壽魯陽

（浙江石油化工有限公司，浙江舟山 316000）

煉廠干氣主要來源于原油的二次加工裝置，如催化裂化、延遲焦化、連續(xù)重整和芳烴聯(lián)合裝置等，其富含氫氣、碳一、碳二、碳三等輕烴資源，在傳統(tǒng)的煉廠，煉廠干氣主要用于補(bǔ)充全廠燃料氣，其中的乙烯、乙烷和氫氣等主要組分未得到高效綜合利用，造成資源浪費(fèi)，且排放大量CO2，污染環(huán)境。隨著國家環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格和石油資源日益枯竭，國內(nèi)部分煉廠開始合理利用煉廠干氣這一重要石油和化工資源，如劉天翼、孫建懷等分別利用膜分離技術(shù)和PSA技術(shù)回收煉廠干氣中氫氣，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1-2]。李建偉、劉文杰等利用催化干氣中的乙烯組分與苯反應(yīng)制備乙苯和高辛烷值汽油組分[3-4]。中國石化北京化工研究院針對國內(nèi)煉廠干氣回收現(xiàn)狀，開發(fā)了淺冷油吸收煉廠干氣成套技術(shù)[5-6]，該技術(shù)在淺冷操作（10～15℃）條件下對煉廠干氣進(jìn)行吸收分離，在齊魯分公司實(shí)現(xiàn)焦化干氣和催化裂化干氣回收裝置一次開車成功，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著[7]。茂名石化煉廠利用兩段吸附分離技術(shù)將催化裂化和焦化混合干氣的乙烯和乙烷資源高效回收，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用[8]。

某石化4 000 萬t/a 煉化一體化項(xiàng)目一期工程，各類石化裝置規(guī)模都名列世界同類裝置前茅，在實(shí)際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量煉廠干氣，含有豐富的氫氣、碳二資源，包括來自重油催化裂化裝置以乙烯為主的飽和干氣和來自延遲焦化、連續(xù)重整和芳烴聯(lián)合裝置以乙烷為主的不飽和干氣（如表1 所示），綜合利用這部分煉廠干氣，一方面回收其中占比6%～35%（φ）高附加值的粗氫氣，作為氫氣提純裝置的補(bǔ)充原料；另一方面，回收占煉廠干氣10%～70%（φ）的碳二組分，代替部分輕質(zhì)油作為乙烯裂解原料，可使裂解原料輕質(zhì)化，優(yōu)化乙烯原料結(jié)構(gòu)。發(fā)揮煉化一體化優(yōu)勢，進(jìn)一步提高乙烯裝置經(jīng)濟(jì)性。

1 煉廠干氣回收裝置技術(shù)方案比選

目前，已開發(fā)成功的回收煉廠干氣中的氫氣、碳二等高價(jià)值組分的技術(shù)主要有深冷分離法、PSA變壓吸附法、淺冷油吸收法。

表1 某煉化企業(yè)煉廠干氣組成 %（φ）

深冷分離法是一種低溫精餾分離工藝，主要原理為利用原料中各組分相對揮發(fā)度及沸點(diǎn)的差異，通過氣體透平膨脹制冷，在-90 ～120℃低溫下，將混合干氣各組分按工藝要求逐步冷凝成液相，然后再利用精餾方法將乙烯、乙烷、丙烯等組分依次分離，并脫除其中硫化氫、二氧化碳、水等雜質(zhì)，最終得到乙烯、乙烷、丙烯等目標(biāo)產(chǎn)品。深冷分離法的優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟，目標(biāo)產(chǎn)品回收率高，產(chǎn)品純度高，但循環(huán)制冷流程較為復(fù)雜，設(shè)備投資大，后期裝置運(yùn)行維護(hù)成本高。

PSA變壓吸附法基于不同種類氣體分子在固體吸附劑內(nèi)部表面作用力不同，在加壓條件下，吸附力較大的碳二組分在吸附床層被吸附，排出吸附力較小的氫氣、甲烷、氮?dú)獾冉M分；在減壓條件下，吸附床層解吸排出吸附組分。同時(shí)，吸附劑實(shí)現(xiàn)再生。工業(yè)應(yīng)用上采用多塔變壓吸附－解吸循環(huán)程控過程，實(shí)現(xiàn)工藝連續(xù)操作，達(dá)到提純分離目的。變壓吸附法優(yōu)勢在于產(chǎn)品純度高、能耗低、工藝流程簡單、自動(dòng)化程度高等。但該技術(shù)操作過程轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備較多，機(jī)械故障率高導(dǎo)致裝置在線率低。

淺冷油吸收法利用“相似相溶”的原理，以煉廠常見碳四和汽油作為吸收劑，將煉廠干氣中“相似”的碳二及以上組分吸收下來并通過解吸獲得回收提純，而將“不相似”的氫氣、氮?dú)?、氧、甲烷等尾氣直接排入燃料氣或進(jìn)一步提取氫氣。淺冷油吸收法主要優(yōu)點(diǎn)為原料適應(yīng)性強(qiáng)，以碳四為吸收劑，原料不需精制，碳二回收率高，操作條件溫和，流程相對簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，能耗較低。

根據(jù)三種技術(shù)的各自特點(diǎn)（見表2），結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際，最終采用淺冷油吸收技術(shù)回收煉廠干氣中的碳二組分。富乙烯氣送入乙烯裝置裂解氣壓縮單元深冷分離，富乙烷氣送入乙烯裝置裂解爐作為乙烯裂解原料。利用膜分離技術(shù)回收富氫氣體中的粗氫氣，送至PSA裝置進(jìn)一步提純，補(bǔ)充至氫氣管網(wǎng)，提升氣體利用率。剩余膜分離尾氣作為全廠燃料氣。

2 裝置運(yùn)行情況

該裝置主要由干氣分離、膜分離和公用工程部分組成。干氣回收分離部分主要由不飽和干氣回收分離、飽和干氣回收分離、汽油吸收－穩(wěn)定、混合干氣分離單元等組成；膜分離部分主要由膜分離單元、膨脹機(jī)組成。該裝置建成后一次開車成功，經(jīng)過不斷優(yōu)化調(diào)整，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，各類工藝參數(shù)穩(wěn)定，產(chǎn)品符合預(yù)期。

表2 煉廠干氣回收工藝技術(shù)比較

2.1 不飽和干氣單元原料與產(chǎn)品情況

根據(jù)原設(shè)計(jì)方案，催化干氣總量大約22 t/h。在實(shí)際運(yùn)行期間，裝置進(jìn)料量平均21 t/h。由于原料變化，氫氣和甲烷含量較設(shè)計(jì)值偏高，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3，富乙烯氣各組分占比滿足控制指標(biāo)要求，甲烷摩爾分?jǐn)?shù)小于5%，可作為原料直接送至乙烯裝置堿洗塔。經(jīng)過實(shí)際測算，不飽和單元C2 回收率大于92%，滿足乙烯回收率不低于90%控制指標(biāo)要求，不飽和干氣回收效果良好。

2.2 飽和干氣單元和混合干氣單元原料與產(chǎn)品情況

飽和干氣吸收單元以焦化干氣、重整干氣、歧化燃料氣和異構(gòu)化氣體為原料。在實(shí)際運(yùn)行期間，重整干氣、歧化燃料氣和異構(gòu)化氣體等混合干氣組分變化，丙烷含量比設(shè)計(jì)值高許多。根據(jù)原設(shè)計(jì)方案，焦化干氣和混合干氣總量大約74 t/h。在實(shí)際運(yùn)行期間，裝置進(jìn)料量平均68 t/h，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)見表4，各組分占比滿足控制指標(biāo)要求。甲烷和碳四以上重組分含量低，其中雜質(zhì)符合乙烯裂解原料要求，可作為原料直接送至乙烯裝置裂解爐。經(jīng)過實(shí)際測算，飽和單元和混合干氣C2回收率大于90%，滿足乙烷回收率不低于90%控制指標(biāo)要求，飽和干氣回收效果良好。

表3 不飽和干氣單元原料及產(chǎn)品組成

續(xù)表

2.3 膜分離單元原料與產(chǎn)品情況

富含氫氣的甲烷氫尾氣經(jīng)過氣液分離器除去氣體中夾帶的較大液體和固體顆粒，經(jīng)過過濾器進(jìn)一步除去細(xì)微的液滴，預(yù)熱至80℃進(jìn)入膜分離組件分離，在低壓側(cè)得到純度高于80%（φ）產(chǎn)品粗氫氣，送至PSA裝置進(jìn)一步提純。高壓側(cè)非滲透氣經(jīng)過膜分離尾氣膨脹機(jī)回收發(fā)電或通過跨線再并入燃料氣管網(wǎng)。由表5 可見，粗氫氣純度高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，雜質(zhì)含量較低，硫化氫和烴類含量極低，滿足氫氣提純裝置進(jìn)料要求。

3 裝置存在問題和優(yōu)化措施

該裝置自投產(chǎn)以來基本維持高負(fù)荷運(yùn)行，在運(yùn)行過程中不斷摸索操作要領(lǐng)，優(yōu)化操作參數(shù)，提高裝置性能，目前存在如下問題，需要改進(jìn)。

表4 飽和干氣原料及產(chǎn)品組成

表5 膜分離單元原料及產(chǎn)品組成

3.1 焦化干氣含焦粉

原設(shè)計(jì)方案中，考慮到焦化干氣可能存在焦粉，已在流程上設(shè)置了兩組過濾器，過濾器精度分別為15μm和2μm。在運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)兩組過濾器堵塞情況，當(dāng)堵塞特別嚴(yán)重時(shí)，造成上游延遲焦化裝置柴油再吸收塔憋壓。為了保證上下游裝置正常運(yùn)行，現(xiàn)階段增加過濾器切換頻次，利用蒸汽吹掃等固定操作，保障了機(jī)組長周期運(yùn)行。后期擬通過增加噴淋水洗塔脫除焦粉。

3.2 混合干氣壓縮機(jī)帶液

重整干氣、異構(gòu)化氣體和歧化燃料氣經(jīng)過混合干氣壓縮機(jī)升壓分相，送至2#碳四吸收塔吸收分離，得到碳二提濃氣，送至乙烷塔進(jìn)一步分離。在運(yùn)行期間，已出現(xiàn)多次壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。經(jīng)過分析比對發(fā)現(xiàn)，上游裝置原料干氣介質(zhì)霧沫夾帶液相，引起混合干氣組分變重，造成壓縮機(jī)振動(dòng)超標(biāo)聯(lián)鎖停機(jī)。為了保證離心壓縮機(jī)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，主要通過加強(qiáng)與上游裝置溝通聯(lián)系，穩(wěn)定上游操作。后期擇機(jī)增加分液設(shè)施和在線分析儀器，有效減少原料干氣帶液，監(jiān)控壓縮機(jī)運(yùn)行情況。

4 結(jié)論

采用淺冷油吸收－膜分離技術(shù)對煉廠干氣中目標(biāo)組分進(jìn)行系統(tǒng)分離回收，自裝置投產(chǎn)以來，生產(chǎn)出符合要求的富乙烯氣、富乙烷氣和粗氫氣。裝置運(yùn)行平穩(wěn)，處理能力、產(chǎn)品質(zhì)量和回收率等均達(dá)到設(shè)計(jì)值。目標(biāo)產(chǎn)品雜質(zhì)滿足下游乙烯裂解裝置和氫氣提純裝置對原料的要求。在當(dāng)前煉化一體化項(xiàng)目中，充分利用煉廠干氣資源及裝置連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行方面，淺冷油吸收－膜分離技術(shù)更有優(yōu)勢，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

需要加強(qiáng)焦化干氣和混合干氣原料管理，通過采取必要的凈化處理措施，確保焦化干氣中焦粉含量。同時(shí)，嚴(yán)格控制混合干氣帶液問題，通過增加分液措施和在線分析儀組合方案，從源頭上預(yù)防壓縮機(jī)進(jìn)料帶液問題，確保裝置安全、平穩(wěn)運(yùn)行。