賀宏偉（陜西延長石油延安能源化工有限責任公司 陜西省西安市 710075）

前言

乙烯是一種重要的化工基礎原料，其生產(chǎn)能力通常是衡量一個國家綜合國力的重要指標。隨著其需要量的逐漸增加，老的生產(chǎn)技術(shù)不斷得以完善、成熟，新的工藝技術(shù)不斷被開發(fā)出來，其中最重要的、生產(chǎn)能力最大的為蒸汽熱裂解工藝[1]，但近些年來研究重點正在向催化裂解方向發(fā)展，如MTO、ACO及DCC等。然而不管工藝技術(shù)如何發(fā)展更新，裂解氣壓縮機都將是其中一臺非常關鍵的設備。裂解氣壓縮機用于提高裂解氣的靜態(tài)焓和壓力[2]，以為后序分離提供足夠的能量，最終得到聚合級乙烯產(chǎn)品。為了保證后續(xù)分離技術(shù)要求，降低投資及操作費用，裂解氣壓縮機必須要有一個比較合理的結(jié)構(gòu)。

一、ACO工藝裂解氣壓縮機

ACO工藝即Advanced Catalytic Olefins先進的催化制烯烴技術(shù)。它由KBR和SK公司共同開發(fā)，KBR全球?qū)＠跈?quán)。采用FCC流化床反應器，將石腦油等輕烴在SK專利催化劑作用下，生產(chǎn)乙烯和丙烯產(chǎn)品。其中裂解氣壓縮機流程簡圖如圖1所示。

圖1.ACO工藝中裂解氣壓縮機流程簡圖

由圖可以看出，該工藝中裂解氣壓縮機除了連接反應和分離部分之外，最后一段與脫丙烷塔系統(tǒng)構(gòu)成了一個熱泵系統(tǒng)，起到節(jié)能降耗的作用。另外根據(jù)工藝包設計要求，開工時需由裂解氣壓縮機1-3段提供該裝置的吹掃用空氣。故其結(jié)構(gòu)設置不同于傳統(tǒng)工藝技術(shù)，需要其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化以滿足工藝和操作要求。

根據(jù)工藝計算，要滿足后續(xù)分離所需壓力要求，并從壓縮機設計角度看，裂解氣壓縮機需要設置為四段壓縮。為了便于說明問題，裂解氣壓縮機的正常工況下主要參數(shù)列于表1中。

由表1可以看出，裂解氣壓縮機1至3段為常溫段，而第4段則為低溫段。對于空氣吹掃工況來說，吹掃空氣壓力應在0.85M Pa(A)左右，系統(tǒng)吹掃溫度不高于65℃。分析可知：只需1-3段壓縮空氣即可滿足吹掃要求，與工藝包要求一致。此外，由圖1可以看出裂解氣壓縮機第四段位于脫丙烷塔頂，介質(zhì)清潔度較高，因此就存在壓縮機結(jié)構(gòu)如何布置及第四段在空氣吹掃工況時如何運行的問題。

表1.裂解氣壓縮機正常工況時的主要參數(shù)

二、裂解氣壓縮機結(jié)構(gòu)討論

根據(jù)工藝要求和操作性要求，在此將對各種可能性結(jié)構(gòu)配置方案進行分析對比，以找出最優(yōu)化結(jié)構(gòu)，滿足各方面要求。

1.四段兩缸結(jié)構(gòu)

裂解氣壓縮機采用四段兩缸結(jié)構(gòu)時，壓縮機配備了高壓缸和低壓缸兩個缸體。但此配置又可以分為兩種配置方式：3+1和2+2方式。3+1即一、二和三段共用一個缸體，作為低壓缸，而第四段單獨用一個缸體，作為高壓缸。其布置方式為透平+低壓缸+高壓缸。2+2方式則為一段和二段共用一個缸體，作為低壓缸，而第三段和第四段共用一個缸體，作為高壓缸。其布置方式也為透平+低壓缸+高壓缸。兩種方式的示意圖如下：

圖2.四段二缸結(jié)構(gòu)布置圖

2.四段三缸結(jié)構(gòu)

當裂解氣壓縮機采用四段三缸結(jié)構(gòu)時，壓縮機配備了高壓缸、中壓缸和低壓缸三個缸體。此配置采用2+1+1布置方式，但該布置又可以分為兩種形式：一段單獨使用一個缸體，作為低壓缸，二段和三段共用一個缸體，作為中壓缸，四段也單獨使用一個缸體，作為高壓缸；一段和二段共用一個缸體，作為低壓缸，三段和四段分別單獨使用一個缸體，分別作為中壓缸和高壓缸。但兩者布置方式相同，均為透平+中壓缸+低壓缸+高壓缸。其各示意圖如下：

圖3.四段三缸結(jié)構(gòu)布置圖

3.結(jié)構(gòu)分析

對于 3+1方案，1，2和3段共用一個低壓缸，使得低壓缸體積比較龐大，占地面積大，成本高，運行過程中，轉(zhuǎn)速較高，但是效率較低，運行穩(wěn)定性較差，同時也會給運輸和安裝帶來一定的困難。與其它方案相比，其它方案均優(yōu)于該方案。但是第4段單獨設置，可以滿足1，2，3段提供吹掃空氣的操作要求。

對于2+2方案，1、2和3、4段分別共用一個缸體，整體比較均勻，不會存在3+1方案里面低壓缸一頭過大的問題，結(jié)構(gòu)也比較緊湊，軸向推力較小，效率高，結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟合理且能滿足A C O工藝要求，對于正常工況運行非常有利。但是對于空氣吹掃和正常運行工況來說存在以下問題：（1）高壓缸內(nèi)第三段組分雜質(zhì)含量高，第四段組分比較清潔，三四段同在一個缸內(nèi)設置，存在污染的問題；（2）第四段是低溫段（-40℃），第三段是常溫段，如果兩段同在一個缸內(nèi)設置，材質(zhì)必須采用低溫鋼，價格昂貴；（3）設計制造較為復雜；（4）吹掃成本升高，無法滿足四段斷開運行的吹掃工藝要求。

對于兩種2+1+1方案而言，均把第四段單獨作為一個缸體，其最主要的區(qū)別就是中壓缸的分配問題，即2段是并入低壓缸還是高壓缸的問題。兩種布置方式均有利于消除軸向推力。但相比于將2段并入低壓缸來說，將2段并入中壓缸，可以使各缸結(jié)構(gòu)更均勻，其原因是氣體在各段內(nèi)升壓并在段間冷凝時有部分氣體冷凝，體積逐步減少，2段和3段合并有助于降低低壓缸體積。從工藝和操作角度看，可以滿足前三段提供吹掃空氣的要求，也不存在泄漏而污染第四段的隱患。

從上述分析可以看出，單從工藝角度來說，均可以滿足工藝要求。四個方案中，只有2+2方案沒有把第4段單獨作為一個缸體，存在工藝污染方面的風險，其它三個方案均把4段單獨設置，有利于保證物料的清潔度。但3+1方案的弊端是顯而易見的，結(jié)構(gòu)配置比較差。只有2+1+1方案即可以很好地滿足工藝要求，也可以滿足操作要求，優(yōu)勢很顯示。另外，在空氣吹掃過程中，只需前三段提供壓縮空氣，即可滿足需求。如果第四段同時也在運行，則需要提供清潔的氮氣作為壓縮介質(zhì)，這樣操作不僅增加了能耗，而且也增加了氮氣消耗，從而提高了操作費用。因此需要有一種特殊設計，以便在吹掃階段可以把第四段拆除，只運行前三段，以節(jié)能降耗。對于這樣的設置來說，在第4段拆開后，2段并入低壓缸可以平衡掉更多軸向推力，更有利于操作和設備安全。

結(jié)論

綜上所述，從工藝要求、操作要求、運行性能和能耗方面對四種可能性方案進行了分析研究，最終選定2+1+1（高壓缸(4段)低壓缸(1,2段) 中壓缸(3段)）方案為最優(yōu)方案，并且在空氣吹掃時，4段斷開運行，以降低成本。

[1]曲巖松,高春雨,楊秀霞,中國乙烯工業(yè)路在何方,9,9-14(2012).

[2]Li,J.H.,“Technical measures to inhibit coking of cracking gas compressor”,Journal of Chemical Industry ＆ Engineering,31(4),46-48(2010).