烯烃分离装置运行优化.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：田桐（1994），男，汉族，辽宁辽阳人，本科，现就职于国家能源集团榆林化工，助理工程师，研究方向为煤化工。-191-烯烃分离装置运行优化 田 桐 国能榆林化工有限公司，陕西 榆林 719000 摘要：摘要：目前，国内煤制烯烃项目已陆续成功投产，煤制烯烃产业和烯烃分离技术在中国基础的石油化工产业中发展较为成熟。利用我国富煤少油的优势，大力发展非石油烯烃的产业，已成为我国应对能源危机，保证煤化工产业可持续发展的重要途径。本文介绍了国能榆林化工烯烃分离装置生产运行情况，为了减少装置稳定生产时物料损失，实现经济效益最大化。关键词：关键词：煤化工；烯烃分离；运行优化 中图分类号：中图分类号：TQ545 1 烯烃分离流程简述 国能榆林化工有限公司（以下简称“榆林公司”）烯烃分离装置采用美国 KBR 专利技术，由 KBR 进行工艺包设计，中石化上海工程公司进行基础设计和详细工程设计。采用 KBR 前脱丙烷后加氢工艺技术。上游装置来的产品气进入烯烃分离装置，首先经过产品起压缩机三段压缩、进入水洗塔在进入碱洗塔之后进入V430 罐，进行气液分离。气相进入产品气干燥器脱除水分，液相进入精致汽提塔进行分离。轻组分进入压缩机二段吸入罐，重组分进入脱丁烷塔。在干燥器脱出完水分的产品气则进入脱丙烷塔进行分离，轻组分进入产品气压缩机四段进行压缩，重组分 C4+则进入到脱丁烷塔。四段压缩后的气体则进入到脱甲烷塔分离C1 和 C2。脱甲烷塔塔顶轻组分进入到燃料气管网提供全厂的燃料气使用，重组分进入到脱乙烷塔，在脱乙烷塔中塔顶得到碳二，经乙烯产品保护床后进入到乙烯精馏塔。脱乙烷塔塔釜得到碳三，进入到丙烯精馏塔。在乙烯精馏塔中塔顶得到乙烯作为 PE 装置的原材料进入到乙烯罐区，塔釜分离出来的乙烷作为燃料气并入到燃料气管网。在丙烯精馏塔中，塔顶得到丙烯经过丙烯产品保护床后作为PE装置的原料进入丙烯罐区，塔釜得到丙烷作为产品直接进入到罐区。下图 1为 KBR 工艺烯烃分离装置的流程图。图 1 为 KBR 工艺烯烃分离装置的流程图 烯烃分离自 2015 年原始开车以来，产品气进料负荷从 80%提升到 110%，进料负荷的增加也使得装置整体的系统负荷增加到最大。高负荷的情况下，系统操作弹性较小，操作难度大，物料损失较为严重。所以在这里有必要结合实际生产情况在满足用户的基本情况下，优化运行操作来减少物料损失，保证系统平稳运行。2 减少中压蒸汽消耗 烯烃分离两台机组为中压蒸汽全凝式汽轮机，凝汽方式为空冷凝气，对比其他装置采用循环水凝结有着经济效益高，排气压力不随着循环水的升高尔升高稳定的有点，但是在夏季环境温度高造成中压蒸汽消耗量增大，本装置采用定期清洗空冷等方式降低机组排气压力来减少中压蒸汽消耗量。下表为空冷清洗前后两台机组的中压蒸汽消耗量。表 1 空冷清洗前后两台机组的中压蒸汽消耗量 机组 日期 5.23 5.24 5.25 6.7 6.8 6.9 产品气压缩机中压蒸汽消耗量（t/天）1375.2 1377.3 1371.7 1358.2 1360.7 1355.7 丙烯机中压蒸汽消耗量（t/天）1288.8 1291.7 1295.8 1262.7 1258.9 1255.3 中国科技期刊数据库 工业 A-192-前三天数据为清洗空冷之前中压蒸汽消耗量，后三天为清洗之后的消耗量，期间装置负荷为 105%无调整，中压蒸汽消耗量比之前平均一天少消耗45t左右。按照夏季炎热气温（6.15-9.15）90 天计算，中压蒸汽价格 150 元/t，蒸汽凝液价格为 14 元/t 计算。期间可节省（150-14）*45*90 元=55.1 万元。清洗空冷费用为 20 万元。期间空冷风机负荷明显下降，电量消耗节省不计。3 优化碱洗塔操作，保证长稳运行 烯烃分离上游装置来的产品气经过产品气压缩机三段压缩后，进入到水洗塔，在进入到碱洗塔，去除产品气中的二氧化碳。因二氧化碳在后低温系统中可形成干冰堵塞塔盘还会带进入乙烯产品中无法去除。在下游 PE 装置中使 PE 装置催化剂中毒损失巨大。但是在碱性环境下产品气中的醛或酮在碱的催化作用下发生 Aldol 缩合反应生成的聚合物，通常称之为黄油。是在碱液上漂浮的一层黄色或红色油包水型乳化物。其粘度较大，极易堵塞塔盘。目前废碱液的处理方法为：氧化法，中和法，焚烧法和生物处理法。榆林公司废碱的处理方法为焚烧法。为了尽量减少黄油的生成，本装置采取了以下措施：（1）将水洗塔的净化水洗涤改为装置透平凝液洗涤，因净化水为 MTO 污水汽提塔塔底出料，净化水中携带的催化剂及油类物质较多无法很好地去除烯烃分离产品气中的氧化物。造成碱洗塔废碱液中黄油生成较多。将水洗塔洗涤水改为透平凝液后，发现废碱液中的黄油含量明显减少。处理废碱液装置的废碱焚烧炉炉温明显下降。（2）控制碱洗塔操作温度减少黄油生成。在碱洗塔塔温的操作中发现塔底温度在 45-50中黄油生成量明显较多，通过控制塔底温度在 42-43之间发现黄油生成量下降，废碱液位降低。但也不能将碱洗塔温度控制太低，会造成碱洗塔内部碳酸钠析出堵塞塔盘。（3）将碱洗塔注碱从强碱改为中碱注入。原碱洗塔注碱为强碱注入，强，中，弱三段循环。发现强碱注入后碱洗塔的水洗段极易带碱，造成水洗段 PH 值偏大，还会使碱液带入到后续设备中，腐蚀设备及管线，缩短使用寿命。在强碱段注入新鲜碱液时需要很多的锅炉水注入到水洗段稀释碱液浓度1。还会造成废碱液的处理量大，易造成废碱液位高堵塞塔盘的风险。现将新鲜碱液注入线改到中碱段注入，将中碱段氢氧化钠浓度控制在 1.5-2 之间碱洗塔塔顶二氧化碳分析仪表无上涨趋势保持稳定。碱洗塔水洗段碱液浓度基本为 0，锅炉水补充量相比之前每小时下降 400kg，无碱液带入后系统风险。通过以上措施，实现本装置碱洗塔长稳运转。4 增加混合碳四，混合碳五回炼，提高双烯收益 上游 MTO 装置产品气经过烯烃分离装置分离，提纯后的混合碳四产品及煤基混合戊烯产品作为副产品进行销售。大连物化所根据 DMTO 技术副产品碳四，碳五及以上开发催化剂回炼预积碳技术。是将碳四以上的产品经过气化后输送至 MTO 反应器，催化剂与碳四接触后进行催化裂解反应，是提高 MTO 双烯收率的一种手段。该技术特点为：MTO 再生催化剂在高温条件下经过预积碳温度降低后经过再生输送管送回至 MTO 反应器，碳四及碳五以上在含碳量低，酸性较强的催化剂作用下裂解成低碳烯烃（乙烯、丙烯），同时在催化剂表面部分结焦。催化剂中间强酸性被焦炭占据，催化剂含量上升也有利于甲醇生成乙烯、丙烯。现阶段本装置碳四回炼量为 4.5t/h，下表 2 为负荷 105%不变碳四回炼前后各产品产量分析。表 2 负荷 105%不变碳四回炼前后各产品产量分析 碳四产量（t/d）乙烯产量（t/d）丙烯产量（t/d）碳四回炼 188.7 970.2 928.5 碳四未回炼 232.4 958.3 911.7 从数据明显看出碳四回炼前后，双烯收率明显提高，MTO 单耗从最初的 2.93 下降至 2.88 进一步降低了装置生产成本，对提高公司收益有很大帮助，根据经济效益来看，碳四产品的产量对比于未回炼时的产量一天产量少了 50 吨左右，但是同比乙烯丙烯产量有很大的提升。5 脱甲烷塔尾气回收技术 榆林公司脱甲烷塔塔顶采用C3洗和丙烷洗两步洗涤，洗涤方式为 C3 洗为脱乙烷塔塔底的混合 C3 物料（丙烯+丙烷）经过塔底泵输送至脱甲烷塔塔顶第三层塔盘，期间经过丙烯机两段用户换热。流量基本稳定在 20t 左右随装置负荷变化。丙烷洗为丙烯塔塔底丙烷物料经丙烷塔底泵通过脱甲烷塔顶进出料换热器换热后直接输送至脱甲烷塔顶，流量为 2.5t。两步洗涤的脱甲烷塔顶燃料气乙烯含量基本稳定在 10ppm，丙烯含量在 0.15-0.2mol%之间。对比同装置乙烯、丙烯含中国科技期刊数据库 工业 A-193-量大幅度降低。同时在开工投料初期，脱甲烷塔 C3 洗能快速建立，能快速稳定脱甲烷塔操作，大幅度节省开工物料损失。6 优化精馏操作保证平稳生产 精馏系统的合理操作是节省装置能耗的重要手段，脱甲烷塔是 C701 用户最多的精馏塔，结合整塔平衡，保证塔顶乙烯、丙烯损失最小的前提下合理的分配C701 用户负荷，应确定最合理的冷剂使用量。脱乙烷塔顶设有两个塔顶冷凝器 E601,E607。作为开工冷剂投用 E607，但是在正常的生产工况中应投用 E601，这是用乙烯塔中沸器乙烯作为脱乙烷塔顶的冷剂，脱乙烷塔塔顶气作为乙烯塔的中沸。二者相互利用热量交换节省装置能耗。但是在日常操作中如果脱乙烷塔在沸量突然增大，脱乙烷塔塔压增大，回流罐液位波动，就不得不使用 E607 丙烯作为冷凝剂，但这样会使丙烯机一段用户负荷增大，增加丙烯机能耗的同时又使乙烯精馏塔缺少一部分热源。乙烯精馏塔加热不上，会造成塔釜乙烯损失达，装置能耗增加，在日常生产中应合理的分配在沸量的大小，对稳定装置平稳运行是有利的。在乙烯精馏塔的操作中，因为乙烯精馏塔塔顶冷凝器是 C701 最大用户，乙烯精馏塔合理操作是降低 C701 负荷的重要手段。乙烯精馏塔在日常操作中，回流量的控制直接影响到塔顶冷剂量的使用。在保证乙烯产品合格的同时应尽量减少乙烯精馏塔的内回流，因为内回流越大需要的冷剂量也就越多。保证乙烯、丙烯产品氧化物不高的同时减少频繁切换产品保护床也是降低装置能源消耗的重要手段。这就需要在水洗塔中控制水洗塔出口氧化物的含量，榆林公司乙烯产品保护床设有一台，丙烯产品保护床为一用一备。乙烯产品保护床之前为 3 个月左右切除再生一次，丙烯产品保护床为 6 个月一次，切换保护床需要排液泄压物料回收往往不彻底。通过对水洗塔洗涤水改造及一系列手段后乙烯、丙烯产品的氧化物基本没有，延长了保护床切换周期，降低了装置的能耗。7 增加抗晃电模块减少非计划停工损失 晃电对于关键设备的正常运行有着很大的干扰，晃停关建设备，触发连锁能影响正常装置的平稳运行。本套烯烃分离装置两台机组才用的是全凝式透平驱动，采用的是空冷将蒸汽进入汽轮机做过的功的蒸汽全部凝结成水，当 380V 晃电时空冷风机停止运转，汽轮机排气压力急剧升高，触发连锁造成装置停工2。本次烯烃分离装置抗晃电功能改造采用在低压电动机控制回路内增设 KHD-100 型抗晃电模块实现电气回路的抗晃电功能（KHD-100 接触器防晃电装置，为接触器晃电保持方式），当供电系统发生电压波动出现电压跌落（电压突然跌落 0V 或降低到 180V 以下）时，智能型防晃电装置 KHD-100 检测电网电压异常将启动交流转直流切换功能，接触器正常运行时交流供电，晃电发生时切换到内部直流，切换到直流维持状态为接触器线圈持续供电，接触器线圈在直流电压的维持下主触点和辅助触点继续吸合，智能型防晃电装置 KHD-100 在设置的防晃电延时时间内（此次改造的低压回路，其防晃电时间设置 1S），判断交流电压是否恢复到正常值（185V 以上），如果已经恢复正常电压值，则装置自动切换到交流运行状态，实现电动机的启动运行功能，降低晃电瞬间设备停机及操作人员操作再次启动设备对生产的影响。增加抗晃电模块能大幅度降低装置非计划停工的次数，减少装置损失3。8 浅谈乙烷脱氢制乙烯应用 现阶段国内制乙烯的方法基本为石脑油裂解和煤制烯烃两种，乙烯作为重要的工业原料是衡量一个国家石油发展水平的标杆。随着乙烯需求量日益增加乙烷脱氢制乙烯工艺越来越备受关注，乙烷脱氢主要包括氧化脱氢及催化脱氢两种，而且乙烷脱氢属于强吸热反应，为达到工业需求需要较高的反应温度，消耗较多的催化剂同时易使催化剂结焦易失活4。本装置乙烷从脱乙烷塔直接进入到脱甲烷塔作为燃料气流量约为 800-1000kg/h。本装置设计年运行时间为 8000h，则一年乙烷补入燃料气为 0.72 万 t。以廉价的乙烷作为原材料生产乙烯已成为趋势，但是催化剂的选择以及较高的反应温度一直都是都是难以攻克的问题，目前国内以有多家乙烷裂解脱氢制乙烯项目成功投产，未来随着催化剂选择越来越高，乙烷制乙烯具有很好地发展前景5。9 结束语 目前国内煤制烯烃项目陆续投产成功，煤制烯烃产业和烯烃分离技术在中国基础的石油化工产业发展较为成熟，并在升级革新的过程中落实了节能减排的中国科技期刊数据库 工业 A-194-目的，提升了企业的经济效益。严格控制烯烃分离能源消耗问题和热量回收问题是优化措施的手段，发展新技术开拓新道路则是烯烃分离装置以后发展的目标。参考文献 1张珊,张焕玲,李春义,王国玮.乙烷脱氢催化剂研究进展J.化工近展,2020,6(9):2390-2398.2刘洪亮.煤制烯烃工艺分离装置的流程分析J.炼油与化工,2014,25(5):23-26.3邓昇,高志荣.混合碳四回炼技术改造后烯烃分离单元操作优化研究J.中国煤炭,2022,8(6):48-53.4朱勇.烯烃分离装置的进一步深化研究J.山西化工,2023,43(11):101-104.5李宁,周清.煤制烯烃工艺分离装置的流程分析J.化学工程与装备,2023(5):24-25.