張?jiān)茲?/p>

(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?jiān)茲?/p>

(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(xiàng)目烯烴分離裝置工藝流程和技術(shù)特點(diǎn)，說(shuō)明了烯烴分離裝置首次投料試車及生產(chǎn)運(yùn)行情況。針對(duì)生產(chǎn)運(yùn)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(xiàng)目提供了可靠的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

煤制烯烴；烯烴分離；工藝優(yōu)化

隨著化學(xué)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(guó)相繼努力改進(jìn)傳統(tǒng)的分離技術(shù)，并開(kāi)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(jìn)烯烴分離裝置的面貌。神華榆林煤制烯烴項(xiàng)目于2016年12月15日投料試車，項(xiàng)目以甲醇為原料，經(jīng)過(guò)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(jí)乙烯和聚合級(jí)丙烯，最后通過(guò)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(xiàng)目烯烴分離裝置采用美國(guó)KBR專利技術(shù)，由KBR進(jìn)行工藝包設(shè)計(jì)，中石化上海工程公司進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)工程設(shè)計(jì)。神華榆林烯烴分離裝置的原料為來(lái)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(jí)乙烯產(chǎn)品31.9 t/a和聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品31.3 t/a，同時(shí)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(jī)系統(tǒng)、含氧有機(jī)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(jī)系統(tǒng)等[2]。

來(lái)自MTO裝置的產(chǎn)品氣進(jìn)入烯烴分離裝置，首先經(jīng)過(guò)產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段壓縮，然后進(jìn)入水洗堿洗塔脫除含氧有機(jī)物和酸性氣體。脫除酸性氣體后的產(chǎn)品氣，經(jīng)過(guò)干燥器干燥脫水后進(jìn)入脫丙烷塔進(jìn)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(jī)四段壓縮并逐級(jí)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(jìn)行C2和C3分離，脫乙烷塔頂C2經(jīng)過(guò)乙炔加氫后進(jìn)入乙烯精餾塔，乙烯精餾塔頂產(chǎn)品即為聚合級(jí)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(jìn)入丙烯精餾塔，丙烯精餾塔頂產(chǎn)品即為聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品，丙烯精餾塔釜丙烷送至儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)[3]。

2 首次投料試車重點(diǎn)和難點(diǎn)

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(jí)乙烯、聚合級(jí)丙烯、混合C4、C5產(chǎn)品。

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

產(chǎn)品氣壓縮機(jī)投料期間，隨著壓縮機(jī)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(huì)導(dǎo)致段間罐液位迅速上漲。同時(shí)，開(kāi)工期間隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)升高產(chǎn)品氣溫度及壓力并未達(dá)到設(shè)計(jì)值，段間凝液組分與設(shè)計(jì)偏差大，容易導(dǎo)致凝液泵抽空，也會(huì)導(dǎo)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(jī)一段吸入管線是無(wú)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(kāi)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(dǎo)致產(chǎn)品氣壓縮機(jī)跳車的一個(gè)誘因。產(chǎn)品氣引入壓縮機(jī)之前，在電動(dòng)閥前及時(shí)排凝。同時(shí)，各個(gè)段間液位調(diào)節(jié)閥保證全開(kāi)，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(yùn)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(dāng)脫丙烷塔塔頂合格之后，準(zhǔn)備向脫甲烷塔進(jìn)料，緩慢打開(kāi)切斷閥之后，脫丙烷塔頂回流罐液位無(wú)法建立，導(dǎo)致回流形成氣液兩相流，回流閥節(jié)流后溫度不能達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，回流效果不明顯，導(dǎo)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(kāi)工初期，為保證塔釜產(chǎn)品合格，再沸量大，級(jí)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(gè)塔調(diào)整穩(wěn)定時(shí)，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(jí)間循環(huán)量不易過(guò)大，否則甲烷帶入氣提段，再沸調(diào)整不及時(shí)，易造成塔釜甲烷含量超標(biāo)。

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(dāng)中間再沸器投入運(yùn)行之后，上部壓差和下部壓差逐漸降低，精餾效果越來(lái)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(guò)摸索發(fā)現(xiàn)，乙烯精餾塔再沸量調(diào)整通過(guò)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(jī)配合兩器升溫

通過(guò)技改，在產(chǎn)品氣壓縮機(jī)三段和四段排出分別設(shè)有2個(gè)調(diào)節(jié)閥，返回MTO裝置開(kāi)工加熱爐入口。升溫前，先用DN150氮?dú)鈱a(chǎn)品氣壓縮機(jī)循環(huán)后慢慢并入到MTO裝置中。與MTO壓力平衡后，緩慢打開(kāi)DN900電動(dòng)閥，同時(shí)緩慢關(guān)閉6″氮?dú)忾y，直至全關(guān)。調(diào)整壓縮機(jī)的返回線和轉(zhuǎn)速，緩慢增加去MTO的循環(huán)量。當(dāng)MTO升溫完畢時(shí)，產(chǎn)品氣壓縮機(jī)緩慢將氮?dú)馔顺?，同時(shí)調(diào)整產(chǎn)品氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和返回線，最終將36″電動(dòng)閥關(guān)閉。若返回線量不夠，可以用6″氮?dú)庋a(bǔ)入，防止一段吸入量不夠。

2.6 丙烯塔無(wú)丙烯開(kāi)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(guò)濾器，避免頻繁切泵，但提前購(gòu)買丙烯需要的資金較多，會(huì)無(wú)形當(dāng)中增加開(kāi)工的成本。因?yàn)楸┧且合噙M(jìn)料，當(dāng)進(jìn)料時(shí)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(shí)，可以啟動(dòng)回流泵，建立上塔回流，待上塔塔釜建立液位時(shí)，啟動(dòng)回流泵建立下塔回流。當(dāng)下塔塔釜建立液位時(shí)，可以緩慢調(diào)整再沸，建立整個(gè)塔的循環(huán)。此種開(kāi)工方式，較提前循環(huán)能節(jié)省較多的開(kāi)工成本，避免前期循環(huán)造成的操作成本。

2.7 空冷低負(fù)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(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，空冷風(fēng)機(jī)單臺(tái)負(fù)荷較低，且需要補(bǔ)入防凍蒸汽，防止空冷負(fù)荷小而造成空冷翅片內(nèi)部?jī)瞿?。因此，將空冷風(fēng)機(jī)切出一列，能保證另一列空冷風(fēng)機(jī)在較高負(fù)荷下運(yùn)行，且無(wú)需補(bǔ)入防凍蒸汽。切出風(fēng)機(jī)時(shí)，需先將蒸汽入口閥關(guān)閉，待切出列風(fēng)機(jī)凝結(jié)水排凈時(shí)，可將抽真空閥和凝結(jié)水閥關(guān)閉，保證切出列風(fēng)機(jī)壓力大于運(yùn)行列風(fēng)機(jī)壓力，防止凝結(jié)水通過(guò)切斷閥竄入切出列的風(fēng)機(jī)。切出之后，將切出列的風(fēng)機(jī)所有電動(dòng)閥都鎖停，防止因誤操作打開(kāi)造成壓縮機(jī)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(jī)段間罐排放增加手操器

產(chǎn)品氣壓縮機(jī)段間罐排放線增設(shè)手操器，當(dāng)段間液位異常時(shí)，外操人員不能及時(shí)至現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)，中控人員可通過(guò)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(jī)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?yàn)镸TO凈化水中含有微量的氧化物，對(duì)水洗塔的水洗效果不利，所以，可通過(guò)技改技措準(zhǔn)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(jìn)料溫度控制方式

脫甲烷塔進(jìn)料溫度原設(shè)計(jì)為，控制脫甲烷塔進(jìn)料激冷器液位來(lái)控制脫甲烷塔進(jìn)料溫度。該控制方式需要手動(dòng)及時(shí)調(diào)整脫甲烷塔激冷器液位，才能保證脫甲烷塔進(jìn)料溫度。為確保脫甲烷塔進(jìn)料溫度穩(wěn)定，修改成脫甲烷塔進(jìn)料溫度與脫甲烷塔進(jìn)料激冷器液位低選超馳調(diào)節(jié)，既保證了脫甲烷塔進(jìn)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(jī)補(bǔ)液流程

丙烯機(jī)在開(kāi)工過(guò)程中需要不定期地向系統(tǒng)補(bǔ)入丙烯，丙烯補(bǔ)液流程由儲(chǔ)運(yùn)裝置啟動(dòng)丙烯泵后引入烯烴分離裝置。通過(guò)技改技措將補(bǔ)液流程改為烯烴分離丙烯產(chǎn)品引入至丙烯機(jī)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(bǔ)入丙烯。

3.5 回收丙烯保護(hù)床氣相丙烯

丙烯產(chǎn)品保護(hù)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(guò)熱的氣相丙烯回收保護(hù)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(jì)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(jī)段間罐，回收保護(hù)床內(nèi)的氣相丙烯。

3.6 空冷增加氮封

冬季空冷負(fù)荷小，易造成空冷翅片內(nèi)部?jī)瞿?，因此，將空冷風(fēng)機(jī)切出一列。為防止切出列空冷內(nèi)氧氣進(jìn)入造成設(shè)備腐蝕，通過(guò)技改技措對(duì)空冷增加氮封，保證切出列空冷風(fēng)機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.7 丙烯制冷壓縮機(jī)主密封氣

丙烯制冷壓縮機(jī)在停機(jī)后主密封氣由自身改為氮?dú)?，啟機(jī)后當(dāng)丙烯制冷壓縮機(jī)三段排出壓力正常后由氮?dú)飧臑樽陨?，停工到開(kāi)工這段時(shí)間大量氮?dú)夥e聚丙烯制冷壓縮機(jī)內(nèi)，只有通過(guò)排放或循環(huán)返至前系統(tǒng)，由此造成大量丙烯損失。通過(guò)技改技措，增加過(guò)熱氣相丙烯線至丙烯制冷壓縮機(jī)主密封氣管線，用于停工和開(kāi)工階段使用，降低丙烯損失。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

目前，已建甲醇制烯烴工業(yè)化示范項(xiàng)目中，烯烴分離裝置運(yùn)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(jìn)和優(yōu)化余地。未來(lái)，甲醇制烯烴項(xiàng)目的建設(shè)，烯烴分離流程應(yīng)綜合考慮各個(gè)方案的特點(diǎn)，通過(guò)詳細(xì)的定量研究進(jìn)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(jìn)性、流程可靠性等方面達(dá)到一個(gè)最優(yōu)平衡，實(shí)現(xiàn)整體效益的最大化。

[1] 李士豪.流體力學(xué)[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(yùn)行[M].北京:中國(guó)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?jiān)茲?，男?983年出生，2006年畢業(yè)于大連理工大學(xué)，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

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