乙烯分離技術(shù)分析

工業(yè)拔求乙烯工業(yè)2004,16(3) 40~43ETHYLENE INDUSTRY乙烯分離技術(shù)分析王振維(中國石化工程建設公司,北京, 100101)摘要:從技術(shù)先進(jìn)性、能耗、流程復雜性和運行穩定性等諸多方面對占據乙烯市場(chǎng)的三大分離技術(shù)進(jìn)行了分析。并認為用戶(hù)在選擇分離技術(shù)時(shí)應綜合考慮各方面因素,把握重點(diǎn),選擇出適合的技術(shù)。關(guān)鍵詞:烯;分離技術(shù);分析石油烴裂解制乙烯技術(shù)研究始于20世紀20 ~由表1可以看出,同-類(lèi)分離技術(shù)通常為數家公30年代,經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展,裂解技術(shù)日臻成熟,司所擁有,雖在局部有所不同,但無(wú)本質(zhì)的差別。根占目前世界乙烯產(chǎn)量的98%以上。與之相應的深據目前的市場(chǎng)占有率,具有代表性的技術(shù)歸納如下:冷分離方法也最為成熟,目前占據世界乙烯市場(chǎng).ABB Lummus公司的順序分離低壓脫甲烷技術(shù)的分離技術(shù)主要分為三大類(lèi),分別為順序分離技●.Stone & Webster公司的前脫丙烷前加氫技術(shù)術(shù)、前脫丙烷前加氫技術(shù)和前脫乙烷前加氫技術(shù),Linde公司的前脫乙烷前加氫技術(shù)擁有分離技術(shù)的專(zhuān)利商見(jiàn)表1。本文結合生產(chǎn)、設計以及流程模擬,著(zhù)重對此表1主要的乙烯分離技術(shù)三種典型的分離技術(shù)進(jìn)行分析,以加深對不同技號分離技術(shù)專(zhuān)利商國家術(shù)的理解。ABB Lummus美國Stone & Webster1流程特點(diǎn)順序分離技術(shù)KBR1.1順序分離低壓脫甲烷技術(shù)Technip法國裂解爐出口的裂解氣含有各種分子量的烴前脫丙烷前加氫技術(shù)類(lèi)。依分子中所含碳原子個(gè)數從少到多的次序進(jìn)3前脫乙烷前加氡技術(shù)LincBR德國行分離的技術(shù)稱(chēng)為順序分離技術(shù),見(jiàn)圖1。冷箱[裂解爐] +圖內圖1順序分離技術(shù)示意流程圖裂解氣首先進(jìn)人急冷系統進(jìn)行快速降溫，同中國煤化工)-09-27時(shí)分離出重組分燃料油和粗裂解汽油。然后經(jīng)裂TYHCNMHG程師。畢業(yè)于清華大.解氣壓縮機將裂解氣壓力提高到約3. 6MPa(G)。學(xué)化工系,碩士學(xué)位，1986年參加工作。第16卷王振維.乙烯分離技術(shù)分析41●干燥脫水后進(jìn)人深冷系統,經(jīng)過(guò)冷箱和脫甲烷塔能從外部引人氫氣的情況下,生產(chǎn)出合格乙烯產(chǎn)分離出氫氣和甲烷。為了降低冷量的消耗, Lum-品所需時(shí)間長(cháng)。mus公司采用降低脫甲烷塔操作壓力的技術(shù),增加由于順序分離技術(shù)中的循環(huán)物料稍多,故不體系的相對揮發(fā)度,使脫甲烷塔冷凝器負荷降低，利于系統節能。這些循環(huán)物料包括:(1)凝液汽提從而形成低壓脫甲烷技術(shù)。脫甲烷塔釜物料含有塔頂物料返回裂解氣壓縮機四段吸入罐;(2)乙烯碳二及以上組分,依次進(jìn)人脫乙烷塔、脫丙烷塔、塔頂不凝氣返脫甲烷塔;(3)乙烯塔中部抽出液相脫丁烷塔,從塔頂分出碳二、碳三和碳四組分。脫返回碳二加氫反應出口洗滌綠油;(4)丙烯塔頂不乙烷塔和脫丙烷塔頂的碳二和碳三分別經(jīng)碳二和凝氣返脫甲烷塔。碳三加氫脫炔后進(jìn)人乙烯塔和丙烯塔,精餾后得1.2前脫丙烷前加氫技術(shù)到乙烯和丙烯產(chǎn)品。所謂前脫丙烷前加氫技術(shù)是指在進(jìn)行脫甲烷碳二加氫系統位于冷箱及脫甲烷下游,為后加之前先將碳三及輕組分與碳四及重組分進(jìn)行分氫。乙烯塔須設置巴氏精餾段,并需設置綠油洗離,并將分離出的碳三及輕組分進(jìn)行碳二加氫,然滌系統,這些使投資和能耗增多。另外,由于碳二后送人深冷系統(見(jiàn)圖2)。加氫系統需要冷箱分離出的氫氣物料,所以在不冷箱醫解例+圖一[壓輸]- +一↑塔圖2前脫丙烷前加氫技術(shù)流程示意圖為防止塔釜物料結焦,通常采用高低壓雙塔碳二加氫時(shí)也對50%以上的MAPD加氫,下游的脫丙烷,且高壓塔位于裂解氣壓縮機的四、五段之碳三加氫系統負 荷降低;第五,乙烯塔不需要巴氏間,這樣裂解氣干燥器、堿洗塔和高壓脫丙烷塔使精餾段,也沒(méi)有不凝氣返回。前脫丙烷前加氫技段間壓降增大,第五段的壓縮比較大,可超過(guò)2.5。術(shù)中 只有丙烯塔頂不凝氣循環(huán)。所以,盡管第五段的人口溫度降低,裂解氣壓縮機1.3前脫乙烷前加氫技術(shù)的總功率并無(wú)明顯的變化。前脫乙烷技術(shù)是指分離流程的第-切割塔為前碳二加氫技術(shù)有很多優(yōu)勢。第一,前碳二脫乙烷塔。 從裂解爐來(lái)的裂解氣經(jīng)急冷、壓縮后加氫產(chǎn)生的綠油量甚微,無(wú)需綠油洗滌系統;第預冷 ,首先進(jìn)人脫乙烷塔系統,把比碳二輕的組分二,由于碳加氫位于脫甲烷塔上游，從脫乙烷塔和比碳三重的組分分開(kāi)。碳二及輕組分先進(jìn)行碳釜進(jìn)人乙烯塔的碳:二餾分中不含氫氣和甲烷輕組二加氫,然后進(jìn)入冷箱和脫甲烷系統。脫甲烷塔分,乙烯塔可采用開(kāi)式熱泵技術(shù)降低能耗;第三，釜液只含碳二, 直接進(jìn)入乙烯塔。脫乙烷塔塔釜由于碳二加氫進(jìn)料中富含氫氣,不需要冷箱分離物料中國煤化工碳三進(jìn)行碳三出的氫氣,所以,在裝置開(kāi)車(chē)時(shí),能很快生產(chǎn)出合加氫YHC N M H G用前碳二加氫，格的乙烯產(chǎn)品,縮短開(kāi)車(chē)時(shí)間;第四,由于在進(jìn)行所以具有與前脫丙烷前加氫類(lèi)似的優(yōu)點(diǎn)(見(jiàn)圖3)。，42.乙烯工業(yè)第16卷圖裂解奶→愿冷→醫縮+脫脫|加氫圖3前脫乙烷前加氫技術(shù)流程示意圖2三種技術(shù)比較三種流程的優(yōu)缺點(diǎn)匯總見(jiàn)表2。表2三種分離技術(shù)特點(diǎn)匯總表順序分離流程前脫丙烷流程(ARS)前脫乙烷流程先C-/q4*切割先C2" /G*切制,C-H/C-→G分離次序H/C→C→G→G及G*C~→C及G*C°→C→G及Cg*塔數量1618裂解氣壓縮機段數冷凍級別數技術(shù)年代20世紀80年代20世紀90年代分凝分離器高效回收低溫冷量、前加氫,無(wú)需綠油洗滌系統可連續采用的主要節能技術(shù)低壓脫甲燒脫丙烷塔和乙烯塔的開(kāi)式熱泵、運行4a。但是需采用等溫反應器非清晰分割脫甲烷塔單塔低壓雙塔高壓?jiǎn)嗡邏阂蚁┧邏?產(chǎn)品側線(xiàn)采出低壓/熱泵,產(chǎn)品塔頂采出氫氣回收率,%≥80≤70復雜或專(zhuān)利設備裂解氣壓縮機、乙烯機、丙烯機、裂解 氣壓縮機、乙烯機、丙烯機、裂解 氣壓縮機、乙烯機、丙烯機、冷甲烷壓縮機、冷箱膨脹再壓縮機、分凝分離器箱、等溫反應器不外引氫氣時(shí)的開(kāi)車(chē)時(shí)間短2.1三種流程的能耗比較對能力為800kt/a的乙烯裝置在相同條件下的流表3是三種技術(shù)的生產(chǎn)裝置實(shí)際能耗比較和程模擬結果。表3三種分離技術(shù)能耗比較實(shí)際生產(chǎn)石腦油+ AGO原料石腦油原料2001年裝置生產(chǎn)能耗(G]-'乙烯)30.32(揚子)26.05(茂名)28.22(吉化)2002年裝置生產(chǎn)能耗(GJ+-'乙烯)29.23(揚子)25.89(茂名)26.71(吉化)流程模擬結果流程模擬計算的壓縮機總功率(石腦油原料,800kw)/(kW.1-1)723527131074120冷卻水負荷比較/kW+ 78069基礎+ 80558泵負荷比較/kW+2509+ 10972.2 流程復雜性表4設備位號數- -覽表流程的復雜性可以通過(guò)設備的位號數反映出設備類(lèi)別 順序分離流程 前脫丙烷流程 前脫乙烷流程塔1來(lái),復雜流程設備的位號多。表4是三種技術(shù)流.反應器程的分離部分設備位號數,表中未考慮原料預熱、壓縮機44干燥器再生等輔助設備。中國煤化工。表4顯示，設備位號數從多到少的順序為:順MYHCNMH G,13序分離流程、前脫丙烷流程、前脫乙烷流程。順序第16卷王振維.乙烯分離技術(shù)分析43，低壓脫甲烷分離流程考慮了最大限度地利用工藝脫乙/丙烷前加氫流程中沒(méi)有類(lèi)似的影響因素。介質(zhì)節流降壓后提供的冷量,所以工藝物料之間(4)在順序分離流程中,裂解氣為乙烯塔中沸的換熱多,流程較為復雜增加一套甲烷制冷系統器脫甲烷塔再沸器和中沸器串聯(lián)提供熱量,相互也增加流程的復雜性。干擾,增加了操作復雜性。增加的甲烷制冷系統2.3運行穩定性也增加了操作的難度。(1)冷箱堵塞是影響乙烯裝置穩定運行的因(5)前脫丙烷前加氫或前脫乙烷前加氫分離素之一,主要有三類(lèi)原因:①裂解氣干燥系統未達流程中 ,由于物料從碳二加氫及保護干燥器到乙標,少量水分在低溫下凍結或生成水合物,引起冷烯塔還需 經(jīng)過(guò)多級處理,難免增加物料中的水分,箱堵塞。所有流程都有可能出現此類(lèi)問(wèn)題;②重這些水分可能導致乙烯塔堵塞,影響該塔的穩定組分特別是苯引起冷箱堵塞,在順序分離流程中操作。 對于順序分離流程,由于碳二加氫干燥后較易發(fā)生。因為進(jìn)人順序分離流程冷箱系統的裂立即進(jìn)人乙烯塔,所以不會(huì )引起凍堵的問(wèn)題。解氣并未對碳四以上組分進(jìn)行嚴格分離,當組成根據生產(chǎn)單位的實(shí)際應用狀況,前脫丙烷和發(fā)生變化時(shí)，如果苯的含量達到一定值,可導致冷前脫乙烷流程的穩定性好 于順序分離流程。箱堵塞。對于前脫丙烷流程和前脫乙烷流程,由于在上游已將碳四以上組分徹底分離,不會(huì )發(fā)生3結語(yǔ)類(lèi)似問(wèn)題。③低壓脫甲烷塔所需的甲烷制冷壓縮由上述分析可看出，在流程復雜性方面三種機也是原因之- -。目前國內乙烯裝置的甲烷壓縮技術(shù)流程的次序是(從復雜到簡(jiǎn)單):順序分離流機多為活塞式,易造成冷箱堵塞,影響整個(gè)系統的程>前脫丙烷前加氫流程>前脫乙烷前加氫流穩定。另外，碳二前加氫技術(shù)使乙炔在深冷之前程;在能耗方面三種技術(shù)流程的次序是:前脫乙烷已全部脫除,不會(huì )在冷箱內凍結。對于順序分離前加氫流程>順序分離流程>前脫丙烷前加氫流流程,則有發(fā)生乙炔凍結的可能。程;在適應原料靈活性方面三種技術(shù)流程的次序(2)順序分離流程采用碳二后加氫,反應器的是:順序分離流程>前脫丙烷前加氫流程>前脫溫度可以通過(guò)進(jìn)料溫度、氫氣配比和注人CO來(lái)控乙烷前加氫流程。在運行穩定性方面,前脫丙烷制,方法較多。相比之下,碳二前加氫只能通過(guò)進(jìn).前加氫流程和前脫乙烷前加氫流程相差不大,均料溫度和注人CO來(lái)控制,故方法稍少。但是后加較順序分離流程稍好。因此,三種分離技術(shù)各有氫反應器需定期再生,而前加氫則可連續運轉4a。長(cháng)短,沒(méi)有明顯的技術(shù)優(yōu)劣,也都占有一定的市(3)順序分離流程中,冷箱和氫氣系統互相影場(chǎng)。用戶(hù)在選擇分離技術(shù)時(shí)，需綜合考慮投資、能響，進(jìn)而影響甲烷化和碳:二加氫,并最終影響乙烯耗和穩定性等各方面的因素,并結合原料情況把產(chǎn)品規格,操作時(shí)需注意各部分的運行情況。前握重點(diǎn),選擇出適合的分離技術(shù)。歡迎訂鬩、授稿、刊登廣告中國煤化工MHCNMHG