烯烃分离装置工艺流程及其优化

张云涛

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

烯烃分离装置工艺流程及其优化

张云涛

(中化泉州石化有限公司，福建 泉州 362103)

阐述了神华榆林甲醇制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程和技术特点，说明了烯烃分离装置首次投料试车及生产运行情况。针对生产运行情况，提出工艺优化方案，为装置工艺优化、技改技措和新建同类项目提供了可靠的设计基础。

煤制烯烃；烯烃分离；工艺优化

随着化学工业的不断发展，烯烃的需求量日益增大，用于烯烃分离工艺的能量和资金也不断增多。为节约能源，世界各国相继努力改进传统的分离技术，并开发研究出一些最有效的低投资、低能耗、高效率的新分离技术，以期能部分地代替传统分离工艺，改进烯烃分离装置的面貌。神华榆林煤制烯烃项目于2016年12月15日投料试车，项目以甲醇为原料，经过甲醇制烯烃技术转化为富含乙烯和丙烯的气体混合物，再经烯烃分离技术获得聚合级乙烯和聚合级丙烯，最后通过聚乙烯和聚丙烯聚合反应技术生产出聚乙烯和聚丙烯塑料颗粒产品[1]。

1 烯烃分离装置工艺流程

1.1 装置概况

神华陕西甲醇下游加工项目烯烃分离装置采用美国KBR专利技术，由KBR进行工艺包设计，中石化上海工程公司进行基础设计和详细工程设计。神华榆林烯烃分离装置的原料为来自MTO装置产品气、聚乙烯装置的循环气、聚丙烯装置的循环气、氢气。本装置产品方案为生产聚合级乙烯产品31.9 t/a和聚合级丙烯产品31.3 t/a，同时副产8.4 t/a混合C4、2.5 t/a混合C5、3.0 t/a燃料气以及1.7 t/a丙烷。

1.2 工艺流程

烯烃分离装置包括产品气四段压缩机系统、含氧有机物和酸性气脱除系统、产品气干燥系统、脱丙烷塔系统、C3洗及丙烷洗脱甲烷塔系统、脱乙烷塔系统、乙炔加氢系统、乙烯精馏塔系统、丙烯精馏塔系统、脱丁烷塔系统、丙烯致冷压缩机系统等[2]。

来自MTO装置的产品气进入烯烃分离装置，首先经过产品气压缩机三段压缩，然后进入水洗碱洗塔脱除含氧有机物和酸性气体。脱除酸性气体后的产品气，经过干燥器干燥脱水后进入脱丙烷塔进行分离。脱丙烷塔底重组分送至脱丁烷塔，脱丁烷塔塔釜产C5以上产品，塔顶产混合C4产品。脱丙烷塔顶轻组分物流，经产品气压缩机四段压缩并逐级冷却后送至脱甲烷塔系统。脱甲烷塔顶产品是燃料气，经换热器回收冷量后并入燃料气管网。脱甲烷塔底物流送至脱乙烷塔进行C2和C3分离，脱乙烷塔顶C2经过乙炔加氢后进入乙烯精馏塔，乙烯精馏塔顶产品即为聚合级乙烯产品，塔釜乙烷并入燃料气管网。脱乙烷塔底C3组分进入丙烯精馏塔，丙烯精馏塔顶产品即为聚合级丙烯产品，丙烯精馏塔釜丙烷送至储运罐区[3]。

2 首次投料试车重点和难点

神华榆林烯烃分离装置于2015年5月30日正式中交，于2015年12月15日一次投料试车成功，并顺利产出合格聚合级乙烯、聚合级丙烯、混合C4、C5产品。

2.1 产品气压缩机段间罐液位易发生高液位联锁

产品气压缩机投料期间，随着压缩机转数升高，段间压力逐渐上升，气相的水和烃类随着压力上涨逐渐冷凝，冷凝液将会导致段间罐液位迅速上涨。同时，开工期间随着压缩机转数升高产品气温度及压力并未达到设计值，段间凝液组分与设计偏差大，容易导致凝液泵抽空，也会导致段间罐液位高联锁。

由产品气从水洗塔塔顶到压缩机一段吸入管线是无保温状态，因此，产品气中的水极易在管线中冷凝聚集。且MTO开工期间，塔顶温度控制不稳，也极易带水到烯烃分离装置。所以，段间罐液位是导致产品气压缩机跳车的一个诱因。产品气引入压缩机之前，在电动阀前及时排凝。同时，各个段间液位调节阀保证全开，将段间罐的凝液全部返至一段吸入罐。紧急情况下，中控可以自启一段吸入罐底泵，采取双泵运行将段间凝液送至MTO装置。

2.2 脱丙烷塔回流罐液位不易建立

当脱丙烷塔塔顶合格之后，准备向脱甲烷塔进料，缓慢打开切断阀之后，脱丙烷塔顶回流罐液位无法建立，导致回流形成气液两相流，回流阀节流后温度不能达到设计温度，回流效果不明显，导致脱丙烷塔塔顶C4含量高。因此，在脱乙烷塔塔釜建立液位之后，用C3洗泵给脱丙烷塔回流罐建立液位，有效抑制脱丙烷塔塔顶C4组分。

2.3 脱甲烷塔塔顶乙烯损失大

脱甲烷塔在开工初期，为保证塔釜产品合格，再沸量大，级间泵循环量小，C3洗和丙烷洗均未投用，因此，脱甲烷塔塔顶乙烯损失量较大。在各个塔调整稳定时，C3洗和丙烷洗慢慢投入，塔顶温度从0 ℃降到-32 ℃，脱甲烷塔塔顶乙烯损失量也大大降低。脱甲烷塔级间循环量不易过大，否则甲烷带入气提段，再沸调整不及时，易造成塔釜甲烷含量超标。

2.4 乙烯精馏塔中沸调整难度大

乙烯精馏塔调整前期，中间再沸器未投用，乙烯精馏塔塔釜再沸量不够，造成塔盘上液层较厚，塔的压差较大。当中间再沸器投入运行之后，上部压差和下部压差逐渐降低，精馏效果越来越好，塔釜乙烯损失逐渐减少。乙烯精馏塔的中间再沸器是脱乙烷塔的塔顶冷凝器。通过摸索发现，乙烯精馏塔再沸量调整通过控制脱乙烷塔回流罐满罐即可，乙烯精馏剩余热量由塔釜再沸器调整。

2.5 产品气压缩机配合两器升温

通过技改，在产品气压缩机三段和四段排出分别设有2个调节阀，返回MTO装置开工加热炉入口。升温前，先用DN150氮气将产品气压缩机循环后慢慢并入到MTO装置中。与MTO压力平衡后，缓慢打开DN900电动阀，同时缓慢关闭6″氮气阀，直至全关。调整压缩机的返回线和转速，缓慢增加去MTO的循环量。当MTO升温完毕时，产品气压缩机缓慢将氮气退出，同时调整产品气压缩机转速和返回线，最终将36″电动阀关闭。若返回线量不够，可以用6″氮气补入，防止一段吸入量不够。

2.6 丙烯塔无丙烯开工

丙烯塔系统较大，如果提前引入丙烯循环的话，虽然能较快地产出合格产品，且能较快地将塔中铁锈带到泵的过滤器，避免频繁切泵，但提前购买丙烯需要的资金较多，会无形当中增加开工的成本。因为丙烯塔是液相进料，当进料时可以将塔釜再沸投用，将落入塔釜的C3组分蒸到塔顶冷凝器中冷凝，待回流罐建立液位时，可以启动回流泵，建立上塔回流，待上塔塔釜建立液位时，启动回流泵建立下塔回流。当下塔塔釜建立液位时，可以缓慢调整再沸，建立整个塔的循环。此种开工方式，较提前循环能节省较多的开工成本，避免前期循环造成的操作成本。

2.7 空冷低负荷防冻工作

因榆林地区冬季环境温度较低，所以在冬季两列空冷风机运行时，空冷风机单台负荷较低，且需要补入防冻蒸汽，防止空冷负荷小而造成空冷翅片内部冻凝。因此，将空冷风机切出一列，能保证另一列空冷风机在较高负荷下运行，且无需补入防冻蒸汽。切出风机时，需先将蒸汽入口阀关闭，待切出列风机凝结水排净时，可将抽真空阀和凝结水阀关闭，保证切出列风机压力大于运行列风机压力，防止凝结水通过切断阀窜入切出列的风机。切出之后，将切出列的风机所有电动阀都锁停，防止因误操作打开造成压缩机排汽压力高联锁停车。

3 生产调整优化措施

3.1 产品气压缩机段间罐排放增加手操器

产品气压缩机段间罐排放线增设手操器，当段间液位异常时，外操人员不能及时至现场调节，中控人员可通过手操器将段间罐内物料排放至火炬系统，防止产品气压缩机因段间罐高液位联锁停车。

3.2 增加透平凝液至净化水

因为MTO净化水中含有微量的氧化物，对水洗塔的水洗效果不利，所以，可通过技改技措准备向净化水缓冲罐引入透平凝液，以提高水洗塔的水洗效果，除去工艺气中的氧化物成分，提高氧化物脱除效果。

3.3 优化脱甲烷塔进料温度控制方式

脱甲烷塔进料温度原设计为，控制脱甲烷塔进料激冷器液位来控制脱甲烷塔进料温度。该控制方式需要手动及时调整脱甲烷塔激冷器液位，才能保证脱甲烷塔进料温度。为确保脱甲烷塔进料温度稳定，修改成脱甲烷塔进料温度与脱甲烷塔进料激冷器液位低选超驰调节，既保证了脱甲烷塔进料温度的稳定，又保证了脱甲烷塔激冷器稳定。

3.4 优化丙烯机补液流程

丙烯机在开工过程中需要不定期地向系统补入丙烯，丙烯补液流程由储运装置启动丙烯泵后引入烯烃分离装置。通过技改技措将补液流程改为烯烃分离丙烯产品引入至丙烯机集液罐，既减少了设备损耗，又能快速稳定地向系统补入丙烯。

3.5 回收丙烯保护床气相丙烯

丙烯产品保护床吸附剂能吸附很多液相丙烯，因此，KBR工艺中再生之前通过热的气相丙烯回收保护床中残留的丙烯，提高了丙烯的收率。但是，原有的工艺设计中再生置换都将物料排至火炬系统，损失大量丙烯。现新增流程将再生置换物料排入产品气压缩机段间罐，回收保护床内的气相丙烯。

3.6 空冷增加氮封

冬季空冷负荷小，易造成空冷翅片内部冻凝，因此，将空冷风机切出一列。为防止切出列空冷内氧气进入造成设备腐蚀，通过技改技措对空冷增加氮封，保证切出列空冷风机长周期运行。

3.7 丙烯制冷压缩机主密封气

丙烯制冷压缩机在停机后主密封气由自身改为氮气，启机后当丙烯制冷压缩机三段排出压力正常后由氮气改为自身，停工到开工这段时间大量氮气积聚丙烯制冷压缩机内，只有通过排放或循环返至前系统，由此造成大量丙烯损失。通过技改技措，增加过热气相丙烯线至丙烯制冷压缩机主密封气管线，用于停工和开工阶段使用，降低丙烯损失。

4 结束语

煤制烯烃生产的聚烯烃产品可以降低我国聚烯烃对外的依存度，用煤制烯烃作为石油制烯烃的补充，既可以减少乙烯、丙烯等聚烯烃的进口量，又可以减少用于生产烯烃的石油用量，对降低我国石油对外依存度意义重大。

目前，已建甲醇制烯烃工业化示范项目中，烯烃分离装置运行都较为平稳。 但是，作为新型技术的一部分，与传统的石脑油裂解制乙烯相比，甲醇制烯烃的分离流程和技术还有较大的改进和优化余地。未来，甲醇制烯烃项目的建设，烯烃分离流程应综合考虑各个方案的特点，通过详细的定量研究进行优化，在设备投资、溶剂消耗、操作能耗、乙烯损失量、特色单元先进性、流程可靠性等方面达到一个最优平衡，实现整体效益的最大化。

[1] 李士豪.流体力学[M].北京:高等教育出版社,1990:16-17.

[2] 王松汉.乙烯装置技术与运行[M].北京:中国石化出版社,2009:31-33.

[3] 刘洪亮.煤制烯烃工艺分离装置的流程分析[J].炼油与化工,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

张云涛，男，1983年出生，2006年毕业于大连理工大学，本科，工程师。研究方向：石油化工生产。

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

TQ536

A

1004-7050(2017)03-0063-03

专题讨论