輕烴裂解裝置配套干氣回收制乙烯的優(yōu)勢(shì)分析

龐浩 張麗敏（黑龍江省龍油石油化工股份有限公司，黑龍江 大慶163000）

0 引言

乙烯產(chǎn)業(yè)是石油化工行業(yè)的核心部分，乙烯產(chǎn)量占全球石化產(chǎn)品總產(chǎn)量的75%以上，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。截至2018年底，全球乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到1.77億噸/年，2010～2018年產(chǎn)能年均增幅為2.58%。

近年來，全球乙烯原料呈現(xiàn)出多元化和輕質(zhì)化發(fā)展趨勢(shì)。生產(chǎn)原料的選擇是一項(xiàng)重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。原料不同，裂解的難易也會(huì)不同，副產(chǎn)物分布也會(huì)有很大差異，在很大程度上影響了裝置投資和運(yùn)行成本。預(yù)計(jì)全球乙烯原料中的石腦油路線產(chǎn)能占比將從2017 年的42%下降至2025 年的39%，乙丙烷路線則從38%升至42%。

煉廠干氣是煉油裝置在石油加工過程中所得到的氣體的總稱，其中包括催化裂化干氣、加氫裂化干氣、焦化干氣、重整干氣等。煉廠干氣中含有氫氣、甲烷、乙烷、乙烯等組分，過去因無合適的回收方法而只能作為燃料。如果能將這部分干氣合理利用，將會(huì)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)有某在建裝置采用乙丙烷裂解配套干氣回收制乙烯的工藝路線，以下就幾個(gè)方面預(yù)估這種模式的優(yōu)勢(shì)和競爭力。

1 輕烴裂解建設(shè)投資方面優(yōu)勢(shì)

乙烯裝置的原料選擇對(duì)建設(shè)投資費(fèi)用影響很大[1]。原料越輕質(zhì)，產(chǎn)品組成較重質(zhì)原料更簡單，裂解下游分離流程較為簡單。

1.1 急冷部分

輕烴裂解裝置由于原料輕質(zhì)（主要以乙烷、丙烷、正丁烷為主，其中丙烷占比達(dá)到80%），所以裂解氣組成也比較輕質(zhì)，急冷單元組成對(duì)比見表1

表1 不同原料的裂解氣組成（＞0.5mol%）

PGO PFO WATER 0.02 0 27.28 2.57 40.12 27.46

從上表中可以看出，輕烴裂解的裂解氣中C8及更重的占比為0.16，而傳統(tǒng)的石腦油裂解產(chǎn)品中重質(zhì)組分約占43.04，所以輕烴裂解急冷單元不再設(shè)置急冷油塔，輻射段出來的裂解氣經(jīng)過一急冷和二急冷之后直接進(jìn)入急冷水塔底部。

1.2 壓縮單元

由于輕烴裂解中重質(zhì)成分較少，因此在裂解氣中分壓較低，經(jīng)過堿洗塔之后在塔頂冷卻，并不能將裂解氣中的重?zé)N冷凝下來，因此干燥系統(tǒng)只需設(shè)置氣相干燥器。而傳統(tǒng)的石腦油裂解必須設(shè)置液烴干燥器，以干燥液相物料。

1.3 精餾單元

由于裂解氣的組成比較輕，C4+組分占比很小，所以脫丙烷塔只設(shè)置單塔精餾，即可避免精餾塔釜再沸器長周期運(yùn)行不結(jié)焦。而傳統(tǒng)的石腦油裂解由于裂解氣組成較重，且丁二烯和戊二烯等二烯烴組分含量高，脫丙烷塔一般都設(shè)置高低壓脫丙烷塔雙塔精餾，才能實(shí)現(xiàn)塔釜再沸器長周期運(yùn)行，不至于在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生二烯烴聚合結(jié)焦現(xiàn)象。

綜合來看，輕烴裂解裝置在建廠投資方面優(yōu)勢(shì)明顯。

2 輕烴裂解雙烯收率方面優(yōu)勢(shì)

石油烴的熱裂解反應(yīng)，是自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，即使是輕烴裂解，反應(yīng)過程也極為復(fù)雜，裂解過程千變?nèi)f化。雙烯收的收率除了與操作參數(shù)有關(guān)外，受原料性質(zhì)的影響很大。通常，原料氫含量是衡量原料裂解性能和乙烯潛在含量的重要特性。一般沸點(diǎn)較低的原料，氫含量也更高，原料從乙烷到柴油，氫含量依次降低，乙烯收率也依次降低。具體氫含量和乙烯收率見表2[1]。

表2 輕烴裂解氫含量和乙烯收率

從上表能清楚的看出，乙丙烷裂解的乙烯收率是非常高的，氫含量低的原料，裂解性能較差，雙烯收率較低。所以，輕烴裂解裝置在收率上有非常大的優(yōu)勢(shì)。

3 輕烴裂解能耗方面優(yōu)勢(shì)

衡量乙烯裝置的先進(jìn)性，除了考慮可靠性、投資、環(huán)保等因素外，還應(yīng)考慮另一重要因素，即裝置的燃料、動(dòng)力綜合能耗。而裝置的能耗在很大程度上影響著產(chǎn)品的成本[1]。

全國傳統(tǒng)石腦油裂解裝置的能耗普遍在550～650KgEo/t乙烯左右，本套在建乙烯預(yù)估能耗437.4KgEo/t 乙烯，在能耗方面具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

4 干氣回收收率與能耗優(yōu)勢(shì)

本套干氣回收裝置主要利用上游裝置催化熱裂解產(chǎn)生的干氣。干氣中含有大量的甲烷，氫氣，乙烯，乙烷，少量的丙烷和重?zé)N。年處理干氣量約為28 萬噸/年，其中碳二餾分達(dá)到20萬噸/年，粗略估計(jì)可回收其中的乙烯量為12 萬噸/年，收益非?？捎^。

4.1 流程簡介

由于干氣中氫氣、甲烷含量較高，如果不進(jìn)行碳二提濃則會(huì)對(duì)乙烯裝置的冷分離造成非常大的影響，導(dǎo)致甲烷、氫氣在裂解氣中的分壓驟增，前冷系統(tǒng)和脫甲烷塔頂?shù)睦淞肯囊矔?huì)隨之驟增，乙烯制冷壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)的負(fù)荷會(huì)非常大。所以，干氣首先要經(jīng)過變壓吸附單元，將干氣中的碳二組分進(jìn)行提濃。之后經(jīng)過脫氧反應(yīng)器除掉O2 和NOx，經(jīng)過脫碳系統(tǒng)，脫掉其中的二氧化碳和硫化物，再經(jīng)過干燥器脫水，經(jīng)過脫砷汞反應(yīng)器脫除能使催化劑中毒的毒物，然后進(jìn)入輕烴裂解裝置的堿洗塔。整個(gè)流程較為簡易，裝置的投資費(fèi)用很低。簡易的工藝程見下圖所示。

4.2 干氣回收的能耗與排放

（1）利用了裝置內(nèi)物料熱量，如溶劑再生塔釜溶劑熱量、脫氧反應(yīng)器提濃氣熱量，用這些物料作熱源為其他設(shè)備提供熱量，優(yōu)化了工藝，降低能耗。

（2）機(jī)泵采用安全節(jié)能型，同時(shí)選用高效率的電機(jī)。

（3）做好設(shè)備、工藝管道的保溫及保冷，以減少熱量和冷量損失。

（4）設(shè)置干燥器、脫砷汞反應(yīng)器的旁路，當(dāng)分析干氣中砷汞含量在可接受范圍時(shí)，可直接從脫碳塔頂進(jìn)入乙烯裝置，省去了后面的精制流程。

（5）干氣回收裝置的能耗主要集中在由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式壓縮機(jī)上，其余的精制部分基本沒有大的能耗用戶。

（6）干氣回收裝置精制單元除了定期會(huì)產(chǎn)生少量的廢胺液，基本無廢物產(chǎn)生。

4.3 干氣回收的收率

干氣回收裝置處理干氣量約為35t/h，提濃之后的產(chǎn)品氣約為23t/h，乙烯含量約占60%，回收率預(yù)估在93%左右?？梢詫⒏蓺庵薪^大部分的乙烯、乙烷、丙烯、丙烷回收。

5 結(jié)語

綜上所述，輕烴裂解裝置在制備乙烯的各種路線中具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在收率，能耗，裝置投資，運(yùn)行維護(hù)等方面。而且隨著頁巖氣、油層氣的開發(fā)，輕烴裂解裝置受原料來源的影響越來越小，是今后幾年乙烯裝置發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。越來越受投資者的青睞。干氣回收裝置一般出現(xiàn)在煉油裝置的下游，用來回收催化裂化裝置來的干氣。而目前建成的乙烯裝置，如果配套干氣回收裝置，一般都是傳統(tǒng)的石腦油裂解裝置。而本套在建裝置一改常規(guī)生產(chǎn)路線，采用輕烴裂解配套干氣回收裝置來制備乙烯屬國內(nèi)首套，在乙烯收率和單耗兩方面有雙重的優(yōu)勢(shì)，是非常成功和具有很大潛力的工藝路線。