張云濤

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

烯烴分離裝置工藝流程及其優(yōu)化

張云濤

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

闡述了神華榆林甲醇制烯烴項目烯烴分離裝置工藝流程和技術(shù)特點，說明了烯烴分離裝置首次投料試車及生產(chǎn)運行情況。針對生產(chǎn)運行情況，提出工藝優(yōu)化方案，為裝置工藝優(yōu)化、技改技措和新建同類項目提供了可靠的設(shè)計基礎(chǔ)。

煤制烯烴；烯烴分離；工藝優(yōu)化

隨著化學工業(yè)的不斷發(fā)展，烯烴的需求量日益增大，用于烯烴分離工藝的能量和資金也不斷增多。為節(jié)約能源，世界各國相繼努力改進傳統(tǒng)的分離技術(shù)，并開發(fā)研究出一些最有效的低投資、低能耗、高效率的新分離技術(shù)，以期能部分地代替?zhèn)鹘y(tǒng)分離工藝，改進烯烴分離裝置的面貌。神華榆林煤制烯烴項目于2016年12月15日投料試車，項目以甲醇為原料，經(jīng)過甲醇制烯烴技術(shù)轉(zhuǎn)化為富含乙烯和丙烯的氣體混合物，再經(jīng)烯烴分離技術(shù)獲得聚合級乙烯和聚合級丙烯，最后通過聚乙烯和聚丙烯聚合反應(yīng)技術(shù)生產(chǎn)出聚乙烯和聚丙烯塑料顆粒產(chǎn)品[1]。

1 烯烴分離裝置工藝流程

1.1 裝置概況

神華陜西甲醇下游加工項目烯烴分離裝置采用美國KBR專利技術(shù)，由KBR進行工藝包設(shè)計，中石化上海工程公司進行基礎(chǔ)設(shè)計和詳細工程設(shè)計。神華榆林烯烴分離裝置的原料為來自MTO裝置產(chǎn)品氣、聚乙烯裝置的循環(huán)氣、聚丙烯裝置的循環(huán)氣、氫氣。本裝置產(chǎn)品方案為生產(chǎn)聚合級乙烯產(chǎn)品31.9 t/a和聚合級丙烯產(chǎn)品31.3 t/a，同時副產(chǎn)8.4 t/a混合C4、2.5 t/a混合C5、3.0 t/a燃料氣以及1.7 t/a丙烷。

1.2 工藝流程

烯烴分離裝置包括產(chǎn)品氣四段壓縮機系統(tǒng)、含氧有機物和酸性氣脫除系統(tǒng)、產(chǎn)品氣干燥系統(tǒng)、脫丙烷塔系統(tǒng)、C3洗及丙烷洗脫甲烷塔系統(tǒng)、脫乙烷塔系統(tǒng)、乙炔加氫系統(tǒng)、乙烯精餾塔系統(tǒng)、丙烯精餾塔系統(tǒng)、脫丁烷塔系統(tǒng)、丙烯致冷壓縮機系統(tǒng)等[2]。

來自MTO裝置的產(chǎn)品氣進入烯烴分離裝置，首先經(jīng)過產(chǎn)品氣壓縮機三段壓縮，然后進入水洗堿洗塔脫除含氧有機物和酸性氣體。脫除酸性氣體后的產(chǎn)品氣，經(jīng)過干燥器干燥脫水后進入脫丙烷塔進行分離。脫丙烷塔底重組分送至脫丁烷塔，脫丁烷塔塔釜產(chǎn)C5以上產(chǎn)品，塔頂產(chǎn)混合C4產(chǎn)品。脫丙烷塔頂輕組分物流，經(jīng)產(chǎn)品氣壓縮機四段壓縮并逐級冷卻后送至脫甲烷塔系統(tǒng)。脫甲烷塔頂產(chǎn)品是燃料氣，經(jīng)換熱器回收冷量后并入燃料氣管網(wǎng)。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進行C2和C3分離，脫乙烷塔頂C2經(jīng)過乙炔加氫后進入乙烯精餾塔，乙烯精餾塔頂產(chǎn)品即為聚合級乙烯產(chǎn)品，塔釜乙烷并入燃料氣管網(wǎng)。脫乙烷塔底C3組分進入丙烯精餾塔，丙烯精餾塔頂產(chǎn)品即為聚合級丙烯產(chǎn)品，丙烯精餾塔釜丙烷送至儲運罐區(qū)[3]。

2 首次投料試車重點和難點

神華榆林烯烴分離裝置于2015年5月30日正式中交，于2015年12月15日一次投料試車成功，并順利產(chǎn)出合格聚合級乙烯、聚合級丙烯、混合C4、C5產(chǎn)品。

2.1 產(chǎn)品氣壓縮機段間罐液位易發(fā)生高液位聯(lián)鎖

產(chǎn)品氣壓縮機投料期間，隨著壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)升高，段間壓力逐漸上升，氣相的水和烴類隨著壓力上漲逐漸冷凝，冷凝液將會導致段間罐液位迅速上漲。同時，開工期間隨著壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)升高產(chǎn)品氣溫度及壓力并未達到設(shè)計值，段間凝液組分與設(shè)計偏差大，容易導致凝液泵抽空，也會導致段間罐液位高聯(lián)鎖。

由產(chǎn)品氣從水洗塔塔頂?shù)綁嚎s機一段吸入管線是無保溫狀態(tài)，因此，產(chǎn)品氣中的水極易在管線中冷凝聚集。且MTO開工期間，塔頂溫度控制不穩(wěn)，也極易帶水到烯烴分離裝置。所以，段間罐液位是導致產(chǎn)品氣壓縮機跳車的一個誘因。產(chǎn)品氣引入壓縮機之前，在電動閥前及時排凝。同時，各個段間液位調(diào)節(jié)閥保證全開，將段間罐的凝液全部返至一段吸入罐。緊急情況下，中控可以自啟一段吸入罐底泵，采取雙泵運行將段間凝液送至MTO裝置。

2.2 脫丙烷塔回流罐液位不易建立

當脫丙烷塔塔頂合格之后，準備向脫甲烷塔進料，緩慢打開切斷閥之后，脫丙烷塔頂回流罐液位無法建立，導致回流形成氣液兩相流，回流閥節(jié)流后溫度不能達到設(shè)計溫度，回流效果不明顯，導致脫丙烷塔塔頂C4含量高。因此，在脫乙烷塔塔釜建立液位之后，用C3洗泵給脫丙烷塔回流罐建立液位，有效抑制脫丙烷塔塔頂C4組分。

2.3 脫甲烷塔塔頂乙烯損失大

脫甲烷塔在開工初期，為保證塔釜產(chǎn)品合格，再沸量大，級間泵循環(huán)量小，C3洗和丙烷洗均未投用，因此，脫甲烷塔塔頂乙烯損失量較大。在各個塔調(diào)整穩(wěn)定時，C3洗和丙烷洗慢慢投入，塔頂溫度從0 ℃降到-32 ℃，脫甲烷塔塔頂乙烯損失量也大大降低。脫甲烷塔級間循環(huán)量不易過大，否則甲烷帶入氣提段，再沸調(diào)整不及時，易造成塔釜甲烷含量超標。

2.4 乙烯精餾塔中沸調(diào)整難度大

乙烯精餾塔調(diào)整前期，中間再沸器未投用，乙烯精餾塔塔釜再沸量不夠，造成塔盤上液層較厚，塔的壓差較大。當中間再沸器投入運行之后，上部壓差和下部壓差逐漸降低，精餾效果越來越好，塔釜乙烯損失逐漸減少。乙烯精餾塔的中間再沸器是脫乙烷塔的塔頂冷凝器。通過摸索發(fā)現(xiàn)，乙烯精餾塔再沸量調(diào)整通過控制脫乙烷塔回流罐滿罐即可，乙烯精餾剩余熱量由塔釜再沸器調(diào)整。

2.5 產(chǎn)品氣壓縮機配合兩器升溫

通過技改，在產(chǎn)品氣壓縮機三段和四段排出分別設(shè)有2個調(diào)節(jié)閥，返回MTO裝置開工加熱爐入口。升溫前，先用DN150氮氣將產(chǎn)品氣壓縮機循環(huán)后慢慢并入到MTO裝置中。與MTO壓力平衡后，緩慢打開DN900電動閥，同時緩慢關(guān)閉6″氮氣閥，直至全關(guān)。調(diào)整壓縮機的返回線和轉(zhuǎn)速，緩慢增加去MTO的循環(huán)量。當MTO升溫完畢時，產(chǎn)品氣壓縮機緩慢將氮氣退出，同時調(diào)整產(chǎn)品氣壓縮機轉(zhuǎn)速和返回線，最終將36″電動閥關(guān)閉。若返回線量不夠，可以用6″氮氣補入，防止一段吸入量不夠。

2.6 丙烯塔無丙烯開工

丙烯塔系統(tǒng)較大，如果提前引入丙烯循環(huán)的話，雖然能較快地產(chǎn)出合格產(chǎn)品，且能較快地將塔中鐵銹帶到泵的過濾器，避免頻繁切泵，但提前購買丙烯需要的資金較多，會無形當中增加開工的成本。因為丙烯塔是液相進料，當進料時可以將塔釜再沸投用，將落入塔釜的C3組分蒸到塔頂冷凝器中冷凝，待回流罐建立液位時，可以啟動回流泵，建立上塔回流，待上塔塔釜建立液位時，啟動回流泵建立下塔回流。當下塔塔釜建立液位時，可以緩慢調(diào)整再沸，建立整個塔的循環(huán)。此種開工方式，較提前循環(huán)能節(jié)省較多的開工成本，避免前期循環(huán)造成的操作成本。

2.7 空冷低負荷防凍工作

因榆林地區(qū)冬季環(huán)境溫度較低，所以在冬季兩列空冷風機運行時，空冷風機單臺負荷較低，且需要補入防凍蒸汽，防止空冷負荷小而造成空冷翅片內(nèi)部凍凝。因此，將空冷風機切出一列，能保證另一列空冷風機在較高負荷下運行，且無需補入防凍蒸汽。切出風機時，需先將蒸汽入口閥關(guān)閉，待切出列風機凝結(jié)水排凈時，可將抽真空閥和凝結(jié)水閥關(guān)閉，保證切出列風機壓力大于運行列風機壓力，防止凝結(jié)水通過切斷閥竄入切出列的風機。切出之后，將切出列的風機所有電動閥都鎖停，防止因誤操作打開造成壓縮機排汽壓力高聯(lián)鎖停車。

3 生產(chǎn)調(diào)整優(yōu)化措施

3.1 產(chǎn)品氣壓縮機段間罐排放增加手操器

產(chǎn)品氣壓縮機段間罐排放線增設(shè)手操器，當段間液位異常時，外操人員不能及時至現(xiàn)場調(diào)節(jié)，中控人員可通過手操器將段間罐內(nèi)物料排放至火炬系統(tǒng)，防止產(chǎn)品氣壓縮機因段間罐高液位聯(lián)鎖停車。

3.2 增加透平凝液至凈化水

因為MTO凈化水中含有微量的氧化物，對水洗塔的水洗效果不利，所以，可通過技改技措準備向凈化水緩沖罐引入透平凝液，以提高水洗塔的水洗效果，除去工藝氣中的氧化物成分，提高氧化物脫除效果。

3.3 優(yōu)化脫甲烷塔進料溫度控制方式

脫甲烷塔進料溫度原設(shè)計為，控制脫甲烷塔進料激冷器液位來控制脫甲烷塔進料溫度。該控制方式需要手動及時調(diào)整脫甲烷塔激冷器液位，才能保證脫甲烷塔進料溫度。為確保脫甲烷塔進料溫度穩(wěn)定，修改成脫甲烷塔進料溫度與脫甲烷塔進料激冷器液位低選超馳調(diào)節(jié)，既保證了脫甲烷塔進料溫度的穩(wěn)定，又保證了脫甲烷塔激冷器穩(wěn)定。

3.4 優(yōu)化丙烯機補液流程

丙烯機在開工過程中需要不定期地向系統(tǒng)補入丙烯，丙烯補液流程由儲運裝置啟動丙烯泵后引入烯烴分離裝置。通過技改技措將補液流程改為烯烴分離丙烯產(chǎn)品引入至丙烯機集液罐，既減少了設(shè)備損耗，又能快速穩(wěn)定地向系統(tǒng)補入丙烯。

3.5 回收丙烯保護床氣相丙烯

丙烯產(chǎn)品保護床吸附劑能吸附很多液相丙烯，因此，KBR工藝中再生之前通過熱的氣相丙烯回收保護床中殘留的丙烯，提高了丙烯的收率。但是，原有的工藝設(shè)計中再生置換都將物料排至火炬系統(tǒng)，損失大量丙烯。現(xiàn)新增流程將再生置換物料排入產(chǎn)品氣壓縮機段間罐，回收保護床內(nèi)的氣相丙烯。

3.6 空冷增加氮封

冬季空冷負荷小，易造成空冷翅片內(nèi)部凍凝，因此，將空冷風機切出一列。為防止切出列空冷內(nèi)氧氣進入造成設(shè)備腐蝕，通過技改技措對空冷增加氮封，保證切出列空冷風機長周期運行。

3.7 丙烯制冷壓縮機主密封氣

丙烯制冷壓縮機在停機后主密封氣由自身改為氮氣，啟機后當丙烯制冷壓縮機三段排出壓力正常后由氮氣改為自身，停工到開工這段時間大量氮氣積聚丙烯制冷壓縮機內(nèi)，只有通過排放或循環(huán)返至前系統(tǒng)，由此造成大量丙烯損失。通過技改技措，增加過熱氣相丙烯線至丙烯制冷壓縮機主密封氣管線，用于停工和開工階段使用，降低丙烯損失。

4 結(jié)束語

煤制烯烴生產(chǎn)的聚烯烴產(chǎn)品可以降低我國聚烯烴對外的依存度，用煤制烯烴作為石油制烯烴的補充，既可以減少乙烯、丙烯等聚烯烴的進口量，又可以減少用于生產(chǎn)烯烴的石油用量，對降低我國石油對外依存度意義重大。

目前，已建甲醇制烯烴工業(yè)化示范項目中，烯烴分離裝置運行都較為平穩(wěn)。 但是，作為新型技術(shù)的一部分，與傳統(tǒng)的石腦油裂解制乙烯相比，甲醇制烯烴的分離流程和技術(shù)還有較大的改進和優(yōu)化余地。未來，甲醇制烯烴項目的建設(shè)，烯烴分離流程應(yīng)綜合考慮各個方案的特點，通過詳細的定量研究進行優(yōu)化，在設(shè)備投資、溶劑消耗、操作能耗、乙烯損失量、特色單元先進性、流程可靠性等方面達到一個最優(yōu)平衡，實現(xiàn)整體效益的最大化。

[1] 李士豪.流體力學[M].北京:高等教育出版社,1990:16-17.

[2] 王松漢.乙烯裝置技術(shù)與運行[M].北京:中國石化出版社,2009:31-33.

[3] 劉洪亮.煤制烯烴工藝分離裝置的流程分析[J].煉油與化工,2014,25(5):23-26.

Studyonprocessflowofolefinseparationunit

ZHANGYuntao

(QuanzhouPetrochemicalCo.,Ltd.,SINOCHEM,QuanzhouFujian362103,China)

The process flow and technical features of olefin separation unit in Shenhua Yulin MTO project are elaborated. The first commissioning and production operation of olefin separation unit are described. Process optimization scheme for production operation is proposed, providing reliable design basis for process optimization, technological improvement and new similar projects.

coal-to-olefin; olefin separation; process optimization

2017-03-11

張云濤，男，1983年出生，2006年畢業(yè)于大連理工大學，本科，工程師。研究方向：石油化工生產(chǎn)。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.03.20

TQ536

A

1004-7050(2017)03-0063-03

專題討論