雙膨脹自深冷分離技術(shù)在丁辛醇裝置尾氣回收中的應(yīng)用

包崇龍 沈建華 王帥 廖祖維 黃正梁 蔣斌波王靖岱 陽(yáng)永榮

(1.杭州雙安科技有限公司，浙江 杭州 310027；2.浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310027)

0 引言

由于丁醇(Butyl alcohol)和辛醇(異辛醇俗稱辛醇，2-乙基己醇；2-ethyl hexanol)可以在同一套裝置生產(chǎn)，常并稱為丁辛醇。低壓丙烯羰基合成法是一種常用的合成方法，其中的羰基合成反應(yīng)器、低壓蒸發(fā)系統(tǒng)、高壓蒸發(fā)系統(tǒng)、穩(wěn)定系統(tǒng)均會(huì)排放一定量的弛放氣，一套年產(chǎn)30 萬(wàn)噸丁辛醇的裝置，弛放氣排放量最高可達(dá)3850kg/h。弛放氣組份較為復(fù)雜，主要包括氫氣、甲烷、一氧化碳、氮?dú)?、丙烯、丙烷、丁醛，還含有微量的水及二氧化碳，其中丙烯、丙烷的含量合計(jì)超過(guò)50%。丙烯作為丁辛醇裝置的反應(yīng)原料，丙烷作為丙烷脫氫生產(chǎn)丙烯的原料，丁醛作為中間產(chǎn)物是生產(chǎn)丁醇的重要原料，均具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。如果將弛放氣直接送至燃料氣管網(wǎng)，勢(shì)必造成物料的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加，因此亟需對(duì)弛放氣中的丙烯、丙烷及丁醛組份進(jìn)行回收利用。

目前丁辛醇裝置弛放氣的回收方法主要是油吸收法，采用丁醛作為吸收劑，在一定壓力下吸收、解吸、精餾分離得到較高純度的丙烯、丙烷和丁醛。在實(shí)際操作中，由于丁醛具有一定的腐蝕性，吸收塔和解析塔需要采用不銹鋼材料，投資較大。此外油吸收法的丙烯、丙烷回收率低于90%，如果需要進(jìn)一步的提高回收率，其投資和能耗將大幅度增加。

雙膨脹自深冷分離技術(shù)[1-7]能夠利用弛放氣的壓力能膨脹制冷產(chǎn)生-70℃以下的低溫，將丙烯丙烷完全液化后回收，因此該方法的回收率高，并且具有能量利用率高、能耗低、投資成本低、生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單可控的優(yōu)點(diǎn)，在丁辛醇裝置弛放氣回收中具有一定競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

1 丁辛醇裝置弛放氣油吸收技術(shù)

油吸收技術(shù)的工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示，來(lái)自低壓蒸發(fā)系統(tǒng)、高壓蒸發(fā)系統(tǒng)、穩(wěn)定塔的低壓弛放氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮升壓后，與羰基合成反應(yīng)器來(lái)的高壓弛放氣混合，然后進(jìn)入吸收塔。吸收塔中采用丁醛作為吸收劑，從塔頂自上而下流動(dòng)，與從塔底上升的弛放氣逆流接觸。弛放氣中的丙烯及丙烷被丁醛液體吸收，吸收了丙烯和丙烷的丁醛溶液從塔釜進(jìn)入解吸塔；而CO、H2等輕組分幾乎不能被丁醛吸收，從塔頂排至燃料氣管網(wǎng)。解吸塔塔釜采用蒸汽加熱，將丙烯及丙烷從丁醛溶液中解吸出來(lái)，塔釜的丁醛大部分返回吸收塔作為吸收劑循環(huán)利用，一部分丁醛采出至脫重塔。脫重塔主要用于脫除丁醛縮聚物等重組份物質(zhì)，塔底的重組份物質(zhì)作為廢液排出，塔頂?shù)亩∪┳鳛榛厥斩∪┊a(chǎn)品采出。自解吸塔塔頂采出的丙烯丙烷混合液體用泵送至丙烯丙烷塔，將丙烯與丙烷進(jìn)行分離，塔頂采出丙烯產(chǎn)品，塔底采出丙烷產(chǎn)品。

采用油吸收技術(shù)可以得到純度為95%的丙烯產(chǎn)品、純度為95%的丙烷產(chǎn)品，丙烯回收率為80%，丙烷回收率為80%，一套處理量為1600kg/h 弛放氣的油吸收裝置，年回收丙烯、丙烷量分別為688t、4225.6t[8]。

2 丁辛醇裝置弛放氣雙膨脹自深冷分離技術(shù)

丁辛醇裝置弛放氣雙膨脹自深冷分離技術(shù)的工藝流程簡(jiǎn)圖如圖2 所示，來(lái)自低壓蒸發(fā)系統(tǒng)、高壓蒸發(fā)系統(tǒng)、穩(wěn)定塔的低壓弛放氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮升壓后，與來(lái)自羰基合成反應(yīng)器的高壓弛放氣混合，然后進(jìn)入脫丁醛塔。丁醛產(chǎn)品從脫丁醛塔塔底采出，丙烷及其它輕組分作為不凝氣從塔頂采出；采出的混合氣體進(jìn)入干燥單元，脫除微量的水，避免在后續(xù)的深冷回收系統(tǒng)中結(jié)冰。干燥后的混合氣體進(jìn)入脫輕塔，從塔底采出丙烯、丙烷混合液體，送至丙烯丙烷精餾塔進(jìn)行分離，塔頂采出丙烯產(chǎn)品，塔底采出丙烷產(chǎn)品。脫輕塔的進(jìn)料與塔頂受槽不凝氣換熱后從塔頂進(jìn)入脫輕塔，而脫輕塔頂受槽的不凝氣則進(jìn)入雙膨脹自深冷分離系統(tǒng)進(jìn)一步降溫至-70℃以下，在此溫度條件下不凝氣中的丙烯及丙烷能夠完全液化，然后在氣液分離罐中與其余不凝組分分離。液相的丙烯丙烷經(jīng)減壓后返回冷箱回收冷量，然后送至上游壓縮機(jī)入口，其余不凝氣則通過(guò)膨脹回收冷量后排放至燃料氣管網(wǎng)。

圖1 丁辛醇裝置弛放氣油吸收處理技術(shù)工藝流程示意圖

圖2 雙膨脹自深冷分離系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖

采用雙膨脹自深冷分離技術(shù)對(duì)丁辛醇裝置弛放氣進(jìn)行回收，可以得到純度為96%的丙烯產(chǎn)品、純度為96%的丙烷產(chǎn)品，丙烯回收率為96%，丙烷回收率為96%[9]。

3 油吸收技術(shù)與雙膨脹自深冷分離技術(shù)對(duì)比

油吸收技術(shù)與雙膨脹自深冷分離技術(shù)在丁辛醇裝置尾氣回收中的應(yīng)用效果見(jiàn)表1。由表1 可知，相比于油吸收技術(shù)，在丙烯、丙烷純度要求相近(95%～96%)的條件下，采用雙膨脹自深冷分離技術(shù)后，丙烯、丙烷的回收率可以由80%提高至96%，回收能力明顯提升。

表1 油吸收技術(shù)與雙膨脹自深冷分離技術(shù)在丁辛醇裝置尾氣回收中的應(yīng)用效果對(duì)比

油吸收技術(shù)與雙膨脹自深冷分離技術(shù)中所使用的主要設(shè)備規(guī)格及材質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表2。由表2 可知，油吸收技術(shù)的吸收塔、解吸塔、脫重塔等設(shè)備及其附屬設(shè)備的材料均選用不銹鋼，這是由于這些設(shè)備所處理的物料均含有丁醛，丁醛具有一定的腐蝕性，因此需要采用耐腐蝕的不銹鋼材料；而在雙膨脹自深冷分離技術(shù)中，僅有脫丁醛塔的處理物料含有丁醛，因此只有脫丁醛塔及其附屬設(shè)備的材料需要選用不銹鋼材質(zhì)，其余設(shè)備均可選用成本相對(duì)較低的碳鋼材料。除此之外，在相同的馳放氣處理能力條件下，雙膨脹自深冷分離技術(shù)所需的設(shè)備規(guī)格均明顯小于油吸收技術(shù)，因此雙膨脹自深冷分離技術(shù)的設(shè)備投資會(huì)低于油吸收技術(shù)。

表2 油吸收技術(shù)與雙膨脹自深冷分離技術(shù)中所使用的主要設(shè)備規(guī)格及材質(zhì)對(duì)比表(處理能力1800kg/h弛放氣)

對(duì)比兩者能耗可知，雙膨脹自深冷分離技術(shù)的壓縮機(jī)能耗略小于油吸收技術(shù)，制冷機(jī)組制冷量降低約40%，再沸器熱負(fù)荷降低約60%。因此，在相同的馳放氣處理能力條件下，雙膨脹自深冷分離技術(shù)的預(yù)計(jì)能耗比油吸收技術(shù)更低。

4 結(jié)語(yǔ)

丁辛醇裝置弛放氣雙膨脹自深冷分離技術(shù)與油吸收技術(shù)相比，在相同的產(chǎn)品純度要求下，雙膨脹自深冷分離技術(shù)的丙烯、丙烷回收率可以達(dá)到96%，比油吸收技術(shù)提高約15個(gè)百分點(diǎn)。在相同的設(shè)計(jì)處理能力下，雙膨脹自深冷分離技術(shù)的設(shè)備投資比油吸收技術(shù)更小，能耗更低。因此，雙膨脹自深冷分離技術(shù)應(yīng)用于丁辛醇裝置弛放氣的回收具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。