上海石化乙烯装置回收炼厂富乙烯气改造

工业技术乙烯工业2014,26(4) 28 ~31ETHYLENE INDUSTRY上海石化乙烯装置回收炼厂富乙烯气改造杨晓一(中国石化上海石油化工股份有限公司，上海200540)摘要:上海石化2号乙烯装置通过对老区进行改造,引进新建3500 kt/a催化装置副产的富乙烯气降低乙烯装置的能耗,回收催化千气中的乙烯及丙烯、乙烷等高附加值组分,提高乙烯收率0.51%、提高丙烯收率0.29% ,提高双烯收率0.8%。降低能耗(标油)2.98 kg/t乙烯、降低物耗15.67 kg/t乙烯,提高了装置的竞争力。关键词:富乙烯气改造技 术经济分析炼厂干气主要来源于原油的二次加工，其中3.8 MPa,进料温度为40 C ,进料组成见表1。以催化裂化( FCC)产生的干气量最大。多数炼油表1富乙烯气组成厂把干气作为燃料气使用或直接排掉(只有个别含量( mol) ,%H20.005企业进行了乙烯回收),造成了极大的能源浪费和CO0.073环境污染。随着催化裂化装置生产规模的不断扩CH49. 486大,从炼厂干气中回收乙烯和其它有用组分可获38. 201C2H。43.400得的经济效益越来越显著。3. 256中国石化上海石油化工股份有限公司(以下CsHg2.431简称上海石化)炼油改造项目新建3500kt/a催化0. 906Cs1. 267装置,其催化干气中含有摩尔分数10% ~18%的N20.975乙烯及丙烯、乙烷等高附加值组分,经精制后的干02/ x10 -<1气即富乙烯气中的乙烯、乙烷摩尔含量高达82%。CO2/x10 -6H2S/ x10 -6如果这部分干气不回收利用,其中高附加值的乙烯、乙烷以及丙烯等组分只能作为燃料,造成严重2流程简介及影响分析的资源浪费。因此,从原料优化和节能角度出发，将催化干气送人乙烯装置以回收其中的乙烯及丙图1为富乙烯气引进流程示意。根据富乙烯气的进料条件和组分,确定将富烯、乙烷等高附加值组分。上海石化2号乙烯装置包括1套400 kt/a采乙烯气与现有裂解气混合后进人裂解气干燥器用Lummus深冷顺序分离乙烯装置(老区)和1套(FA -209),干燥后进人乙烯精馏塔中间再沸器300 kt/a采用S&W前脱丙烷分离技术的乙烯装置(EA - 404)换热,换热后的混合气进人预切割塔.(新区)。由于新区在320kt负荷运行时,高压脱分离器( FA -320),从预切割塔分离器( FA - 320)中国煤化工- 37 C后进入预切割丙烷塔等设备已达到操作上限，故富乙烯气只回YHCNMHG收至老区。收稿日期:2014 -04 - 09;修改稿收到日期:2014-07 -31。作者简介:杨晓一,男,2006年毕业于中国石油大学(华东)化1富乙烯气原料规格学工程与工艺专业,学士,主要从事乙烯生产与管理工作,工富乙烯气的进料流量为10 th,进料压力为程师。第26卷杨晓- -.上海石化乙烯装置回收炼厂富乙烯气改造29●塔( DA- 302) ,液相直接进预切割塔(DA - 302),聚合级乙烯产品。从脱乙烷塔塔釜出来的C3及这股混合气经脱甲烷塔(DA - 301)、脱乙烷塔C3以上组分进人热区高压脱丙烷塔(DA-411)、( DA -401 )及乙烯精馏塔(DA - 402 )分离后得到丙烯精馏塔( DA - 406)后得到聚合级丙烯产品。富乙烯气.冷箱-氢气、甲烷裂解气压缩机洗苯塔裂解气干燥器预切割塔进料缓冲罐GB- -201DA-204FA-209DA-302脱甲烷塔FA- 208DA-301脱乙烷塔乙烯精馏塔热区+乙烯.DA-401DA-402图1富乙烯气引进流程示意2.1冷区进料的变化及影响算,富乙烯气首先进人预切割塔(DA - 302),经该富乙烯气引人后,冷区进料组分及进料量会塔预分后,再进人脱甲烷塔(DA - 301)。在发生改变,其变化情况见表2。417 kt/a处理量时,DA-301塔泛点因子为71%，表2冷区进料组分 条件对比DA-302塔泛点因子为57% ;按原来417 kt/a处冷区进料理量再加上富乙烯气后,DA-301塔泛点因子仍组分( mol) ,%富乙烯气引入前富乙烯气引人后为71% ,DA- 302塔泛点因子为69% ,富乙烯气H216. 59CO0.200.18中的甲烷主要进人预切割塔,作为低压甲烷送出CH426. 6324. 10.C2H20.440.39.界外。DA-301塔和DA-302塔泛点因子均未超C2H435.04C2H7. 1510.54过80%,因此DA-302和DA-301塔均能满足富C3H4A0.380.35乙烯气加入后的处理量。CgH69.598.820.332)脱乙烷塔及乙烯精馏塔。CsH6A1.751.71C.Hg1.541.47由于富乙烯气主要为乙烯、乙烷,因此对脱乙C4Hno0.090.12烷塔( DA - 401)及乙烯精馏塔( DA -402 )影响最CgS0. 180.26C6H200.01大。DA -401塔处理量约增加15%。DA -402塔Co Ho0.060. 10乙烯进料摩尔浓度由81. 37%降至75. 10%,由于质量流量/(t●h~I)123. 5133.0乙烯浓度降低,因此该塔所需的回流量大幅增加。温度/9C14.916.2压力/MPa3.553. 64经核算,加人富乙烯气后乙烯精馏塔处理量约需由表2可看出:冷区进料中乙烯的含量基本增加17%,但其仅有5%的设计余量，故不能满足保持不变,但乙烷含量(摩尔分数)增加了3.39%，改造后的处理量。其它组分变化较小，会对脱乙烷塔和乙烯精馏塔2.2.2制冷 压缩机产生影响,需要提高这2个塔的分离效率。1)乙烯制冷压缩机。2.2对原有设 备的影响经核算,加人富乙烯气后,乙烯制冷压缩机2.2.1塔设备(GB -601 )的轴功率由2268 kW增至2 358 kW,对脱甲烷塔DA - 301 (设计余量为5%)、脱乙竹“中国煤化工为15%，最大功率可乙烷塔DA-401(设计余量为5%)、乙烯精馏塔:IYHCN MH G乙烯气进料后,可以满DA -402(设计余量为5%)、 预切割塔DA - 302足要求。(设计余量为25%)的影响。2)甲烷制冷压缩机。1)预切割塔和脱甲烷塔。经核算,加人富乙烯气后,甲烷制冷压缩机塔径设计以泛，点因子不大于80%为限,经核(GB - 302)的轴功率由706 kW增至787 kW,由乙烯工业第26卷于该机最大功率可达到1000 kW,因此增加富乙2.3塔设 备改造烯气进料后,可满足要求。由于富乙烯气主要为乙烯、乙烷,因此对脱乙3)丙烯制冷压缩机。烷塔(DA - 401 )及乙烯精馏塔( DA -402 )影响最经核算,加人富乙烯气后,丙烯制冷压缩机大,DA-401塔的进料组分变化见表4,DA-402(GB- 501)的轴功率由14 454 kW增至15 570塔的进料组分变化见表 5。kW,丙烯制冷压缩机的设计余量为10%,即最大表4脱乙烷塔进料组分条件对比功率可达到15 573 kW,因此增加富乙烯气进料组分( mol) ,%第一股进料第二股进料引入前引入后引人前.引人后后,已至丙烯制冷压缩机的操作上限。由于改造H0前装置逃冷严重,通过冷保温改造可以降低冷量COCH。0.060.06.损失,保证丙烯制冷压缩机能提供加入富乙烯气C2H20. 580. 630.58后乙烯精馏塔所需的冷量。C2H48.7348.75C2 H。12.7217.742.2.3冷箱及 换热器GgH1.150.931)冷箱。Cz H。26. 7121. 5526.7121.55GgHg0.640.850. 85老分离区有新老冷箱2条深冷线组成:一条C4H。4.734.53线由换热器EA -308、EA - 309、EA-312、EA-C4Hg4.163.904.16.3. 90C4Hno0.160.310. 16316. EA-321及分液罐FA - 304、FA-305、FA-CsH20.350. 690.35.0.69306、FA -308组成的老冷箱;另- -条线为乙烯装C7Hs0.010.00质量流量/置生产能力由300 kt改造至400 kt时增加的深冷16.4319. 63.49.6659.53(1. h-')线,由换热器EA-340、EA-341 、EA-342及分液温度/C3.4.213.514.1压力/MPa .2. 1692.2722. 2052.308罐FA-315、FA-316、FA-318组成。从流量角气相摩尔分数,%17.4733.5145. 9460.84度出发,不会超过原设计值,加入富乙烯气后的热液相摩尔分数,%82. 5366.4954. 0639. 16平均分子量34. 8834.36负荷见表3。表3冷箱负荷对照10'kJ/h由于脱乙烷塔(DA -401 )进料量约增加设备原设计值最大值加入富乙烯气15% ,经与塔内件制造商核算和确认, DA -401塔EA- 308.2. 4992.7511.516径可满足要求,但塔内件需更换才可满足富乙烯EA -3092.7132. 9862.129气后增加的处理量。通过塔盘的重新设计,采用EA -3121.4151.5580.790EA-3142. 3692. 604.0.714苏尔寿MVG固阀塔盘(见图2)来提高DA -401EA-3166.2166. 8380.970塔的处理能力,改善工艺操作条件,降低塔板压EA-3212. 9903. 2893. 205降，进一步降低能耗物耗。EA -3312. 5662.822EA -3402.5542. 8352.827EA-34112. 23513.45711.537EA - 3425.5576.1155.552由表3可知:增加富乙烯气进料后，新老冷箱的热负荷均未超过原设计最大值，因此能通过现有新老冷箱。中国煤化工阀塔盘2)换热器。YHCNMHG烯精馏塔处理量约需通过应用换热器计算软件核算分析,需要扩增加17%。经塔内件制造商核算,仅需将MD塔大乙烷蒸发器(EA - 366N)及乙烯精馏塔再沸器盘改成Shell的ConSep专利塔盘(见图3),即可在(EA -403N) ,新增1台换热器EA -465N,才能够不更换塔体的前提下,满足乙烯精馏塔加入富乙满足富乙烯气引人后的负荷要求。烯气后增加的负荷。第26卷杨晓- -.上海石化乙烯装置回收炼厂富乙烯气改造31●表5乙烯精馏塔进料组分 条件对比干燥器中无法脱出,水分有可能穿透干燥剂进人乙烯精馏塔进料冷系统。2013 年2月提出将富乙烯气进料管线移组分( mol),%富乙烯气引人前富乙烯气引人后_位至洗苯塔(DA - 204)气相进口的立项申请,修H20.060CH40.120.11改后流程见图4。C2H20.012013年5月富乙烯气改造项目完成,2013年C2H481.9175. 19C2H。17.8224. 296月富乙烯气开始引进装置老区。C3H。0. 090.39质量流量/(. h-I)84.58102.72温度/9-26. 9-25. 06压力/MPa1. 796.1.762平均分子量28. 4028. 583存在的问题及 改进2012年12月28日,富乙烯气引进装置老区分离。引入一段时间后发现,富乙烯气在低于图3 Shell 的ConSep塔盘15C的情况下，进人装置后会形成烃类水合物,同时富乙烯中碳四组分比设计值明显偏高,导致在4改造经济性 影响分析高压、15 C情况下，碳四物料为液相状态进人富乙烯气引入后对比同期未引入富乙烯气时FA -209 ,有可能导致干燥剂损伤,同时水合物在的经济技 术指标见表6。氢气、甲烷富乙烯气冷箱裂解气压缩机洗苯塔裂解气干燥器预脱乙烷塔进料缓冲罐GB- -201DA-204FA-209DA-302脱甲烷塔FA- 208DA-301脱乙烷塔乙烯精馏塔热区+乙烯DA-401DA-402图4富乙烯 气流程修改示意表6经济技术指标对比时间富乙烯气量/t吨乙烯物耗/kg__吨乙烯能耗( 标油)/kg_乙烯收率(w),%丙烯收率(w),%2012 -063051. 15580. 51132.9214.512012 -073 067.12577. 72632.7515. 042012 -083 083. 89595. 62732. 8015. 392013 -065 0412900.94.573. 29216.032013 -075 2212 951. 74577.48833. 6015. 80.2013 - 082952.46，571. 07034. 0916. 11由表5可得出:2012年6- -8 月乙烯平均收率收 率外,装置按照正常负荷生产，以7~8 t/h的流为32.82% ,丙烯平均收率为14. 98% ;投用富乙烯量回收富乙烯气,可以提高乙烯收率0.51%、提高气后,2013年6- 8月乙烯平均收率为33.91%，丙丙烯收率0.29%,提高双烯收率0.8%。降低能烯平均收率为15. 98%。但在装置应用富乙烯气耗中国煤化工低物耗15.67 kg/t乙的同时,和去年同期相比已经进行了原料轻质化YHCNMHG的调整。根据SPYRO软件计算,在目前原料配比乙烯装置引人炼厂富乙烯气不但提高了装置的情况下,乙烯收率应为33.40%,丙烯收率应为的双烯收率,还降低了装置能耗,同时又减少了装15.69%。扣除因原料结构轻质化而提升的乙烯置的裂解原料用量,显著提高了装置的竞争力。