乙烯分離技術(shù)進(jìn)展

石油化T2007年第36卷第12期PETROCHEMICAL TECHNOLOGY●1287●進(jìn)展與述評乙烯分離技術(shù)進(jìn)展李曉峰,李東風(fēng)(中國石油化工股份有限公司北京化工研究院,北京1003)[摘要]對以催化精餾膜分離、萃取精餾、吸附分離、吸收分離和組合工藝為代表的新分離單元技術(shù)和以DI系列塔板.微分浮閥塔板、系列斜孔塔板.分凝分餾器分凝分餾塔.熱集成精餾系統和分壁式精餾塔為代表的新分崗設備的應用進(jìn)行了綜述。指出應用這些新分離單元技術(shù)和分離設備可提高乙烯裝置的技術(shù)水半,節省投資,降低能耗,增強產(chǎn)品競爭力。[關(guān)鍵詞]乙烯;分離技術(shù):催化精餾;膜分離;芡取精餾;吸附分離;畈收分離[文章編號] 1008144 (207) 12-1287 -08[中團分類(lèi)號] TQ028[文獻標識碼] AAdvance in Separation Technology of EthyleneLi Xiaofeng, Li Dongfeng(Bejjing Research Institute of Chemical Industry, SINOPEC, Beijing 100013, China)[ Abstract] New separation unit technology and separation equipments used in ethylene separationprocess were under survey.The new separation unit technologies include catalytic ditillation,membrane separation， extractive distillation， adsorption separation， absorption separation andcombination technology. The new separation equipments include DJ series tray, differential valve tray,slant hole tray, dephlegmator ，condensing fractionation tower, heat integrated rectifier system anddivided wall column. Adoption of these new separation unit technology and separation equipments canupgrade technological level of ethylene facilities, save investment, reduce energy consumption and asresult will strengthen competitiveness of the product.[ Keywords ] ethylene ; separation technology; catalytic distilation; membrane separation; extractivedistillation; adsorption separation; absorption separation乙烯產(chǎn)量標志著(zhù)一個(gè)國家石油化工業(yè)的整體發(fā)1乙烯分離單元技術(shù)展水平。2006年世界乙烯產(chǎn)量達117 Mt,比2005年增加了4. 0% ;中國乙烯產(chǎn)量達9. 67 Mt,比20051.1催化精餾技術(shù)年增加了24. 3% [1] ,我國的乙烯生產(chǎn)能力僅次于美催化精餾技術(shù)是把催化反應與精餾分離合為一國,居世界第二位。以乙烯為龍頭的石油化工業(yè)已體,在一個(gè)塔器中同時(shí)進(jìn)行反應和分離的操作過(guò)程。在國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。乙烯裝它具有日標反應物轉化率高、反應選撣性好、能耗置是石油化工行業(yè)的龍頭裝置,而分離過(guò)程是乙烯低、催化劑壽命長(cháng)易操作等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)的核心過(guò)程。為了降低分離裝置的能耗和設備中國石油化工股份有限公司燕山石化公司(簡(jiǎn)投資改進(jìn)操作工藝、減少設備腐蝕、延長(cháng)操作周期稱(chēng)燕山石化公司)乙烯裝置中的C;選撣加氫采用和減少廢棄物生成，各專(zhuān)利商開(kāi)發(fā)了新的乙烯分離了Lummus公司與CDTech公司開(kāi)發(fā)的催化精餾單元技術(shù)和分離設備。中國煤化工2000 -09-13。本文對近年米在乙烯分離單元技術(shù)和分離設備[作者:MYHCN M H G陽(yáng)市人，博土.工程細，方面的進(jìn)展進(jìn)行了綜述。電話(huà)010 -59202269 ,電郵lixiaofeng@ brici. ac. cn?；ぁ?288.PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2007年第36卷技術(shù)一CD- Hydro工藝”。該工藝在高壓脫丙的滲透率不同的特性來(lái)分離氣(液)相混合物的方烷塔即Cz催化精餾塔中,一步完成了選擇催化加.法。氣體膜分離技術(shù)是根據混合氣體中各組分在氫和輕烴精餾分離。CD - Hydro工藝具有以下特.壓力的推動(dòng)下透過(guò)膜的傳遞速率不同,達到分離點(diǎn):(1)在脫丙烷系統中,把丙炔和丙二烯( MAPD)目的。氣體膜分離技術(shù)具有分離效率高、能耗低、選擇加氫與輕烴分離結合在一一個(gè)設備中,由于節省操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),具有廣泛的應用前景和很強的了與固定床選擇加氫單元相關(guān)的設備,使CD -競爭優(yōu)勢[41。Hydro工藝與常規工藝相比,投資顯著(zhù)降低;(2)恒膜分離技術(shù)用于分離烯烴-烷烴的研究在20壓沸騰系統可以保證催化精餾區的溫度得到精確控世紀80年代才逐漸興起。膜分離材料應同時(shí)具有制，較低的反應溫度和等溫條件提高了加氫的選擇對烯烴的高滲透性和對烯烴與烷烴的高選擇性。近性,降低了綠油的生成量;(3)液相回流的沖洗作用年來(lái)用于烯烴-烷烴分離的聚合物膜材料主要有兩大大減少了齊聚物在催化劑表面的吸附,使其隨重類(lèi):一類(lèi)基于溶解擴散機理,另一類(lèi)基于促進(jìn)輸送機組分從塔釜排出,延長(cháng)了催化劑壽命。但在運行過(guò)理?；谌芙鈹U散機理的膜分離原理是由于烯烴、程中,隨裝置負荷的提高,C催化精餾塔進(jìn)料中烷烴分子在尺寸和形狀上存在差異,利用它們在聚MAPD含最增加,塔頂MAPD含量超標,致使丙烯合物介質(zhì)中溶解擴散速率的較大差別進(jìn)行分離'5)。.塔塔釜采出量加大,塔釜丙烯損失增加?；诖龠M(jìn)輸送機理的膜分離原理是通過(guò)膜中過(guò)渡金中國石油化工股份有限公司北京化工研究院屬載體與烯烴的選擇性可逆絡(luò )合,提高烯烴的透過(guò)(簡(jiǎn)稱(chēng)北京化工研究院)提出了組合式催化精餾組率,從而有效地將烯烴和烷烴分離[6]。件的設想,將液相加氫催化劑與成熟的規整填料組膜分離技術(shù)已得到廣泛應用,但在乙烯分離方合在一-起,組成催化精餾組件)]。新開(kāi)發(fā)的C;加面還處于研究階段。LeBlanc 等[7]開(kāi)發(fā)出一種含銀氫催化精餾組件BCD-1由3部分組成,即特制金的磺化聚苯撐氧化物膜,其中Ag'是通過(guò)離子交換屬板波紋規整填料、不銹鋼篩網(wǎng)圓簡(jiǎn)和球刑催化劑。法浸入聚合物基體的,用這種膜分離乙烯-乙烷混北京化工研究院將這種催化精餾技術(shù)用于前脫丙烷合物時(shí),對乙烯的選擇性叮達288。前加氫流程,通過(guò)在脫內烷塔設置催化反應區,在將Eriksen等[8認為最適宜分離乙烯-乙烷混合裂解氣中的C;與C:進(jìn)行分離的同時(shí),對C;中的物的聚合物膜是氟代磺酸酯的離子交聯(lián)聚合物，即炔烴和二烯烴進(jìn)行選擇加氫，即將傳統的C;與C:Nafion膜將這種聚合物膜轉換成含Ag*的離子交的分離和C;選擇加氫結合在- -起，在一個(gè)催化精換膜后,叮通過(guò)烯烴和Ag*的配位作用極大地提高餾塔中同時(shí)進(jìn)行分離和選擇加氫反應。該方法的特烯烴選擇性,如果用于分離乙烯和乙烷的等量混合點(diǎn)是:(1)可省去前脫內烷流程常規工藝中的C加物,得到的乙烯純度可大于99%。Eriksen 等將氫反應器,簡(jiǎn)化了T藝,減少了投資;(2) Cz和Cz Nafion空心絲轉 換成Na型,再用2 mol的硝酸銀水中的炔烴和二烯烴通過(guò)催化加氫可轉換為相應的烯溶液通過(guò)離子交換將其轉換成Ag型,然后將這種烴,使氣相加氫反應器的負荷大為降低,設備尺寸減空心絲安裝在鋼制滲透裝置上,用以分離乙烯-乙小;(3)在催化精餾塔內汽液兩相分離作用下,炔烴烷。 通過(guò)1 000 h的壽命實(shí)驗發(fā)現,乙烯對空心絲上和二烯烴被選擇加氫后,易于脫附離開(kāi)活性中心,減Ag*的配位平衡常數與大量水溶液中的Ag'的配位少了深度加氫的機會(huì ),提高了催化加氫的選擇性和平衡常數大致相當。烯烴收率;(4)在催化劑上形成的聚合物可迅速離Boom等l9]發(fā)現在制備聚合物膜時(shí),如果在聚開(kāi)催化劑床層進(jìn)人提餾段,延長(cháng)催化劑的使用周期;合材料中加入硅鋁鐵鹽、Na型和Ag型的沸石粉末(5)由于反應溫度控制為反應壓力下物料的沸點(diǎn),等,可明顯提高聚合物膜對烯烴的滲透性和選擇性。反應熱只能使更多物料汽化，床層不會(huì )飛溫,有利于他們用乙烯-乙烷的分離實(shí)驗證實(shí)了這一點(diǎn),并認提高烯烴收率;(6)丁二烯不進(jìn)人反應區,選擇加氫為能提高烯烴選擇性的原因是烷烴要環(huán)繞沸石顆粒過(guò)程中不損失丁二烯。該方法簡(jiǎn)化了工藝,降低了走更長(cháng)的通道,而能提高烯烴滲透性的原因是膜對能耗,減少了投資,提高了選擇加氫反應的選擇性,烯烴中國煤化工增加了烯烴收率,延長(cháng)了催化劑的使用周期。YHCNMHG點(diǎn),但設備投資1.2膜分離技術(shù)很高,離工業(yè)化的要求相差較大,還需進(jìn)-步開(kāi)發(fā)和膜分離技術(shù)是利用膜材料對混合物中各組分研究。第12期李曉峰等.乙烯分離技術(shù)進(jìn)展●1289.1.3 萃取精餾技術(shù)使用,烯烴進(jìn)行回收。萃取精餾就是向液體原料中加入萃取劑，改變專(zhuān)利[15]公開(kāi)了以A型沸石(Na質(zhì)量分數原有組分的相對揮發(fā)度,從而使各組分得以分離的60% ~75% ,K質(zhì)量分數25% ~ 40% )為吸附劑,在精餾操作。萃取精餾常用于分離組分相對揮發(fā)度十吸附壓力0.05 ~5 MPa. 吸附溫度50 ~200 C的條分接近的混合物,它的特點(diǎn)是萃取劑在精餾過(guò)程中件下,分離回收乙烯的工藝。專(zhuān)利[16,17]公開(kāi)了.不汽化,囚此能耗較低;難點(diǎn)是萃取劑不易選擇。用PSA工藝回收乙烯氧化后混合氣中的乙烯的方用萃取精餾技術(shù)分離烯烴-烷烴時(shí),萃取劑烯法,所得乙烯返回脫甲烷塔中,可大大提高脫甲烷塔烴-烷烴在進(jìn)料口混合后進(jìn)人精餾塔,在塔頂得到的溫度(由低于-95 C提高到-45 C以上),降低烷烴,在塔釜得到烯烴和萃取劑的混合物,再將此混能耗。合物送人萃取劑回收塔,在回收塔塔頂得到烯烴,在Kulvaranon等[8]以5A和13X沸石為吸附劑，塔釜得到萃取劑,得到的萃取劑可循環(huán)使用。用PSA工藝氣相分離丙烯-丙烷。吸附循環(huán)在工業(yè)上,乙烯-乙燒的分離在一個(gè)100多塊塔25 C 0.1 MPa下進(jìn)行,解吸溫度則從50七快速升板的精餾塔內進(jìn)行,需在-25 C的低溫和2.306到160C,內烷在較低溫度下優(yōu)先解吸。對摩爾分MPa的高壓下操作。由于低溫精餾一直存在著(zhù)壓數各占50%的雙組分混合物來(lái)說(shuō),通過(guò)包括中溫縮功耗高冷最消耗大、塔板數多的缺點(diǎn),所以研究解吸在內的操作循環(huán),將獲得丙烯摩爾分數達人員一直致力于尋求一種高效、節能低成本的方法85%的產(chǎn)品。分離烯烴-烷烴,以取代低溫精餾。易波等[10] 研究Raymond等(19)利用吸附法從低濃度氣體中回了萃取精餾技術(shù)分離乙烯-乙烷的萃取劑,提出了收乙烯,其中氣體體積組成為2% ~4 %乙烯、用乙腈與水的復合溶劑和N,N-二甲基甲酰胺加5% ~15%二氧化碳、少量氧氣，其余為氮氣。首先NaSCN的加鹽體系作為萃取劑,提高了乙烷和乙烯采用4A沸石為吸附劑從混合物中除去二氧化碳,的選擇性。然后以13X沸石為吸附劑從剩余混合氣中選擇吸1.4吸附分離技術(shù)附乙烯,最后脫附，達到回收乙烯的目的。吸附分離技術(shù)是借助氣體混合物中某些組分在UOP公司開(kāi)發(fā)了分離烯烴-烷烴的T藝一固體吸附劑上的優(yōu)先吸附來(lái)實(shí)現分離的方法。根據Olex工藝[]。這種工藝使用專(zhuān)門(mén)的吸附劑和解吸吸附劑再生方法的不同,吸附分離技術(shù)分為變壓吸劑,并與UOP公司的模擬移動(dòng)床吸附技術(shù)結合在一附(PSA)和變溫吸附(TSA)兩種。在PSA工藝起。小試結果表明,該工藝可獲得高達99. 7%的烯中,吸附劑再生靠壓力變化來(lái)完成;而在TSA工藝烴回收率和純度高達99. 6%的烯烴產(chǎn)品。中,吸附劑再生靠加熱來(lái)完成。PSA 工.藝由于具有UOP公司提出了用PSA工藝回收催化裂化尾適用氣源廣、產(chǎn)品純度高、無(wú)環(huán)境污染、操作彈性大、氣中的乙烯[11。他們在C分餾塔后配備了一套自動(dòng)化程度高和節能顯著(zhù)等特點(diǎn),發(fā)展較快。TSAPSA系統，催化裂化尾氣經(jīng)壓縮、脫水、分餾后,進(jìn)工藝由于循環(huán)時(shí)間長(cháng)、處理氣體量小，僅用于純化過(guò)入C2分餾塔,在塔頂得到純度大于95%的乙烯,而.程。有時(shí)兩者也結合使用。吸附工藝要實(shí)現連續在塔底得到含有少量乙烯的乙烷,再將其送到PSA化,至少需要兩個(gè)以上的吸附器輪換操作。在分離系統回收乙烯,回收的乙烯加人到催化裂化尾氣中烯烴-烷烴的吸附工藝中,使用的固體吸附劑通常再進(jìn)行循環(huán)分離,吸附劑是沸石。有佛石、活性炭和金屬絡(luò )合物"。1.5 吸收分離技術(shù)專(zhuān)利[12]公開(kāi)了以TSA-PSA、精餾- PSA等吸收分離技術(shù)是利用氣體中各組分對液體吸收組合工藝分離丙烯-丙烷的方法,丙烯真空脫附即劑溶解度的不同來(lái)分離氣體混合物的工藝。它是- -可獲得產(chǎn)品,采用的PSA工藝以4A沸石為吸附劑。種氣-液傳質(zhì)操作,需在兩相間進(jìn)行傳質(zhì)。與精餾后來(lái)他們又對此進(jìn)行了改進(jìn)"),以4A沸石或用K,操作不同的是,吸收分離技術(shù)需要從外界引入第二Ca,Mg,Ag,Cu等改性(交換量小于25% )的沸石、個(gè)物相,通過(guò)吸收質(zhì)由氣相進(jìn)人液相的單向傳遞來(lái)硅膠等作吸附劑,經(jīng)分餾閃燕后,再用PSA工藝來(lái)實(shí)現中國煤化工才能得到較純凈分離裂解氣。專(zhuān)利[14]公開(kāi)了另外-一種組合工藝，的吸:YHCNMHG先用PSA工藝吸附烯烴,然后用氣體脫附劑解吸,Guterrez--開(kāi)友」利用雙金屬鹽回收烯烴的含烯烴的脫附劑經(jīng)蒸餾后與烯烴分離,脫附劑循環(huán)工藝。該工藝把氯鋁化亞銅溶于甲苯中形成液體吸石油化T，1290●PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2007年第36卷收劑,再將該吸收劑與含12% (體積分數)乙烯的煉制反應條件,使裂解氣中的Cr優(yōu)先形成水合物,從油廠(chǎng)廢氣在絡(luò )合器內噴霧接觸,使乙烯和液體吸收而被分離出來(lái),隨后利用甲烷和氫氣的混合物流膨劑發(fā)生絡(luò )合反應溶于液體中,從而與廢氣分離,吸收脹制冷產(chǎn)生的冷量作為脫甲烷塔的冷源,結合PSA后的解吸方法是降壓和升溫。乙烯回收率約為.工藝,最終實(shí)現氫氣、甲烷與C(乙烯-乙烷)的分96% ,產(chǎn)品純度達99.5%。離,并去掉了傳統工藝中逐級冷凝I段和冷箱,降低用于分離烯烴的吸收分離工藝中,采用的水溶了脫甲烷塔的冷負荷,提高了經(jīng)濟效益。液體系包括Ag*和Cu*兩種體系。AgNO3 ,AgBF4,2乙烯分離設備AgClO.,AgCF,CO2等均可用于烯烴分離,其中AgBF,吸附容量較大, AgCIO。和AgCF,CO2次之，基于精餾塔塔板的改進(jìn),開(kāi)發(fā)出了DJ系列塔AgNO3吸附容量較小。Douglas 等開(kāi)發(fā)了一-種板.微分浮閥塔板和系列斜孔塔板等新型塔板。以AgNO3水溶液為吸收劑的工藝，操作壓力為隨著(zhù)分凝分餾器的出現,進(jìn)而開(kāi)發(fā)出了分凝分餾1.65MPa,吸收溫度為30~40C,脫附溫度為40塔熱集成精餾系統和分壁式精餾塔等高效傳熱、C ,采用填料塔。文獻[23 ]還報道廣以AgBF.水溶:傳質(zhì)系統。液為吸收劑的工藝(操作壓力為0.2 MPa,吸附溫度.2.1 DJ 系列塔板為30 C ,脫附溫度為80 C)和以CuNO3/乙醇胺為姚克儉等129]開(kāi)發(fā)了一系列高通量、低壓降的高吸附劑的工藝(操作壓力為1.2 MPa,吸附溫度為效DJ系列塔板。DJ系列塔板具有優(yōu)良的流體力學(xué)30C,脫附溫度為50C),乙烯產(chǎn)品的純度為和傳質(zhì)性能及穩定的操作性:(1)適用于處理高液86. 6% ,收率也較高。氣比、大液量的操作,由于溢流周邊比一般塔板大用于分離烯烴的吸收分離T.藝中,采用的非水2~5倍,DJ系列塔板的液體通量比--般塔板提高了溶液體系主要是Cu'體系。Cu* 與有機溶劑有弱絡(luò )30% ~ 60% ;(2)操作穩定,當氣液負荷變化時(shí),液合作用,因此在有機溶劑中比在水溶液中穩定,不易面波動(dòng)小,壓降波動(dòng)也小;(3)氣液分布均勻,具有歧化。研究較多的絡(luò )合劑有CuCF,CO2, CuNO,再分布能力,在對初始分布要求不高的情況下,在改Cu"SO,, CuBF., CuAlCl, CuAlCH,CI3, CuAlCH,A3,造舊塔時(shí)可不改動(dòng)原氣液分布裝置,依靠?jì)砂彘g降CuAICNCI,和鹵化胺等,溶劑一般用芳香族或烯屬液管成90°的旋轉作用,使氣液分布很快達到均勻;溶劑。專(zhuān)利[24]公開(kāi)了以CuAICI,/芳香族溶劑為(4)懸掛式降液管無(wú)需受液面,可增大鼓泡面積吸收劑的上藝,即ESEP T藝。在原料中乙烯體積15% ~ 20% ;(5)板間距小,每米塔高的理論塔板數分數為12%時(shí),采用ESEP工藝可使乙烯收率接近多;(6)液層薄,板壓降低,對大液量的操作塔,不致96% ,純度達99. 5%。形成低效的高泡沫層,從而保證了傳質(zhì)效率,節省了專(zhuān)利[25]公開(kāi)了從乙烷和其他氣體中分離乙能耗;(7)液體從降液管流出時(shí)不必折流轉向，因而烯的新工藝。該工藝采用含Ni的二噻茂絡(luò )合物約不會(huì )形成緩流區,加上:大孔徑篩板鼓泡的沖刷作用,束體,在常見(jiàn)污染物存在時(shí),乙烯可選擇性地與二噻因此具有很好的抗堵能力。茂絡(luò )合物結合,并可逆向回收。乙烯與二噻茂絡(luò )合已用于工業(yè)生產(chǎn)的DJ系列塔板有DJ-1型、劑的結合是-一個(gè)平衡過(guò)程,該過(guò)程向烯烴-金屬絡(luò )DJ-2型、DJ-3型和DJ-5型等[0]。DJ-1型塔合物方向進(jìn)行。該工藝可用于C2-6單烯烴的分離, .板是一種寬型降液管塔板,可承受特別大的液體負降低系統壓力或升高溫度，就可方便地從絡(luò )合物中荷。DJ-2型塔板是- -種帶有導流裝置的塔板,導回收乙烯。采用該T.藝可從乙烷和其他飽和烴中高流裝置使塔板上液流分布更均勻,塔板上的液流接效地回收乙烯,而絡(luò )合劑不會(huì )失活。待該L藝實(shí)際近于活塞流,并減少沖擊漏液,從而提高了塔板效率應用后,有望替代投資較高的傳統乙烯-乙烷分離和操作彈性。DJ-3 型塔板是一種復合型塔板,它方法。是采用空中復合技術(shù)在DJ-2型塔板下面裝上一1.6 組合工藝薄層規整填料,DJ -3型塔板除了具有DJ系列塔板中國石油大學(xué)[26-28)提出了一種用于分離乙烯特有中國煤化工:的操作彈性和更裝置裂解氣的水合分離、深冷分離和PSA T藝相結高的YHC N M H GI矩形懸掛式降液合的組合工藝。該組合工藝的主要月的是將新型的管作為降液通道，采用新型固定閥作為鼓泡元件。水合分離應用到裂解氣的分離過(guò)程中,首先通過(guò)控新型固定閥綜合了篩孔塔板和浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn),克第12期李曉峰等.乙烯分離技術(shù)進(jìn)展●1291●服了浮閥塔板耗材量大.制造成本高、易堵塞,浮閥閥塔板更換了F1浮閥塔板。裝置改造后于2000年容易吹掉或卡住及篩孔塔板霧沫夾帶量大、漏液嚴6月投產(chǎn)- -次成功,操作平穩,回流比由原來(lái)的18重的缺點(diǎn)。DJ-5 型塔板的造價(jià)接近篩孔塔板,塔降至11,大大降低了能耗。板效率和普通浮閥塔板相當。2.3 系列斜孔塔板中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化公司對斜孔塔板是一種斜孔交錯排列的塔板[83,39,塔乙烯裝置的脫乙烷塔進(jìn)行了擴能改造,采用DJ-3板上汽液流動(dòng)合理,氣體以水平方向噴出,相鄰孔噴型塔板替換原Sulzer Vortex 塔板,乙烯生產(chǎn)能力從出的氣體不互相對沖,氣體分布均勻,也不彼此疊加160 kt/a增至240 kt/a, 最大生產(chǎn)能力為320 kt/a;使液體流動(dòng)不斷加速,塔板上保持適當的存液量,且采用DJ-5型塔板替換了低壓脫丙烷塔上部的浮始終保持有一定的液層,汽液接觸充分,霧沫夾帶閥塔板,采用DJ-2型塔板替換原塔下部的篩孔塔少,允許的汽液負荷高,且有一定的自清洗作用。它板,改造后的低壓脫丙烷塔于2003年開(kāi)車(chē)成功,達避免了其他類(lèi)型塔板的缺點(diǎn),如氣體垂直向上噴到了預期指標()。(篩孔塔板)、氣體相互干擾(泡罩和浮閥塔板)及氣中國石油天然氣股份有限公司獨山子石化公司體都向-一個(gè)方向噴射(浮動(dòng)噴射塔板)等。斜孔塔對乙烯裝置的丙烯精餾塔和乙烯精餾塔進(jìn)行擴能改板的特點(diǎn)是:(1)氣相負荷高.生產(chǎn)能力大,比浮閥.造時(shí),不改動(dòng)塔體只更換內件,用DJ-3型塔板取塔板的生產(chǎn)能力提高30% ~40%;(2)塔板效率代了UOP公可的MD型塔板。該裝置已于2002年高,一般等于或稍高于浮閥塔板;(3)結構簡(jiǎn)單,加9月正式投產(chǎn),改造后各塔都達到了設計指標()1]。工成本低;(4)有自清洗作用,物料不易堵塞;(5)中國石油天然氣股份有限公可撫順石化公司阻力降較小。(簡(jiǎn)稱(chēng)撫順石化公司)乙烯裝置的乙烯精餾塔的分復合斜孔塔板是在斜孔塔板的基礎上開(kāi)發(fā)的。離要求和生產(chǎn)能力一直難以達到生產(chǎn)需求,在采用它在斜孔塔板固定斜孔的基礎上增加了部分浮動(dòng)的DJ-3型塔板更換原浮閥塔板后,該塔各項指標都舌孔,這部分浮動(dòng)的舌孔既起到了液體導向的作用，達到或超過(guò)了設計要求2。又增加了斜孔塔板的操作彈性。新型多溢流復合斜2.2微分 浮閥塔板孔塔板[40]是在斜孔塔板的基礎上,對MD篩板進(jìn)行微分浮閥塔板(3-531是針對FI型浮閥塔板的了仔細的研究和分析,研制開(kāi)發(fā)的- -種既有MD篩缺點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的，特點(diǎn)是:(1)微分浮閥在閥頂開(kāi)小閥板多溢流結構等優(yōu)點(diǎn)，又克服了它的缺點(diǎn),同時(shí)兼具孔，充分利用浮閥上部的傳質(zhì)空間,使氣體分散得更斜孔塔板優(yōu)點(diǎn)的復合型塔板。新型多溢流復合斜孔加均勻,氣液接觸更充分;(2)局部采用帶有導向作塔板采用類(lèi)似MD篩板的降液管形式，但只用一根用的微分浮閥,消除塔板上液體滯留現象,提高氣液或兩根,結構比較簡(jiǎn)單,液體流動(dòng)距離較長(cháng),塔板效分布的均勻度;(3)采用鼓泡促進(jìn)器使整個(gè)塔板鼓率較高。另外，由于板面采用斜孔塔板代替篩孔塔泡均勻,同時(shí)使氣體分布也趨于均均,從而增加了塔板,進(jìn)一步提高了塔的處理能力。復合斜孔塔板應板的處理能力,提高了傳質(zhì)效率;(4)適當改進(jìn)了降用于燕山石化公司300 kt/a乙烯擴產(chǎn)工程中的13液管,增加鼓泡區的面積;(S)閥腳采用新的結構設座精餾塔,生產(chǎn)能力比原浮閥塔板提高50%以上,計,使浮閥安裝快捷方便,操作時(shí)浮閥不易旋轉,不分離效果有所改善,成本只有同類(lèi)設備的1/5 ,經(jīng)濟會(huì )脫落。效益每年達5 750萬(wàn)元1。中國石油天然氣股份有限公司大慶油田化工總2.4分凝分餾器廠(chǎng)新建的丙烯-內烷分離塔采用了微分浮閥塔分凝分餾器由板翅式換熱器和分離罐組成,在板0,71。原設計用F1浮閥塔板,塔徑6 m,塔板.板翅式換熱器中同時(shí)進(jìn)行傳熱與傳質(zhì),板翅式換熱205塊。采用微分浮閥塔板后，叮使塔徑減小至5.2器的設計為10~ 15塊理論塔板42]。分凝分餾器與m,只需181塊塔板,塔效率由原設計的75%提高至普通板翅式換熱器不同,具備寬敞的氣液通道,底部95% ,大大節約了基建投資。該塔于1999年10月設-氣液分離罐，多股冷物流通過(guò)分凝分餾器為其一次投產(chǎn)成功。提供中國煤化工為由下而上流過(guò)，撫順石化公司石油二廠(chǎng)的丙烯-丙烷分離塔從越向|YHC N M H G氣體在通道壁上300 kUa擴能為450 kU/a[36] ,改造后塔高、塔徑不冷凝,冷凝液受重力作用向下流,與氣體逆向接觸,變,原塔內設FI浮閥塔板180層,改造后用微分浮氣體與液膜間既傳質(zhì)又傳熱,起到了分凝分餾的作石●1292●PETROCHEMICAL TECHNOLOGY20007年第36卷用。分凝分餾器既有常規板翅式換熱器的傳熱作與分凝分餾器相比,它的傳熱效率大幅度提高,約為用，又起到S常規精餾塔的分離作用。分凝分餾器的10倍。達到相同分離效果時(shí),設備尺分凝分餾器的技術(shù)關(guān)鍵是傳質(zhì)與傳熱相結合,寸大幅減小，投資費用大幅降低。對于600 kt/a的冷凝的液體在翅片上形成向下流動(dòng)的膜，與上升氣乙烯裝置,設備投資降低650萬(wàn)美元以上,乙烯損失流逆向接觸,進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱。傳統的激冷系統只由5%降為0.05% ~0. 1%。進(jìn)行熱交換過(guò)程,而分凝分餾器在傳熱的同時(shí)進(jìn)行2.7分壁式精餾塔傳質(zhì),起到多級分離效果。分壁式精餾塔( Divided Wall Column,簡(jiǎn)稱(chēng)在Stone&Webster公司的先進(jìn)回收系統DWC)是完全熱耦合精餾塔的- -種特殊結構,對于( Advanced Recovery System,簡(jiǎn)稱(chēng)ARS)中,深冷脫多組分精餾具有巨大優(yōu)勢,它是月前因外在設備集甲烷系統設計有兩臺分凝分餾器[43)。第一臺分凝成和節能降耗方面的前沿研究熱點(diǎn)[45-48)。分餾器頂部控制C;含量,稱(chēng)為熱分凝分餾器;第二DWC是在精餾塔內部設一垂直隔板,將精餾臺分凝分餾器項部控制乙烯含量，稱(chēng)為冷分凝分餾塔分成上段、下段和由隔板分開(kāi)的精餾進(jìn)料段及中器。冷分凝分餾器共有7股物流:一股熱物流(被間采出段4部分(如圖1所示)。由于DWC與熱耦提純的裂解氣)和6股冷物流。進(jìn)人底部分離罐的合精餾塔的原理和計算方法是一致的，因此DWC裂解氣主要含有氫氣、C及C,閃蒸后液相進(jìn)入脫在熱力學(xué)上等同于一個(gè)熱耦合精餾塔,比傳統的兩甲烷塔,氣相沿板翅式換熱器通道上.升,一邊被冷物塔系統(兩個(gè)精餾塔串聯(lián))節約了30 %的投資。流冷卻,- -邊與向下流動(dòng)的液相接觸進(jìn)行分離,越靠近頂部,乙烯濃度越低。分凝分餾器頂部物料--部A分與脫甲烷塔塔頂氣相混合去膨脹機,為分凝分餾器提供冷量,其余大部分直接進(jìn)入氫氣回收系統。A+B+C-→離開(kāi)分凝分餾器頂部的裂解氣中所含低含量乙烯最終并入燃料氣。.2.5分凝分餾塔分凝分餾塔(CFT)的基本結構單元由上下兩段+組成，上段是改進(jìn)的分凝分餾器,下段是填料塔,每圖1 分壁式精餾塔段設計一定數量的理論板數。由基本結構單元還可Fig 1 Divided wall column.衍生出多種型式的分凝分餾塔。CFT 傳質(zhì)、傳熱效A Light component; B Middle component; c Heaxy component果好于分凝分餾器，但制造難度大于分凝分餾器,設DWC與傳統的兩塔系統相比,能牦降低30%備尺寸(板翅式換熱器部分)和投資會(huì )有所降低。左右,原因為:(1) DWC在熱力學(xué)上更有效。A,B,全分凝分餾塔(CFT- I )是根據CFT的技術(shù)C三組分混合物(A為輕組分,C為重組分,B為中特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的一-種新型高能量效率精餾設備(43)間組分)在兩塔系統中進(jìn)行分離時(shí),第一塔提餾段CFT-I在精餾段和提餾段同時(shí)連續強化傳熱、傳組分B的濃度隨組分A濃度的降低而增加,再向下質(zhì)的同時(shí),實(shí)現S連續能級間的能量傳遞,提高了精又隨組分C濃度的增加而降低，即組分B的濃度在餾設備尤其是低溫精餾設備的能量效率。CFT- I塔內分布有峰值,導致塔中存在再混現象,這是分離能在非常小的回流比和再沸器負荷下T作,為保證效率低的原因之- -。與此相反,DWC分離A,B,C .塔頂產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品回收率,回流換熱器和再沸器三組分混合物時(shí),在預分離器中進(jìn)行初步分離,組分通常保持非常小的T.作負你。CFT - I繼承和延續B同時(shí)出現在塔頂和塔底。預分離器上部分離A+了CFT的高能量效率、高分離特性和靈活性。B和C,下部則分離B +C和A,上.下兩段只分離2.6 熱集成精餾系統各段的產(chǎn)品組分。在主塔中也是如此,有效避免了熱集成精餾系統( Heat - Integrated Rectifier兩塔系統中的再混現象;(2)降低S進(jìn)料板上的混System,簡(jiǎn)稱(chēng)HRS)是對傳統精餾系統的改進(jìn),也是合影響 減少r講料法度與講料板上.濃度不同引起對分凝分餾器的重大改進(jìn)[4。HRS將常規板翅式的混中國煤化工，B組分同時(shí)出現換熱器分離罐和精餾塔進(jìn)行熱集成,無(wú)回流泉,是在塔Y片CNMHG上組成近似,降低Stone & Webster公可第二代ARS技術(shù)的核心設備。了 進(jìn)料板處的混合效應。設備投資方面,DWC與第12期李曉峰等.乙烯分離技術(shù)進(jìn)展●1293.傳統的兩塔分離系統相比,只需要-個(gè)冷凝器、- 個(gè)Membranes for Gas Searaion and Pervaporation. Strud Surf Sei再沸器,一個(gè)塔體和一套控制方案,占地面積較小，Catal, 1994, 84:1 167-1 174.但需隔板,同時(shí)塔體比單個(gè)簡(jiǎn)單精餾塔略大,總設備0易波,許崢,需志剛等.萃取精餾分離乙烷/乙烯的溶刺?；W(xué)報,2001 .52(6):549 - 552投資降低30%左右。.11 姜詩(shī),孫培智，李海周。變壓吸附在乙烯裝置氫氣分離巾的應用，乙烯工業(yè), 2006, 18(1):57 ~ s93結語(yǔ).12 The BOC Group Inc. Method of Producing Unsaturated Hydrocar-隨著(zhù)分離技術(shù)的不斷進(jìn)步和對節能降耗的要求bons and Separating the Same from Saturated Hydrocarbons UPat AppI, Us 5365011. 1994越來(lái)越高,能增產(chǎn)降耗的工藝技術(shù)倍受青睞。從單元技術(shù)來(lái)說(shuō),二元/三元制冷技術(shù)允許使用單- -的制13 The BOC Group Inc. Process for Recoverng Alkenes fromCracked Hydrocarbon Streams. US Pat Appl, US 5744687.冷回路米滿(mǎn)足- 套裂解裝置中不同溫度和壓力制冷1998的需要,裂解裝置采用這種技術(shù)可降低投資成本,14 EniChem. Process for the Sepaion of Paraffins Mixed with提高?？啃?。催化精餾技術(shù)有可能在乙烯裝置中大Olefins. Eur Pat Appl, EP 0708070A1. 1996量使用,因為催化精餾技術(shù)將催化反應和精餾分離過(guò)15 The BOC Group Inc. Separation of Alkenes and Alkanes Us PatAppl, us 620366. 2001程集成在一起,簡(jiǎn)化了工藝流程,減少了設備投資。6 UOP uc. Process for Producing Ethylene. us Pat Appl, Us催化精餾技術(shù)的關(guān)鍵在于針對反應過(guò)程開(kāi)發(fā)高效催6303841. 2001化劑及針對分離過(guò)程開(kāi)發(fā)催化劑的高效裝填方式。17 UOP uLC. Pocess for Producing Euhylene. US Pat Appl, US從分離設備來(lái)說(shuō)，分凝分餾塔將傳質(zhì)和傳熱過(guò)6444869. 2002程集成在一起用于脫甲烷系統,簡(jiǎn)化了工藝流程,但18 Kulvaranon S, Findley M E, Liapis A LIncreased Separation分凝分餾塔制造難度較大,如果開(kāi)發(fā)新的制造T.藝,by Variable - Temperature Stepwise Desorption in Multicompo-neat Adsorption Processes. Ind Eng Chem Res, 1990, 29(1):降低制造難度,分凝分餾塔在乙烯分離中會(huì )有不錯106 ~ 115的應用前景。分璧式精餾塔用于乙烯分離,不僅可19 RaymondL V M, Gerland P M. Ethylene Recovery from Low提高分離效率，還能減少設備,節省投資。但分壁式Grade Gas Stream by Adsorption on Zeolites and Contolled精餾塔的應用難點(diǎn)在于它的控制方案較復雜,因此Desorpion CanJ Chem Eng, 1988, 66(8); 686 ~ 690需要加強分壁式精餾塔的功態(tài)特性研究.確定優(yōu)化20 Eldnidge R B. 0Olcfin/ Panffin Separaion Technology:A Revicw.Ind Eng Chem Res, 1993, 32(10): 2 208 -2 212控制方案。隨著(zhù)這些先進(jìn)的單元技術(shù)和分離設備應21 UOP LC. PAS Process for Recovery of Euhylene. US Pat Appl,用到乙烯生產(chǎn)中,必將進(jìn)- -步降低乙烯的生產(chǎn)成本，US 5245099. 1993優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程,提高產(chǎn)品的競爭力。2 utierrez A P. Process for the Recovery of Ethylene. In: 175*National Meeting of the American Chemcal Society ,Anabein:ACS參考文獻Press, 1978. 218 -2271王1. 我國乙烯產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研究分析.中國石油和化I:經(jīng)濟分23 Douglas J s, Eldridge R B. 0Olefin/Paraffn Separations by Reac析,2007,(10):32 - 36tive Absorpion: A Review. Ind Eng Chem Res, 1998, 37 (7):2土婧，李東風(fēng)。催化然餾技術(shù)的應用進(jìn)展?；疶.時(shí)刊,2005,192571 -2581(8):50 ~ 5524 Tenneco Chemicals Inc. Process for the Purification of Cas3中國石油化 I.股份有限公司北京化T.研究院.一種用干烯烴生Sureams. Us Pat Appl, us 3960910. 1976產(chǎn)裝置的催化精餾方法。中國, CN 1690028. 200425 Exxon Mobil Research and Engincring Company. The Use of王保國，目宏凌，楊毅.膜分離技術(shù)在石油化I領(lǐng)域的應用進(jìn)Metal Dit Hiolene Complexes in Selective Olefin Recovery. 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