魯 耀

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

烯烴分離裝置優(yōu)化節(jié)能技術探討

魯 耀

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

針對現(xiàn)有烯烴分離流程中吸收劑大量在系統(tǒng)內部循環(huán)，導致裝置的能耗和設備投資都較高等問題，通過增設吸收劑分離塔使吸附劑的循環(huán)大大減少，從而達到節(jié)能和節(jié)省投資的目的。

烯烴分離；節(jié)能；油吸收

乙烯、丙烯是重要的基礎有機化工原料，隨著我國國民經濟的發(fā)展，特別是現(xiàn)代化學工業(yè)的發(fā)展對低碳烯烴的需求日漸攀升，國內加快了乙烯、丙烯為龍頭的石油化工的發(fā)展。乙烯、丙烯的傳統(tǒng)生產方法主要是采用石腦油蒸汽裂解技術制取，但受石油資源與成品油需求的影響，乙烯裂解用的石腦油資源日趨緊張。近年來，隨著甲醇制烯烴（MTO）技術的工業(yè)化，從一定程度上可以緩解石油供應的壓力，尤其符合我國“缺油、少氣、富煤”的國情。

MTO烯烴分離技術是以反應產物為原料，經雜質脫除、壓縮、分離等過程生產聚合級乙烯和丙烯產品，其核心是分離流程的開發(fā)與設計。MTO裝置的烯烴分離與傳統(tǒng)裂解后的烯烴分離工藝相近，但同時也具有其特殊性。

1 MTO反應氣特點

MTO所生成反應氣與傳統(tǒng)的以石腦油為原料的管式爐蒸汽熱裂解產生的乙烯裂解氣所含組分情況見表1，二者相比，在組成上有如下特點：

（1）MTO反應氣中氫氣及甲烷含量明顯低于石腦油裂解所產生的氫氣和甲烷；DMTO反應氣中氫氣、甲烷摩爾分數分別為石腦油裂解氣中氫氣、甲烷含量的1 / 6.0和1 / 7.1；乙烯與甲烷摩爾分數比值約為13，是裂解氣的12倍左右。

（2）MTO反應氣中乙烯和丙烯摩爾分數明顯高于裂解氣中的乙烯和丙烯摩爾分數。

（3）MTO反應氣中含有甲醇和二甲醚等含氧化合物，其中甲醇摩爾分數約為0.12 %，二甲醚含量約為0.06 %，而乙烯裂解氣沒有這些雜質。

（4）MTO反應氣中不含有硫化氫及二氧化硫等雜質，其CO2酸性氣體的含量與乙烯裂解氣中CO2含量相當。

（5）C5及以上重組分較少，為乙烯裂解氣的1 / 3.4。而丁二烯含量更低，僅為乙烯裂解氣中丁二烯含量的1 / 13左右。

2 MTO烯烴分離流程及工藝特點

由于MTO反應氣存在上述特點，決定了后續(xù)烯烴分離流程中的技術特點存在特殊性。國內第一套成功商業(yè)化運行MTO裝置采用A分離技術，該技術采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術。來自MTO的烯烴混合氣經壓縮機三級壓縮、酸性氣體脫除、水洗和干燥后，進入高、低壓脫丙烷塔進行分離。高壓脫丙烷塔頂物流經壓縮機四段壓縮后送至脫甲烷塔，塔頂分離出甲烷、氫氣，經熱量回收后作為燃料氣并入燃料氣管網。低壓脫丙烷塔塔底物流送至脫丁烷塔，得到混合C5和混合C4副產品。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進行C2和C3分離，塔頂C2組分經過乙炔加氫反應器后進入乙烯精餾塔，側線采出聚合級乙烯。脫乙烷塔塔底C3進入丙烯精餾塔，塔頂采出聚合級丙烯。

2.1 該技術主要特點如下[1]：

（1）無傳統(tǒng)的深冷分離單元，采用中冷分離技術。

（2）僅有常規(guī)丙烯制冷，無乙烯制冷系統(tǒng)。

（3）流程對進料組成變化適應性強。

表1 典型的乙烯裂解氣和MTO反應氣組成對比Tab.1 Comparison the component of type pyrolysis gas and charge gas

（4）用丙烯塔塔底丙烷循環(huán)至脫甲烷塔洗滌，增加了脫甲烷塔、脫乙烷塔、丙烯精餾塔的負荷，能耗增加，設備尺寸增大。

2.2 主要問題

以油吸收法對甲醇制烯烴反應氣進行甲烷、氫氣等的脫除，避免了深冷分離，降低了冷劑使用的級別，但是使用的油吸收劑均來自系統(tǒng)內已經分離出的物料，這樣就導致了大量的物料在系統(tǒng)內部循環(huán)。圖2為脫甲烷塔油吸收流程，以丙烷為吸收劑，大量丙烷在系統(tǒng)內部循環(huán)，導致丙烯精餾塔進料組成中丙烷含量增加，丙烯精餾塔塔板數和塔徑都增大，裝置的能耗和設備投資都較高。

3 流程優(yōu)化

針對上述問題，中石化上海工程有限公司（簡稱SSEC）聯(lián)合華東理工大學等協(xié)作單位開發(fā)了節(jié)能優(yōu)化流程[2]。該流程同樣采用前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術，來自MTO 的烯烴混合氣經壓縮機三級壓縮、酸性氣體脫除、水洗和干燥后，進入高低壓脫丙烷塔。高低壓脫丙烷塔頂氣相經四段壓縮后送入脫甲烷塔。設置了吸收劑分離塔后，從吸收劑分離塔塔釜分離出一股吸收劑，組成主要以混合C3為主，由脫甲烷塔上部進入塔內；吸收劑分離塔塔頂氣相進入脫甲烷塔作為進料。脫甲烷塔另一股吸收劑采用的是丙烷，由于丙烷不是主要的吸收劑，循環(huán)量較A分離技術工藝大大減少，丙烯精餾塔實施雙塔操作，設備投資和能耗均顯著降低。

由于采用漸進吸收模式，不僅增強了脫甲烷塔的吸收效果，同時吸收劑循環(huán)量減少，降低了投資和能耗；其中一股來自系統(tǒng)吸收劑分離塔塔釜，是主要的一股吸收劑，其本身是待分離的餾分混合物，避免了吸收劑主要來自丙烯塔系統(tǒng)循環(huán)帶來的能耗增加；另一股量比較小的吸收劑來自丙烯精餾塔塔釜丙烷，流量可根據烯烴損失的大小進行調節(jié)，且由脫甲烷塔回流罐進入塔系統(tǒng)，可進一步降低烯烴損失，該股丙烷循環(huán)量少，對丙烯精餾塔影響小，節(jié)省設備投資。

圖1 烯烴分離流程Fig.1 Process of ole fi n separation

圖2 脫甲烷塔油吸收流程Fig.2 Oil absorption process of demethnizer

該技術主要特點如下：

（1）壓縮機三段后設置脫丙烷系統(tǒng)，前脫丙烷工藝，降低四段壓縮的功率。

（2）設置吸收劑分離塔，可得到脫甲烷塔所需的最主要吸收劑，提高了脫甲烷塔的操作溫度，降低了冷劑級別，降低工程投資。

（3）減少了丙烷吸收劑到丙烯精餾系統(tǒng)的循環(huán)量，大大減小了丙烯精餾塔的直徑，能耗及設備投資都大幅度降低。

4 方案對比

4.1 技術對比

工藝技術對比見表2。

表2 工藝技術對比Tab.2 Comparison of technology

從表2可以看出，通過技術優(yōu)化和改進，SSEC節(jié)能技術吸附劑來主要來自吸收劑分離塔，使得丙烷吸收劑的循環(huán)量由16.2 t / h減少到2.8 t / h。由于丙烷循環(huán)量的減少，增加了丙烯塔的進料丙烯濃度，從而大幅減少丙烯塔的回流比，減小了丙烯塔的規(guī)格尺寸，大幅降低丙烯塔的設備投資以及今后的運行成本。

4.2 設備投資對比

SSEC節(jié)能技術雖然增加了吸收劑分離塔，但丙烯塔塔底丙烷循環(huán)至脫甲烷塔洗滌大大降低，直接減少脫甲烷塔、脫乙烷塔、丙烯精餾塔的設備投資，見表3。從表3可以看出，直接節(jié)省設備投資約2 100萬元。

4.3 能耗對比

4.3.1 節(jié)水措施

由于煤化工項目選址大多在西北地區(qū)，這些地區(qū)水資源緊缺，水耗指標就變得更加重要。在降低水耗方面，SSEC節(jié)能技術將裝置內冷卻水用量“大戶”——兩套透平表面冷凝器改為空冷器，直接減少冷卻水循環(huán)量并大大減少了循環(huán)冷水的用量，起到了節(jié)能、節(jié)水的作用。兩種工藝的用水量對比見表4。

從表4可以看出，就兩臺壓縮機選用空冷器一項，為裝置節(jié)約冷卻水約4 600 m3/ h；通過油吸收的流程優(yōu)化，為丙烯塔頂冷凝器節(jié)約冷卻水約900 m3/ h。就這兩項，為整個烯烴分離裝置節(jié)約冷卻水約40 %左右，極大地緩解了企業(yè)的用水問題。循環(huán)水按0.2元 / t計，就循環(huán)水這一項每年直接節(jié)省運營費用約880萬元。

表3 設備投資對比Tab.3 Comparison of equipment investment

表4 用水量對比Tab.4 Comparison of main cooling water user

4.3.2 綜合能耗對比

兩技術綜合能耗的對比見表5。從表5可以看出，SSEC節(jié)能技術較A技術綜合能耗節(jié)能2.6 %左右。

表5 綜合能耗對比[3]Tab.5 Comparison of energy consumption

5 結論

針對現(xiàn)行烯烴分離工藝存在的吸收劑循環(huán)量大、能耗高、設備投資高等問題，本節(jié)能流程通過增加吸收劑分離塔，使脫甲烷塔采用兩股漸進吸收模式，不僅增強了脫甲烷塔的吸收效果，而且大幅度降低丙烷循環(huán)量，提高丙烯塔進料濃度，降低了丙烯塔塔徑。目前該SSEC節(jié)能技術已經申請專利并編制了新型節(jié)能工藝包， 在工程應用上無論從節(jié)能和設備投資的角度，該技術都優(yōu)于現(xiàn)行的烯烴分離技術，值得大力推廣。

[1]祝佳，MTO分離新工藝技術研究[J]. 廣東化工，2011，38（11）：222-225.

[2]陳明輝. 一種甲醇制烯烴氣體分離工藝流程[P]. 中國專利：201510031028. 6，2015-1-22.

[3]GB / T 50441—2016，石油化工設計能耗計算標準[S].

Discussion of Optimum Energy Saving Technique Used in Ole fi ns Separation Plant

Lu Yao

（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai200120）

With respect to the problems that great amount of absorbents are circulated in ole fi ns separating process so as to result in high energy consumption and invest cost, the measure to increase absorbent separating tower was applied, by which the absorbents in circulation are apparently reduced. Thus the objectives of saving energy and reducing invest cost has been reached.

ole fi ns separation; energy saving; oil absorption

TQ 031.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095-817X（2017）05-0051-005

2017-07-17

魯耀（1985—），男，本科，工程師，主要從事石化工程項目工藝設計。