烯烃分离装置的进一步深化研究

朱 勇

（潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046000）

0 引言

山西潞安化工集团煤基清洁能源有限责任公司成立于2014 年1 月13 日，位于山西省长治市襄垣县王桥镇，注册资金35 亿元，在册员工1360 余人，为山西潞安化工集团煤基清洁能源有限公司投资建设的一家特大型现代煤化工企业。公司承担高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目（后文中简称180 项目）的筹建和运营，是集研发、生产、销售为一体的高新技术企业。该项目是国家“十二五”重点攻关、山西省重大转型标杆项目，以“高端化、全循环、多联产”及“技术创新+商业模式创新”为主要特征，将建成世界上第一个高技术集成、高效能循环、高品味体现、低碳、低水耗、低能耗的“三高三低”资源综合利用循环经济园区。公司秉承集团“以煤为基、多元发展”的理念和发展模式，目前发展形成了由大宗油品生产销售向高端精细化研发生产拓展的良好局面。公司现有七大工艺生产装置：空分装置、煤气化装置、净化装置、尾气制氢装置、油品合成装置、油品加工装置、精细化学品加工装置。主要产品有润滑油基础油、白油、烯烃料、溶剂油、特种燃料、LPG 等数十余种，产量可达110 万t/a。

为了企业开源，进一步丰富产品的多样化与多元化，山西潞安化工集团煤基清洁能源有限责任公司投资建设的一家特大型现代煤化工企业，投资兴建了一套《一种煤制稳定重质油提质的烯烃分离装置》，该工艺产品为4 个精馏塔分离混合烃产品C5～C8、C9～C11、C12～C13、C14～C18 及＞C18，目前可销售的终端产品收率32.2%，相对来说可销售产品转化率比较低。由于稳定重质油原料当中组分复杂，各物质沸点不同，如何更好的利用目前现有的装置多产出可销售的产品，提高终端产品的收率，是提高烯烃分离单元经济性的重要课题。

通过对C5-C8，C8-C11 的理化性质进行分析，产品C8～C11 和产品C5～C8，可作为销售产品推广至市场，增加装置运行的附加值。对现有工艺流程进行优化，将原有的四塔运行变成三塔运行，即可实现多产出两种可销售产品，从而降低装置运行的能耗，增加收益。

1 现有技术背景

α-烯烃是石油化工行业非常重要的基础原料，在石油化工中占有重要的地位。而其中α-烯烃作为一种重要的有机原料和中间体产品，被广泛应用于聚乙烯共聚单体、表面活性剂、润滑油、增塑剂、聚α-烯烃、助剂和精细化学品。其中1-丁烯、1-己烯和1-辛烯主要作为聚乙烯的共聚单体，1-辛烯和C10～C13用于做聚α-烯烃（PAO）的原料，C14～C18 用于生产洗涤剂，C18 以上的α-烯烃用于生产润滑剂和钻井液[1]。

从费托合成油中分离出高纯度的不同碳链长度的烯烃具有长远的意义和广阔的市场前景，煤基α-烯烃有石油基α-烯烃不可取代的地位，奇数碳和高碳数α-烯烃可通过费托合成工艺合成得到，是目前其他合成工艺无法工业化得到的。通过本专利技术应用的装置可获得多种具有窄碳数分布的烯烃产品，经深加工可生产乙酸酯、低黏度聚烯烃（PAO）、高碳醇、烷基酚、烷基苯及高碳单烷烃或者二元酸等，市场附加值高，具有石油基α-烯烃无法取代的优势[2-3]。

目前，国内建成投产的以费托合成工艺为载体的烯烃分离装置仅潞安集团建设的30 万t/a 烯烃分离装置，属国内首套。本专利在该装置设计四塔分离产品的工艺基础上，根据市场对产品的定向需求，探索获得费托合成油品中α-烯烃组分的三塔工艺方法，将现有的二塔运行向三塔运行进行突破。

2 三塔工艺方法

2.1 原二塔工艺方法

来自界外168 ℃的稳定重质油首先进入93100-V102（烯烃原料缓冲罐），经93100-P101A/B（烯烃原料泵）加压至0.72 MPa（G）进入93100-PF101A/B（烯烃原料聚结器预过滤器）和93100-CL101A/B（烯烃原料聚结器）脱水。脱水后的重质油经93100-E103（原料-T103 塔顶油气换热器）预热至210 ℃后进入93100-T101（T101 塔）。T101 塔采用真空操作，塔顶操作压力约-0.036 MPaG，操作温度121.6 ℃，塔顶出口为C11 以下的气相混合烃，经93100-A101（T101塔顶空冷器）、93100-E105（T101 塔顶水冷器）冷却至40℃后进入93100-V103（T101 塔顶回流罐），由93100-P102A/B（T101 塔顶回流泵）部分送回至T101塔内，其余作为XT1 成品外送。

T103 塔顶操作压力约为-0.071MPa（G），操作温度161 ℃，T102 塔底油经93100-P107A/B（T103 塔底泵）升压后，经冷却器93100-E111 和空冷器A106（T102 塔底油空冷器）换热冷却至约60 ℃后，作为XT4 产品；T103 塔顶分馏出C11-C13,经过换热冷却后作为XT1+2。T104 暂时作为储罐使用，待后期开发出新产品后进行分离使用。

2.2 现三塔工艺方法

在原有两塔运行图的基础上，将T101 操作指标进行优化，使塔顶分馏出C5-C11,将原有的XT1 送入T102 进行再次精馏，塔顶分馏出C5-C8.塔底分馏处C8-C11，分别作为产品进行外销。烯烃分离由两塔运行转为三塔运行操作程序作业卡，如表1 所示。

表1 烯烃分离由两塔运行转为三塔运行操作程序作业卡

2）为给工艺装置提供充足的热源，设置导热油炉系统。其中正常生产时，导热油作为93100-E106（T101 塔底重沸器）、93100-E112（T102 塔底重沸器）的再沸热源。

导热油炉系统分为三个部分：烟风系统、导热油系统、燃料气系统。

2.2.1 烟风系统

烟风系统由导热油炉、低氮燃烧器、鼓风机、回流风机、空气预热器、自力式钢烟囱组成。空气经93100-C401（鼓风机）加压后，先经93100-E401（空气预热器）与93100-F401（导热油炉）出口高温烟气换热后，送入设置在导热油炉底部的93100-J401（低氮燃烧器）。燃烧后的高温烟气经内层盘管辐射换热后，从内层盘管上部进入内、中、外层盘管之间所构成的对流换热区，换热后由壳体下部排烟口排出，排出烟气余热经93100-E401（空气预热器）回收热量后，进入烟囱排放。

为降低炉膛内的氧气含量，空气预热器出口烟气有一部分通过循环风机加压后随热风送至燃烧器，从而减少进入炉膛的空气量，降低氮氧化物排放量，循环烟气量可根据锅炉负荷按比例进行调节。

2.2.2 导热油系统

注油：初次使用时，通过软管将导热油经93100-P402（注油泵）送入93100-V402（膨胀罐），再对系统进行充油。93100-V402（膨胀罐）采用氮气进行气封，避免导热油与氧气接触而产生氧化，变质老化，也避免水蒸气的进入。

正常运行时：由93100-P401A/B（导热油循环泵）建立导热油加热系统的循环，被加热的高温导热油在用户换热设备中与用热工质进行换热，从各用热设备返回的导热油经93100-P401A/B（导热油循环泵），输送到导热油炉进行加热；当用热设备供热负荷变化时，通过旁路气动调节阀自动调节流量，保持主循环流量基本不变。

从各用热设备返回的导热油汇集后进入93100-V403（油气分离器），系统内产生的微量气体经膨胀管排入93100-V402（膨胀罐）。

溢流、排气：93100-V402（膨胀罐）内过剩导热油通过溢流管流入93100-V401（储油罐）；膨胀罐内的气体可通过设置的放散管排出。注意：导热油第一次脱气时，如气量较多，应打开辅助排气管排气，并控制排气强度，保持压力稳定。加热炉正常工作时，关闭辅助排气管阀门，系统内产生的微量气体通过油气分离器经膨胀管排出。

排油：系统更换导热油时，可通过注油泵及管线将设备中或系统中的导热油排出；膨胀罐内导热油可通过排油管线排至储油罐。

2.2.3 燃料气系统

来自界外的0.4 MPa（G）燃料气经过93100-V404（燃料气分液罐）分液后，经过自力式调压阀减压至0.04 MPa（G）后分为两路进入低氮燃烧器，一路为主燃料气管线，另一路为点火管线。主燃料气管设置有阻火器。通过控制导热油出口温度，调节主燃料气管线燃料气流量，避免导热油超温。主燃料气管线和点火管线均设置有压力测量、报警、联锁，保证导热油炉安全运行。

装置来的不凝气送入鼓风机入口风道上，随空气进入炉内燃烧。在不凝气管线上设有自动切换和放散阀门。

3 三塔工艺的技术指标

1）在目前烯烃分离装置运行的基础上，将T102塔并入系统中运行，从T102 塔塔顶产出产品C5～C8，T102 塔塔底产出产品C8～C11。由于产品结构发生变化，需要对T102 塔塔顶以及塔底温度进行相应调整。

2）对T102 塔所需要产出产品进行工艺指标调试，对所产出产品进行市场开拓，确定优化方案并进行实施。

不断优化T102 塔塔釜温度、塔顶压力、塔顶温度及塔顶回流量对回收组分的影响关系，在设计允许的条件下扩大优化控制指标范围，打破原有的T102 塔的运行状态，实现T102 塔塔顶，塔底两种产品持续合格，具备外销条件。

3）研究由两塔运行转变为三塔运行工艺流程优化方法，实现塔顶，塔底两种产品外送成品罐区目标。

4）技术关键及主要技术经济指标

通过对T102 塔操作指标优化，调整T102 塔塔底产出C8～C11 产品，要求指标为≤C7 不超过0.5%，调整T102 塔顶产出C5～C8 产品，要求指标为C5～C8 有效组分≥98%，达到产品质量要求。

4 三塔工艺的有益效果

项目完成后，解决了烯烃装置产品单一，整体销售产品占比原料较低的问题。优化工艺流程之后可实现四种产品分离，分别是外销产品XT1+2（C10～C13），外销产品C8～C11；外销产品C5～C8，其中外销产品按照28 t/h 进料量，全年可产出新增产品3.942 万t，按照目前市场销售价8 300 元/t，按照增值2 000 元/t 核算，可实现营收7884 万元。

研究完成后，利用现有烯烃分离装置闲置的T102 塔对T101 塔顶物料进行分离，通过摸索操作温度和压力以及附属导热油炉的各种负荷调整要求，分离出C5～C8；C8～C11 两种产品研发。此产品可作为氯化石蜡的原料，其市场潜力巨大。

5 烯烃分离技术的发展前景

本技术使用的原料为煤基费托合成的油品，不含硫氮芳烃，原料中烯烃组分基本为α-烯烃，与石油基原料相比具有原料纯度高的优势，所需工艺不含化学反应，属于物理精馏，原料处理和产品分离经济成本低，无需额外的除杂工艺和设备。

所得碳数范围内的产品纯度在94.5%以上甚至更高，几乎不含杂质，可作为精细化工产品生产的优质原料[4]。

所得产品组份完全通过煤基费托合成，可进一步精细化分割得到各种下游产品，目前通过该途径得到该部分低碳烯烃、高碳烯烃，石油基原料分离、乙烯合成等化工方法无法取代。

6 结语

综合梳理现有研究成果可以知道，煤化工是现代化工事业发展进程中需要涉及的重要内容组成部分，在现有生产中，只有不断完善生产工艺，根据市场不断对生产工艺进行调整，不断优化产品结构，以市场为导向，不断加深对生产装置潜能的激发，才能更好的实现工艺价值，不断增大企业效益。