裂解碳五组分尾气回收工艺的研究

卜 群，徐文华，李明磊，杨 飞

(南京源港精细化工有限公司，江苏 南京 210047)

在石油化工领域，裂解碳五原料是石脑油裂解制备乙烯过程中副产出来的，裂解碳五原料中碳四轻组分大约占了1%～10%，碳六及碳六以上重组份大约占了2%～10%，其余为碳五组分。碳五组分比较多，含量比较高的有异戊烷、正戊烷、异戊二烯、间戊二烯、环戊烷、环戊二烯等。裂解碳五中最有用的就是异戊二烯、间戊二烯和环戊二烯三种共轭二烯烃，为了更好的利用这三种共轭二烯烃，一般都是采用精馏的方法进行提纯加工。在提纯的过程中，首先要脱除碳四、碳六后再进行精馏加工。裂解碳五原料中碳四轻组分的平均沸点在0℃左右，碳五组分的沸点在25～45℃，其系列产品的储存大多采用的压力储罐，运输多采用压力槽车，加工采用带压精馏。因为裂解碳五系列产品的沸点都比较低，在储存、运输、精馏加工、装卸车的过程中，就不可避免的产生轻组分气体逸出。逸出的气体中含有大量的碳四、碳五组分，一般做为尾气排向火炬管网直接烧掉，这样不仅造成了碳五资源的浪费，还污染了环境。

在裂解碳五原料精馏加工的过程中，采用的是带压精馏，压力基本维持恒定，压力低了就补充氮气，压力高了就打开放空阀向火炬管网排放，这种排放基本上连续不断的。裂解碳五系列产品储存在压力罐中时，因为储罐进料和出料时的压力控制是不同的，当压力高到一定程度时才需要排除部分气体，保证安全，其气体排放是间歇的。裂解碳五系列产品装车时需先把槽车的压力排掉；卸车时需补充氮气把产品压到储罐中，槽车压空后，又需要把槽车的压力降到一定的值，这样槽车的排气更不稳定，并且排出的气体大部分是氮气。因此开发裂解碳五尾气回收技术，对裂解碳五尾气进行有用资源的回收利用，可实现节能减排的双重目的[1-6]。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

气相色谱仪GC9890，六通阀进样器，上海灵华仪器有限公司。

氮气中异丁烷气体标准物质，浓度：0.2%，1%，5%，10%，20%，40%(mol/mol)，南京红健特种气体有限公司。

1.2 分析方法

根据样品中有机气的含量，选择不同的标准气体，采用外标法定量分析。

1.3 槽车尾气回收工艺的研究

1.3.1 槽车尾气组成

裂解碳五系列产品的运输槽车尾气主要有：异戊二烯槽车尾气、间戊二烯槽车尾气、混合C4槽车尾气、裂解碳五原料槽车尾气等，其对应的有机气含量各自不同，一般在5%～20%(V/V)，其余为氮气。

1.3.2 回收设备及回收效果

1、槽车尾气；2、液体二氧化碳罐；3、调节阀；4、火炬管网；5、冷凝塔；6、排污阀；7、回收油品储罐。

图1 槽车尾气回收工艺流程图

Fig.1 Recycling flow chart of tank truck exhaust gas

自制的回收设备，包括液体二氧化碳罐、冷凝塔、回收油品储罐等，见图1。槽车尾气和液态二氧化碳从冷凝塔的中间稍下位置进入，两者在冷凝塔内填料层充分接触。通过调节阀控制进入冷凝塔的二氧化碳通入量，来控制冷凝塔内的温度，以此来控制尾气中有机气的回收率。通过大量的实验数据的分析，冷凝塔的温度控制在0～5℃是比较适宜的，此温度的下各种尾气的回收率均可以达到90%以上，回收效果见表1。

表1 槽车尾气的回收率

1.4 储罐尾气回收工艺的研究

1.4.1 尾气组成

储罐尾气主要有：异戊二烯产品尾气、间戊二烯产品尾气、混合C4产品尾气、裂解碳五原料尾气等，其对应的有机气含量各自不同，一般在10%～30%(V/V)，其余为氮气。

1.4.2 回收设备及回收效果

自制的回收设备，包括液氮罐、列管冷凝器、回收油储罐等，见图2。

1、尾气；2、液氮罐；3、温度调节阀；4、冷凝器；5、去氮气缓存罐；6、液相回收管道；7、储罐；8、去火炬管网

图2 储罐尾气回收工艺流程图

Fig.2 Recycling flow chart of storage tank exhaust gas

储罐尾气进入列管冷凝器的管程；低温液氮通向冷凝器的壳程，对管程内的尾气进行冷凝；通过温度调节阀控制流向列管冷凝器的液氮流量，以此来控制尾气中有机气的回收率。通过大量的实验数据的分析，冷凝塔的温度控制在-5～5℃是比较适宜的，回收效果见表2。

表2 储罐尾气的回收率

1.5 压缩冷凝回收工艺尾气装置

1.5.1 尾气组成

裂解碳五原料经精馏、萃取精馏制备异戊二烯、间戊二烯、双环戊二烯等产品的过程中，要求压力基本恒定，采取分程控制，其工艺尾气变化不大，典型组分见表3。

表3 工艺尾气典型组分表

1.5.2 回收设备及回收效果

1、工艺尾气； 2、压缩机； 3、分离罐； 4、液体回收； 5、低温冷凝器； 6、低温冷凝器； 7、制冷系统；8、分离罐；9、液体回收；10、排污；11、膜分离器；12、吸附塔；13、火炬管网

图3 工艺尾气回收工艺流程图

Fig.3 Recycling flow chart of process exhaust gas

工艺尾气回收装置主要有压缩机、分离罐、膜分离器等，见图3。考察了尾气进气量、系统压力、制冷温度等因素对回收率的影响，最后得出压力控制在0.75～0.8 MPa，温度控制在0～4℃时，可以有效的回收工艺尾气中的烃类物料，回收率达95%以上。

2 结论

采用了二氧化碳、液氮和压缩冷凝工艺分别对裂解碳五系列产品的压力槽车尾气、储罐尾气和工艺尾气进行了回收。压力槽车回收率可以达到90%以上，储罐尾气回收率可以达到94%以上，工艺尾气回收率可以达到95%以上。三种回收方法有效的回收了碳五烃类，变废为宝，既节约了宝贵的石油资源，又降低了企业的生产成本，同时由于可燃性气体排放减少，还降低了安全隐患和对环境的影响。目前每天可以回收3～5 t混合碳五，效益2万元左右。