于晨

（惠生工程（中國）有限公司北京設(shè)計中心，北京 100102）

1 概述

乙烯作為重要的石油化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，天然氣加工過程中得到的碳二以上烷烴及原油加工中得到的石腦油、柴油、加氫裂化尾油等都是乙烯生產(chǎn)的良好原料。其中輕質(zhì)烷烴由于乙烯收率高，同乙烯產(chǎn)量原料消耗少、副產(chǎn)品少、投資低、能耗低，被認(rèn)為是最理想的乙烯裂解原料。[1]

自2000 年，美國的頁巖氣開發(fā)飛速發(fā)展。我國頁巖氣儲量也十分豐富，且我國頁巖氣開發(fā)大幕也已經(jīng)拉開。頁巖氣中分離出的乙烷是優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料，因此，頁巖氣開發(fā)的蓬勃發(fā)展將為乙烯工業(yè)提供大量廉價優(yōu)質(zhì)的裂解原料。[2，3]

乙烯裝置的分離流程可分為順序分離流程、前脫乙烷流程和前脫丙烷流程。一般觀點(diǎn)認(rèn)為前脫丙烷流程和順序分離流程適用于裂解原料較重的乙烯裝置，而前脫乙烷裝置適用于裂解原料較輕的乙烯裝置。[4]

前脫乙烷技術(shù)是指對裂解氣物流進(jìn)行精餾分離的第一順序塔為脫乙烷塔，首先將裂解氣中C2 及更輕的組分與C3 及更重的組分分離。為解決低壓塔，塔頂溫度低，對冷劑級別要求高；高壓塔塔釜溫度高易結(jié)焦的矛盾，工業(yè)上乙烯裝置第一順序塔常采用雙塔分離流程。[5]但以乙烷為原料得到的裂解氣中，由于C3 及以上的組分含量過小(5.44wt%)，低壓塔進(jìn)料量過小。本文將對100 萬噸/年乙烷裂解制乙烯裝置，雙塔脫乙烷流程及單塔脫乙烷流程進(jìn)行模擬對比。

2 流程描述

2.1 雙塔脫乙烷流程

雙塔脫乙烷流程見圖1。在雙塔脫乙烷流程中，裂解氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至20.15kg/cm2g，后經(jīng)水冷后進(jìn)行氣液分離，液相返回壓縮機(jī)四段吸入罐，氣相加熱至50℃后進(jìn)入堿洗塔除去酸性氣體。堿洗塔頂裂解氣繼續(xù)被壓縮壓縮至37.10kg/cm2g，后經(jīng)循環(huán)水和丙烯冷劑冷卻至15℃后進(jìn)行氣液分離，液相返回壓縮機(jī)四段排出罐，氣相送入干燥器。干燥后的氣相經(jīng)丙烯冷劑冷卻后送入高壓脫乙烷塔。高壓脫乙烷塔頂氣經(jīng)乙炔加氫反應(yīng)器出料及低壓蒸汽加熱后送入乙炔加氫反應(yīng)器，乙炔加氫反應(yīng)器出料經(jīng)循環(huán)水及乙炔加氫反應(yīng)器進(jìn)料冷卻后送入深冷分離系統(tǒng)。高壓脫乙烷塔釜液相送入低壓脫乙烷塔。低壓脫乙烷塔頂氣相循環(huán)回裂解氣壓縮機(jī)四段，塔釜液相送入熱分離區(qū)。

圖1 雙塔脫乙烷流程

2.2 單塔脫乙烷流程

對于單塔脫乙烷流程，提出下述兩方案：

2.2.1 塔頂氣直接冷凝單塔脫乙烷流程。塔頂使用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程見圖2。在塔頂采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程中，裂解氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至21.15kg/cm2g，后經(jīng)水冷后進(jìn)行氣液分離，液相返回裂解氣壓縮機(jī)四段吸入罐，氣相加熱至50℃后進(jìn)入堿洗塔除去酸性氣體。脫除酸性氣體后，經(jīng)循環(huán)水和丙烯冷劑冷卻至15℃后進(jìn)行氣液分離，液相返回壓縮機(jī)四段排出罐，氣相送入干燥器，干燥后的氣相經(jīng)丙烯冷劑冷卻后送入脫乙烷塔。脫乙烷塔頂氣與乙炔加氫反應(yīng)器出料換熱后繼續(xù)被壓縮至34.00kg/cm2g，后經(jīng)水冷至乙炔加氫反應(yīng)溫度后，送入乙炔加氫反應(yīng)器，乙炔加氫反應(yīng)器出料經(jīng)水冷及裂解氣壓縮機(jī)五段進(jìn)料冷卻后，送入深冷分離系統(tǒng)。脫乙烷塔釜液送入熱分離區(qū)。

圖2 單塔脫乙烷乙烯冷劑流程

2.2.2 塔頂氣壓縮后冷凝單塔脫乙烷流程。塔頂氣經(jīng)壓縮后冷凝的單塔脫乙烷流程見圖3。裂解氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至21.15kg/cm2g，后經(jīng)水冷后進(jìn)行氣液分離，液相返回裂解氣壓縮機(jī)四段吸入罐，氣相加熱至50℃后進(jìn)入堿洗塔除去酸性氣體。脫除酸性氣體后，裂解氣經(jīng)循環(huán)水和丙烯冷劑冷卻至15℃后進(jìn)行氣液分離，液相返回壓縮機(jī)四段排出罐，氣相送入干燥器，干燥后的氣相經(jīng)丙烯冷劑冷卻后送入脫乙烷塔。塔頂氣與裂解氣壓縮機(jī)五段出料換熱后繼續(xù)被壓縮至35.54kg/cm2g。裂解氣壓縮機(jī)五段出料先后與循環(huán)水，脫乙烷塔回流罐頂氣，裂解氣壓縮機(jī)五段進(jìn)料及丙烯冷劑換熱后，進(jìn)入脫乙烷塔回流罐。回流罐液相作為脫乙烷塔回流，經(jīng)減壓后送回脫乙烷塔，回流罐頂氣相先后與裂解氣壓縮機(jī)五段出料，乙炔加氫反應(yīng)器出料換熱，換熱后用低壓蒸汽加熱至乙炔加氫反應(yīng)溫度后送入乙炔加氫反應(yīng)器，反應(yīng)器出料經(jīng)水冷和乙炔加氫反應(yīng)器進(jìn)料冷卻后，送入深冷分離系統(tǒng)。脫乙烷塔釜液送入熱分離區(qū)。

圖3 單塔脫乙烷壓縮后冷凝流程

3 模擬結(jié)果分析

三種工況下裂解氣壓縮機(jī)五段及脫乙烷塔主要操作參數(shù)見表1。

表1 不同脫乙烷塔方案裂解氣壓縮機(jī)及脫乙烷塔操作參數(shù)

由表1 可以看出，單塔脫乙烷流程與雙塔脫乙烷流程相比，裂解氣四段壓縮機(jī)壓縮比有所增加，裂解氣五段壓縮機(jī)壓縮比有所減小。與雙塔脫乙烷流程相比，單塔脫乙烷流程中需要由冷劑提供的冷凝負(fù)荷略低。三種工況下裂解氣壓縮機(jī)總功率，丙烯機(jī)功率及乙烯機(jī)功率總結(jié)見表2。

由表2 可以看出，對于裂解氣壓縮機(jī)功率，塔頂采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程裂解氣壓縮機(jī)的功率有所下降，這是由于采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程中，C3 及以上餾分不進(jìn)入裂解氣五段壓縮機(jī)，同時，五段壓縮機(jī)壓縮比有所減小，入口溫度較低，導(dǎo)致了裂解氣五段壓縮機(jī)功率有了相當(dāng)程度的下降。即使裂解氣壓縮機(jī)四段壓縮比有所上升，總體來看，采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程中，裂解氣壓縮機(jī)的功率相對雙塔脫乙烷流程稍微有所下降。但在壓縮后冷凝的單塔脫乙烷流程中，進(jìn)入裂解氣五段壓縮機(jī)的氣體包括脫乙烷塔的回流，雖然五段壓縮比有所下降，但五段功率下降不大，同時四段壓縮比上升，總體上看，壓縮后冷凝的單塔脫乙烷流程裂解氣壓縮機(jī)總功率較雙塔脫乙烷流程增加了3.6%。

表2 不同脫乙烷塔方案三機(jī)功耗統(tǒng)計

對于制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)功率，采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程，由于塔頂需采用乙烯冷劑，丙烯機(jī)功率增加7.6%，乙烯機(jī)功率增加19.1%。在壓縮后冷凝的單塔脫乙烷流程中，由于冷量的回收利用，同時無低壓塔丙烯冷劑用量，丙烯機(jī)功率較雙塔脫乙烷流程下降了3.9%。由于乙烯冷劑用戶無變化，乙烯機(jī)功率基本不變。

綜合三機(jī)總功率，采用乙烯冷劑的單塔脫乙烷流程雖然降低了裂解氣壓縮機(jī)的功率，但增加了乙烯機(jī)和丙烯機(jī)的功率，三機(jī)總功率較雙塔脫乙烷流程增加了6%。采用壓縮后冷凝的單塔脫乙烷流程雖然增加了裂解氣壓縮機(jī)的功率，但丙烯機(jī)的功率有所下降，三機(jī)總功率較雙塔脫乙烷流程增加了1%。

4 結(jié)論

綜上所述，采用單塔脫乙烷流程在操作投資上并無優(yōu)勢。從設(shè)備角度來講，由于單塔脫乙烷流程裂解氣干燥設(shè)置在了裂解氣壓縮機(jī)四段后，將導(dǎo)致進(jìn)入干燥器的體積流量增加，增加了干燥器的體積，但減少一臺塔器將相應(yīng)減少再沸器，冷凝器及回流罐等設(shè)備。因此，采用單塔脫乙烷流程在減小設(shè)備投資及占地方面小有優(yōu)勢。