乙烯分离技术分析

工业拔求乙烯工业2004,16(3) 40~43ETHYLENE INDUSTRY乙烯分离技术分析王振维(中国石化工程建设公司,北京, 100101)摘要:从技术先进性、能耗、流程复杂性和运行稳定性等诸多方面对占据乙烯市场的三大分离技术进行了分析。并认为用户在选择分离技术时应综合考虑各方面因素,把握重点,选择出适合的技术。关键词:烯;分离技术;分析石油烃裂解制乙烯技术研究始于20世纪20 ~由表1可以看出,同-类分离技术通常为数家公30年代,经过60多年的发展,裂解技术日臻成熟,司所拥有,虽在局部有所不同,但无本质的差别。根占目前世界乙烯产量的98%以上。与之相应的深据目前的市场占有率,具有代表性的技术归纳如下:冷分离方法也最为成熟,目前占据世界乙烯市场.ABB Lummus公司的顺序分离低压脱甲烷技术的分离技术主要分为三大类,分别为顺序分离技●.Stone & Webster公司的前脱丙烷前加氢技术术、前脱丙烷前加氢技术和前脱乙烷前加氢技术,Linde公司的前脱乙烷前加氢技术拥有分离技术的专利商见表1。本文结合生产、设计以及流程模拟,着重对此表1主要的乙烯分离技术三种典型的分离技术进行分析,以加深对不同技号分离技术专利商国家术的理解。ABB Lummus美国Stone & Webster1流程特点顺序分离技术KBR1.1顺序分离低压脱甲烷技术Technip法国裂解炉出口的裂解气含有各种分子量的烃前脱丙烷前加氢技术类。依分子中所含碳原子个数从少到多的次序进3前脱乙烷前加氡技术LincBR德国行分离的技术称为顺序分离技术,见图1。冷箱[裂解炉] +圖内图1顺序分离技术示意流程图裂解气首先进人急冷系统进行快速降温，同中国煤化工)-09-27时分离出重组分燃料油和粗裂解汽油。然后经裂TYHCNMHG程师。毕业于清华大.解气压缩机将裂解气压力提高到约3. 6MPa(G)。学化工系,硕士学位，1986年参加工作。第16卷王振维.乙烯分离技术分析41●干燥脱水后进人深冷系统,经过冷箱和脱甲烷塔能从外部引人氢气的情况下,生产出合格乙烯产分离出氢气和甲烷。为了降低冷量的消耗, Lum-品所需时间长。mus公司采用降低脱甲烷塔操作压力的技术,增加由于顺序分离技术中的循环物料稍多,故不体系的相对挥发度,使脱甲烷塔冷凝器负荷降低，利于系统节能。这些循环物料包括:(1)凝液汽提从而形成低压脱甲烷技术。脱甲烷塔釜物料含有塔顶物料返回裂解气压缩机四段吸入罐;(2)乙烯碳二及以上组分,依次进人脱乙烷塔、脱丙烷塔、塔顶不凝气返脱甲烷塔;(3)乙烯塔中部抽出液相脱丁烷塔,从塔顶分出碳二、碳三和碳四组分。脱返回碳二加氢反应出口洗涤绿油;(4)丙烯塔顶不乙烷塔和脱丙烷塔顶的碳二和碳三分别经碳二和凝气返脱甲烷塔。碳三加氢脱炔后进人乙烯塔和丙烯塔,精馏后得1.2前脱丙烷前加氢技术到乙烯和丙烯产品。所谓前脱丙烷前加氢技术是指在进行脱甲烷碳二加氢系统位于冷箱及脱甲烷下游,为后加之前先将碳三及轻组分与碳四及重组分进行分氢。乙烯塔须设置巴氏精馏段,并需设置绿油洗离,并将分离出的碳三及轻组分进行碳二加氢,然涤系统,这些使投资和能耗增多。另外,由于碳二后送人深冷系统(见图2)。加氢系统需要冷箱分离出的氢气物料,所以在不冷箱医解例+图一[压输]- +一↑塔图2前脱丙烷前加氢技术流程示意图为防止塔釜物料结焦,通常采用高低压双塔碳二加氢时也对50%以上的MAPD加氢,下游的脱丙烷,且高压塔位于裂解气压缩机的四、五段之碳三加氢系统负 荷降低;第五,乙烯塔不需要巴氏间,这样裂解气干燥器、碱洗塔和高压脱丙烷塔使精馏段,也没有不凝气返回。前脱丙烷前加氢技段间压降增大,第五段的压缩比较大,可超过2.5。术中 只有丙烯塔顶不凝气循环。所以,尽管第五段的人口温度降低,裂解气压缩机1.3前脱乙烷前加氢技术的总功率并无明显的变化。前脱乙烷技术是指分离流程的第-切割塔为前碳二加氢技术有很多优势。第一,前碳二脱乙烷塔。 从裂解炉来的裂解气经急冷、压缩后加氢产生的绿油量甚微,无需绿油洗涤系统;第预冷 ,首先进人脱乙烷塔系统,把比碳二轻的组分二,由于碳加氢位于脱甲烷塔上游，从脱乙烷塔和比碳三重的组分分开。碳二及轻组分先进行碳釜进人乙烯塔的碳:二馏分中不含氢气和甲烷轻组二加氢,然后进入冷箱和脱甲烷系统。脱甲烷塔分,乙烯塔可采用开式热泵技术降低能耗;第三，釜液只含碳二, 直接进入乙烯塔。脱乙烷塔塔釜由于碳二加氢进料中富含氢气,不需要冷箱分离物料中国煤化工碳三进行碳三出的氢气,所以,在装置开车时,能很快生产出合加氢YHC N M H G用前碳二加氢，格的乙烯产品,缩短开车时间;第四,由于在进行所以具有与前脱丙烷前加氢类似的优点(见图3)。，42.乙烯工业第16卷圖裂解奶→愿冷→医缩+脱脱|加氢图3前脱乙烷前加氢技术流程示意图2三种技术比较三种流程的优缺点汇总见表2。表2三种分离技术特点汇总表顺序分离流程前脱丙烷流程(ARS)前脱乙烷流程先C-/q4*切割先C2" /G*切制,C-H/C-→G分离次序H/C→C→G→G及G*C~→C及G*C°→C→G及Cg*塔数量1618裂解气压缩机段数冷冻级别数技术年代20世纪80年代20世纪90年代分凝分离器高效回收低温冷量、前加氢,无需绿油洗涤系统可连续采用的主要节能技术低压脱甲烧脱丙烷塔和乙烯塔的开式热泵、运行4a。但是需采用等温反应器非清晰分割脱甲烷塔单塔低压双塔高压单塔高压乙烯塔高压,产品侧线采出低压/热泵,产品塔顶采出氢气回收率,%≥80≤70复杂或专利设备裂解气压缩机、乙烯机、丙烯机、裂解 气压缩机、乙烯机、丙烯机、裂解 气压缩机、乙烯机、丙烯机、冷甲烷压缩机、冷箱膨胀再压缩机、分凝分离器箱、等温反应器不外引氢气时的开车时间短2.1三种流程的能耗比较对能力为800kt/a的乙烯装置在相同条件下的流表3是三种技术的生产装置实际能耗比较和程模拟结果。表3三种分离技术能耗比较实际生产石脑油+ AGO原料石脑油原料2001年装置生产能耗(G]-'乙烯)30.32(扬子)26.05(茂名)28.22(吉化)2002年装置生产能耗(GJ+-'乙烯)29.23(扬子)25.89(茂名)26.71(吉化)流程模拟结果流程模拟计算的压缩机总功率(石脑油原料,800kw)/(kW.1-1)723527131074120冷却水负荷比较/kW+ 78069基础+ 80558泵负荷比较/kW+2509+ 10972.2 流程复杂性表4设备位号数- -览表流程的复杂性可以通过设备的位号数反映出设备类别 顺序分离流程 前脱丙烷流程 前脱乙烷流程塔1来,复杂流程设备的位号多。表4是三种技术流.反应器程的分离部分设备位号数,表中未考虑原料预热、压缩机44干燥器再生等辅助设备。中国煤化工。表4显示，设备位号数从多到少的顺序为:顺MYHCNMH G,13序分离流程、前脱丙烷流程、前脱乙烷流程。顺序第16卷王振维.乙烯分离技术分析43，低压脱甲烷分离流程考虑了最大限度地利用工艺脱乙/丙烷前加氢流程中没有类似的影响因素。介质节流降压后提供的冷量,所以工艺物料之间(4)在顺序分离流程中,裂解气为乙烯塔中沸的换热多,流程较为复杂增加一套甲烷制冷系统器脱甲烷塔再沸器和中沸器串联提供热量,相互也增加流程的复杂性。干扰,增加了操作复杂性。增加的甲烷制冷系统2.3运行稳定性也增加了操作的难度。(1)冷箱堵塞是影响乙烯装置稳定运行的因(5)前脱丙烷前加氢或前脱乙烷前加氢分离素之一,主要有三类原因:①裂解气干燥系统未达流程中 ,由于物料从碳二加氢及保护干燥器到乙标,少量水分在低温下冻结或生成水合物,引起冷烯塔还需 经过多级处理,难免增加物料中的水分,箱堵塞。所有流程都有可能出现此类问题;②重这些水分可能导致乙烯塔堵塞,影响该塔的稳定组分特别是苯引起冷箱堵塞,在顺序分离流程中操作。 对于顺序分离流程,由于碳二加氢干燥后较易发生。因为进人顺序分离流程冷箱系统的裂立即进人乙烯塔,所以不会引起冻堵的问题。解气并未对碳四以上组分进行严格分离,当组成根据生产单位的实际应用状况,前脱丙烷和发生变化时，如果苯的含量达到一定值,可导致冷前脱乙烷流程的稳定性好 于顺序分离流程。箱堵塞。对于前脱丙烷流程和前脱乙烷流程,由于在上游已将碳四以上组分彻底分离,不会发生3结语类似问题。③低压脱甲烷塔所需的甲烷制冷压缩由上述分析可看出，在流程复杂性方面三种机也是原因之- -。目前国内乙烯装置的甲烷压缩技术流程的次序是(从复杂到简单):顺序分离流机多为活塞式,易造成冷箱堵塞,影响整个系统的程>前脱丙烷前加氢流程>前脱乙烷前加氢流稳定。另外，碳二前加氢技术使乙炔在深冷之前程;在能耗方面三种技术流程的次序是:前脱乙烷已全部脱除,不会在冷箱内冻结。对于顺序分离前加氢流程>顺序分离流程>前脱丙烷前加氢流流程,则有发生乙炔冻结的可能。程;在适应原料灵活性方面三种技术流程的次序(2)顺序分离流程采用碳二后加氢,反应器的是:顺序分离流程>前脱丙烷前加氢流程>前脱温度可以通过进料温度、氢气配比和注人CO来控乙烷前加氢流程。在运行稳定性方面,前脱丙烷制,方法较多。相比之下,碳二前加氢只能通过进.前加氢流程和前脱乙烷前加氢流程相差不大,均料温度和注人CO来控制,故方法稍少。但是后加较顺序分离流程稍好。因此,三种分离技术各有氢反应器需定期再生,而前加氢则可连续运转4a。长短,没有明显的技术优劣,也都占有一定的市(3)顺序分离流程中,冷箱和氢气系统互相影场。用户在选择分离技术时，需综合考虑投资、能响，进而影响甲烷化和碳:二加氢,并最终影响乙烯耗和稳定性等各方面的因素,并结合原料情况把产品规格,操作时需注意各部分的运行情况。前握重点,选择出适合的分离技术。欢迎订阋、授稿、刊登广告中国煤化工MHCNMHG