù)熱后與來(lái)自HRS的部分尾氣混合，HRS塔頂其余氣體去氫氣凈化系統(tǒng)。尾氣主要是脫甲烷塔（210-C-1420）塔頂氣體，混合后的尾氣經(jīng)過(guò)甲烷膨脹機(jī)（210-K-1420）膨脹，繼續(xù)在HRS單元、預(yù)脫甲烷塔2#、3#進(jìn)料冷卻器（210-E-1405/210-E-1406）、丙烯冷劑過(guò)冷器（210-E-1403）中預(yù)熱回收冷量，并達(dá)到甲烷壓縮機(jī)（210-K-1420）進(jìn)口溫度控制器設(shè)定溫度。尾氣經(jīng)過(guò)再壓縮后與來(lái)自氫回收系統(tǒng)的高壓尾氣混合，作為反應(yīng)器與干燥器的再生氣，送至燃料氣系統(tǒng)。

3、進(jìn)一步提高裝置負(fù)荷尾氣精餾塔出現(xiàn)的問(wèn)題

乙烯裝置裂解爐投油量在306t/h的負(fù)荷下（設(shè)計(jì)297t/h為滿(mǎn)負(fù)荷），當(dāng)冷分離進(jìn)料氣相負(fù)荷達(dá)到190t/h時(shí)，尾氣精餾塔由于甲烷、氫氣、碳二組分量大，會(huì)使尾氣精餾塔的塔頂液面升高至95%以上，若系統(tǒng)波動(dòng)或者再提高負(fù)荷，浮筒聯(lián)鎖液面就會(huì)高，達(dá)到聯(lián)鎖值觸發(fā)聯(lián)鎖。

尾氣精餾塔系統(tǒng)的操作彈性在65%-120%，塔系統(tǒng)的處理能力已到達(dá)最大值。按照裝置運(yùn)行最優(yōu)化原則，在塔板效率，工藝工況不變的情況下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷下的最優(yōu)化運(yùn)行。

4、實(shí)施方案

低壓甲烷設(shè)計(jì)約為5.1 t/h從冷箱E1403出口循環(huán)至裂解氣壓縮單元，再返回到分離進(jìn)入深冷尾氣精餾塔系統(tǒng)，始終在系統(tǒng)里面循環(huán)，我們的方案就是將這部分低壓甲烷氫加壓后送至再生氣或燃料氣系統(tǒng)

5、方案實(shí)施的主要內(nèi)容

①工藝

當(dāng)裝置超過(guò)80%負(fù)荷時(shí)，通過(guò)新增螺桿壓縮機(jī)210-K-1430把低壓甲烷氫直接送至界外燃料氣管網(wǎng)。當(dāng)負(fù)荷低于80%時(shí)通過(guò)壓縮機(jī)的旁路送至裂解氣壓縮機(jī)二段吸入罐。

②設(shè)備

撬裝螺桿干式408壓縮機(jī)一臺(tái)，1000千瓦電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，配套油路系統(tǒng)及干氣密封系統(tǒng)。

③配套的公用工程

配套的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)及氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)。

6、對(duì)產(chǎn)品的影響

該項(xiàng)目實(shí)施后，可提高分離深冷系統(tǒng)的操作彈性，目前乙烯裝置的總負(fù)荷已經(jīng)提高至310噸/，對(duì)確保裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，并適用裝置高負(fù)荷極為有用。

三、優(yōu)化后的應(yīng)用效果

1、經(jīng)濟(jì)效益

該方案已經(jīng)實(shí)施并投產(chǎn)，在生產(chǎn)工況裂解深度不變的情況下，按照目前甲烷收率16%計(jì)算，5.1 t/h對(duì)應(yīng)可以提高裂解負(fù)荷31 t/h；

目前裂解爐的總投油負(fù)荷由300t/h提至310t/h，共可以多產(chǎn)乙烯產(chǎn)品和丙烯產(chǎn)品共為約6t/h *48%=2.88/h

這樣一年可以多產(chǎn)乙烯和丙烯為

2.88t/h*8000h=2.304萬(wàn)噸

按照5000元/噸計(jì)算，一年可以提供效益為

2.304萬(wàn)噸*5000元/噸=11520萬(wàn)元

2、社會(huì)效益及推廣應(yīng)用

該方案實(shí)施前，低壓甲烷氫壓力低并不進(jìn)再生氣或燃料系統(tǒng)，為了減輕分離冷區(qū)深冷系統(tǒng)的負(fù)荷，將多余的低壓甲烷氫通過(guò)冷箱E1403出口壓控閥放火炬系統(tǒng)燒掉來(lái)操作。實(shí)施后，對(duì)確保裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，并適用裝置高負(fù)荷極為有用，即經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。

四、總結(jié)

乙烯裝置冷箱出口低壓甲烷氫，因設(shè)計(jì)考慮裂解產(chǎn)物中輕組分較少，流程設(shè)置為循環(huán)至壓縮系統(tǒng)，以滿(mǎn)足冷箱對(duì)冷量的要求；但現(xiàn)實(shí)中裂解原料與設(shè)計(jì)偏差較大、裝置負(fù)荷高，輕組分產(chǎn)率約為設(shè)計(jì)的120-130%，難以進(jìn)一步提高進(jìn)料負(fù)荷，新加一臺(tái)壓縮機(jī)將低壓甲烷氫加壓后送至再生或燃料氣系統(tǒng)，可降低分離冷區(qū)的負(fù)荷，提高系統(tǒng)操作余量，解決冷區(qū)甚至整個(gè)裝置負(fù)荷難以進(jìn)一步提高這一瓶頸問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1]王松漢. 乙烯工藝與技術(shù).北京：中國(guó)石化出版社，2012.

（作者單位：中國(guó)石油四川石化生產(chǎn)四部）