催化干氣制乙苯裝置的技術(shù)改造研究

＊曾偉 賈金鋒 易娟 隗小山 廖有貴 薛金召

（湖南石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南 414012）

催化干氣制乙苯裝置主要是為實(shí)現(xiàn)對(duì)原油資源有效且充分利用，使得生產(chǎn)后續(xù)的苯乙烯生產(chǎn)裝置能夠擁有充分的原材料，采用催化干氣與石油苯烷基化制乙苯技術(shù)，即通過(guò)使用煉廠中催化裂化裝置所產(chǎn)生出來(lái)的干氣中的乙烯作為原料和石油苯通過(guò)反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)乙苯。這種技術(shù)與用純乙烯生產(chǎn)乙苯方法相比，每噸產(chǎn)品的成本可降低1000元左右，在很大程度上提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。

中石化長(zhǎng)嶺分公司目前擁有2套催化裂化裝置，合計(jì)產(chǎn)催化干氣17.24萬(wàn)噸/年，其中干氣中乙烯含量約3.28萬(wàn)噸/年，如果干氣中的乙烯得不到有效利用而作為燃料氣燒掉，造成乙烯資源的浪費(fèi)；另一方面，目前國(guó)內(nèi)乙烯資源短缺，我國(guó)乙苯/苯乙烯一直供不應(yīng)求。長(zhǎng)嶺分公司催化干氣制乙苯裝置，是為了有效利用干氣中的乙烯，制取乙苯供下游苯乙烯裝置使用。干氣由兩套催化裝置提供，苯由重整裝置提供，苯不足部分外購(gòu)[3]。

干氣進(jìn)入裝置后進(jìn)水洗和脫丙烯系統(tǒng)后進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，在催化劑的作用下，乙烯與苯反應(yīng)生產(chǎn)乙苯及副產(chǎn)物，得到的產(chǎn)物先后經(jīng)過(guò)尾氣吸收塔、循環(huán)苯塔、脫非芳烴類塔，進(jìn)入產(chǎn)品分離部分，從乙苯塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品乙苯，塔釜液進(jìn)入丙苯塔、多乙苯塔，在多乙苯塔塔頂?shù)玫蕉嘁冶剑龠M(jìn)入烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器與苯反應(yīng)生成乙苯，提高乙苯產(chǎn)量[4-6]。干氣制乙苯裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 干氣制乙苯裝置工藝流程Fig.1 Process flow of dry gas to ethylbenzene plant

由于干氣中乙烯含量與裝置干氣中乙烯設(shè)計(jì)值之間的差別較大，所以裝置一直處于低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)裝置生產(chǎn)帶來(lái)很多不便，所以提高裝置干氣量成為急需解決的問(wèn)題。

表1 乙烯含量設(shè)計(jì)值與實(shí)際值比較Tab.1 Comparison of design value and actual value of ethylene content

1.乙苯裝置低負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀

催化干氣制乙苯裝置開(kāi)工以來(lái)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，2016年至2019年運(yùn)行情況顯示，乙苯裝置產(chǎn)生干氣中乙烯含量一直維持在7.5%-8.5%（V），遠(yuǎn)低于裝置設(shè)計(jì)值13.24%（V）。

裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，裝置能耗持續(xù)較設(shè)計(jì)值偏高，能耗較大；裝置機(jī)泵同樣長(zhǎng)期處于低流量狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)設(shè)備損耗較大；同時(shí)給生產(chǎn)操作帶來(lái)不利影響，對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)巨大隱患。為了改變裝置長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，裝置能耗較高的現(xiàn)狀，對(duì)該裝置進(jìn)行了一系列技改。

表2 2016-2019年乙苯裝置運(yùn)行情況Tab.2 2016-2019 Ethylbenzene Plant Operation Status

2.針對(duì)乙苯裝置低負(fù)荷運(yùn)行的技改措施

針對(duì)乙苯裝置低負(fù)荷運(yùn)行狀況，為了減少對(duì)裝置平穩(wěn)生產(chǎn)帶來(lái)的影響，降低裝置的平均能耗，降低設(shè)備損耗，消除隱患，對(duì)裝置實(shí)施了一些技改措施。主要包括干氣進(jìn)R101前增加一臺(tái)與E117來(lái)的低溫?zé)崴畵Q熱器E125、火炬回收氣在精制單元增加單獨(dú)的脫硫系統(tǒng)、增設(shè)污水罐D(zhuǎn)110、低流量運(yùn)行機(jī)泵增加返罐線等。

(1)干氣進(jìn)R101前增加一臺(tái)與E117來(lái)的低溫?zé)崴畵Q熱器E125

增加干氣換熱器E125，進(jìn)而增加干氣進(jìn)反應(yīng)器溫度，從而減少循環(huán)苯加熱爐F102熱負(fù)荷。在干氣進(jìn)R101前增加一臺(tái)與E117來(lái)的低溫?zé)崴畵Q熱器E125，進(jìn)反應(yīng)器的干氣溫度從25℃提高至100℃左右。

(2)火炬回收氣在精制單元增加單獨(dú)的脫硫系統(tǒng)

火炬回收氣在精制單元增加單獨(dú)的脫硫系統(tǒng)，脫硫后直接進(jìn)入瓦斯系統(tǒng)，減少對(duì)干氣乙烯含量的影響。

表3 火炬回收氣中烴類組成（單位：%(V)）Tab.3 The composition of hydrocarbons in the gas recovered from the flare（%(V)）

由表可以看出，火炬回收氣中乙烯含量只有1.33%（V），C3以上含量較催化干氣較高，火炬回收氣的來(lái)量大概有2500～3000Nm3/h，這部分干氣以前是和3#催化干氣一起進(jìn)入精制單元脫硫塔，經(jīng)過(guò)脫硫后進(jìn)入乙苯裝置，將會(huì)嚴(yán)重拉低干氣中的乙烯含量，增加脫丙烯系統(tǒng)負(fù)荷，增大脫丙烯系統(tǒng)中的非芳烴類烴類含量，如果這部分非芳烴類烴類帶入反應(yīng)器中，會(huì)裂解成丙烯、丁烯等組分，增加裝置苯耗，副產(chǎn)物二甲苯、丙苯、丁苯等的生成增多，對(duì)裝置生產(chǎn)十分不利。

由表4、表5可以看出將火炬氣改出乙苯后，干氣中的乙烯含量明顯上升，乙烯質(zhì)量空速有所增加，而乙烯空速越高，在反應(yīng)器中停留時(shí)間越短，副反應(yīng)就會(huì)越少，同時(shí)副產(chǎn)物就會(huì)減少，尤其是可以減少二甲苯的生成，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

表4 火炬氣改出前后乙苯D101干氣組成對(duì)比（單位：%(V)）Tab.4 Comparison of ethylbenzene D101 dry gas composition before and after flare gas recovery（%(V)）

表5 火炬氣改出前后乙苯T101頂干氣組成對(duì)比（單位：%(V)）Tab.5 Comparison of dry gas composition of ethylbenzene T101 before and after flare gas recovery（%(V)）

同樣C3以上重組分含量的減少，可以減緩吸收劑中的非芳烴類烴類含量的增加速度，降低吸收劑置換速度，降低乙苯損耗。并且減少了進(jìn)反應(yīng)器干氣中非芳烴類的攜帶量，減少丙苯、丁苯等副產(chǎn)物，同時(shí)可以減少對(duì)后續(xù)循環(huán)苯塔和分離塔的負(fù)荷，降低裝置能耗。

(3)增設(shè)污水罐D(zhuǎn)110

增設(shè)污水罐D(zhuǎn)110,瓦斯罐D(zhuǎn)116脫液直接轉(zhuǎn)入D110，減少地下罐D(zhuǎn)118帶水。因?yàn)橐冶窖b置最初設(shè)計(jì)時(shí)，瓦斯罐D(zhuǎn)116脫液是到地下罐D(zhuǎn)118，而D118同時(shí)也是所有機(jī)泵、采樣器等排放烴化液的容器，但由于瓦斯罐帶水嚴(yán)重，所有導(dǎo)致D118內(nèi)水含量非常高，當(dāng)回?zé)挼叵鹿轉(zhuǎn)118烴化液至循環(huán)苯塔T104時(shí)，會(huì)對(duì)循環(huán)苯塔T104的操作帶來(lái)影響，由圖2可以看到循環(huán)苯塔T104第59塊靈敏板溫度會(huì)在回?zé)挼叵鹿轉(zhuǎn)118時(shí)，溫度從205℃降至165℃左右，這樣就會(huì)導(dǎo)致循環(huán)苯塔中的非芳烴類和苯等輕組分進(jìn)入循環(huán)苯塔塔底，從而帶入乙苯塔T106中，最終這部分輕組分會(huì)進(jìn)入乙苯產(chǎn)品中，將會(huì)導(dǎo)致乙苯產(chǎn)品純度下降。

圖2 地下罐D(zhuǎn)118回?zé)捴裂h(huán)苯塔T104時(shí)T104靈敏板溫度變化Fig.2 The temperature change of the T104 sensitive plate when the underground tank D118 is recycled to the circulating benzene tower T104

經(jīng)過(guò)研究，將瓦斯罐D(zhuǎn)116脫液改至油水分離罐D(zhuǎn)110，經(jīng)過(guò)油水分離后，再將油水分離罐D(zhuǎn)110中的油組分脫至地下罐D(zhuǎn)118，從而減少地下罐回?zé)拵畬?duì)循環(huán)苯塔的影響，確保裝置平穩(wěn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

(4)低流量運(yùn)行機(jī)泵增加返罐線

由于裝置一直處于低負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致產(chǎn)量偏少，機(jī)泵長(zhǎng)期處于低流量情況下運(yùn)行，達(dá)不到機(jī)泵的最小流量，會(huì)減少機(jī)泵運(yùn)行壽命，所以裝置對(duì)低流量運(yùn)行下的機(jī)泵中增加返罐線，保證機(jī)泵在最小流量以上安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.技改后乙苯裝置目前運(yùn)行情況（技改效果）

裝置經(jīng)過(guò)2020年技改后，即增加干氣換熱器E125、增加單獨(dú)的脫硫系統(tǒng)、增設(shè)污水罐D(zhuǎn)110、低流量運(yùn)行機(jī)泵增加返罐線等，效果顯著，干氣加工量增至22000Nm3/h，循環(huán)苯量67t/h，側(cè)線苯純度99.31%，每天產(chǎn)乙苯260～270t。

表6 乙苯裝置目前主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比Tab.6 Comparison of current main technical indicators of ethylbenzene plant

干氣制乙苯裝置經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，干氣中乙烯含量基本可以維持在11.01～12.2%(V)，比較接近于設(shè)計(jì)值，但是根據(jù)目前情況來(lái)看，裝置加工負(fù)荷依然較低，大概69%左右，還需要提高裝置加工量，增加乙苯產(chǎn)量。

4.結(jié)論

(1)在烷基化反應(yīng)器前增加干氣換熱器可減少循環(huán)苯加熱爐F102熱負(fù)荷；即干氣進(jìn)R101前增加一臺(tái)與E117來(lái)的低溫?zé)崴畵Q熱器E125，進(jìn)反應(yīng)器的干氣溫度從25℃可以提高至100℃左右。

（2）火炬回收氣在精制單元增加單獨(dú)的脫硫系統(tǒng)，脫硫后直接進(jìn)入瓦斯系統(tǒng)，可減少對(duì)干氣乙烯含量的影響。干氣中的乙烯含量明顯上升，并減少二甲苯的生成，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）增設(shè)污水罐D(zhuǎn)110，瓦斯罐D(zhuǎn)116脫液直接轉(zhuǎn)入D110，減少地下罐D(zhuǎn)118帶水。瓦斯罐脫液直接轉(zhuǎn)入污水罐，減少地下罐回?zé)拵畬?duì)循環(huán)苯塔的影響，確保裝置平穩(wěn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。延長(zhǎng)機(jī)泵運(yùn)行壽命。

（4）低流量運(yùn)行機(jī)泵增加返罐線有利于機(jī)泵在最小流量以上安全平穩(wěn)運(yùn)行。