烯烃分离装置工艺流程及其优化方法研究

王坚东

摘要：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。低碳烯烃作为具有重要价值的化工原料，在当前现代化工不断发展的局势下，其供需矛盾显得尤为突出。对烯烃分离装置进行工艺流程优化是提高产量和保证质量的关键所在。基于此，本文主要对烯烃分离装置工艺流程及其优化方法进行分析探讨。

关键词：烯烃分离装置；工艺流程；优化方法

前言

通常来说，由甲醇制乙烯、丙烯等低碳烯烃的方法称为MethanoltoOlefin，简称为MTO，该新技术便是利用煤炭或者天然气来生产有机化工原料，这样便可以改变传统油制烯烃的格局，可以将石油化工逐步转为煤化工。甲醇是一种可再生能源，可由一氧化碳和氢气合成，甲醇制烯烃的技术打破了传统生产烯烃工艺的瓶颈，对能源结构的调整具有划时代的意义。

1烯烃分离装置的工艺流程

1.1装置介绍

文章中所研究的烯烃分离装置采用的是美国CBI—Lummus专利技术，分离单元使用的是Lummus前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术，该工艺的实现过程比较简单，与传统的烯烃分离工艺相比，该工艺不需要使用前冷系统，并且没有乙烯制冷系统。该套装置在进料甲醇180万t/a的工况下可以生产乙烯30万t、丙烯30万t、混合C49万t、燃料气大概为5万t。

1.2工艺流程

通常来说，MTO工艺包括甲醇制烯烃单元和烯烃分离单元，文章研究的美国CBI-Lummus烯烃分离专利技术包括：四段压缩系统、产品气干燥系统、含氧化合物和酸性气脱除系统、高低压脱丙烷塔系统、脱甲烷塔系统（丙烷洗）、脱乙烷塔系统、乙炔加氢反应器系统、丙烯精馏系统、乙烯精馏系统、丙烷精制系统等。自反应器出来的反应气，首先将其携带的催化剂进行脱除，并进行降温，将温度控制在37℃左右后进入烯烃分离装置。反应气先经过二段压缩机系统升至分离装置所需的压力后，再通过碱洗塔脱除了反应气中的酸性气体，经过干燥器脱除了反应气水分，以防止后续冷区系统发生冻堵现象。脱除了酸性气体并经过干燥的反应气进入高低压脱丙烷系统，将C3和C4进行分离，C4以及C4＋产品进入了脱丁烷塔，分离产出混合C4产品及废汽油产品。C3以及其他轻组分经过四段压缩提压后进入脱甲烷塔系统，将甲烷氢从反应气中分离出来。含有C2和C3的反应气在脱乙烷塔将C2和C3进行分离。脱乙烷塔顶的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，丙烯精馏塔釜的丙烷送至其他装置作为原料。

2重难点分析

2.1液位高联锁

在压缩机投料时，伴随压缩机转数不断提高，段间压力明显变大，当压力升高时，气相水及烃类不断冷凝，产生的冷凝液使段间罐液位大幅上涨。与此同时，在开工过程中，伴随压缩机转数不断提高，产品气实际温度与压力都没有达到设计要求，凝液的组分和设计有很大的偏差，易使泵抽空，最终产生液位高联锁。因产品气由塔顶进入至压缩机一段时没有保温措施，所以水会在管线中遇冷凝聚，同时在MTO开工以后，顶部温度不稳定，使水进入装置中。可见，段间罐液体易引发压缩机跳车，为主要诱因之一。压缩机中产品气进入以前，应在电动阀前做好排凝。与此同时，液位调节阀应处在全开状态，使凝液全部进入吸入罐。在紧急情况中，中控应能对吸入罐的底泵进行自启，运用双泵运行方式使凝液能够进入到MTO装置中。

2.2净化水含氧化物和蜡质，易造成塔盘堵塞

烯烃分离装置水洗塔使用来自MTO装置的净化水作为洗涤水，将乙醛、丙酮、甲醇等氧化物从产品气中除去。由于净化水中携带催化剂粉末和蜡质以及PP装置返回物料携带三氧化二铝粉末，导致水洗塔填料堵塞严重。净化水与产品气不能充分接触完成对产品气中氧化物的洗涤，使进入碱洗塔产品气中氧化物含量上升，在碱洗塔碱作用下生成黄油量增加。水洗塔填料堵塞严重影响水洗塔以及碱洗塔操作，影响烯烃分离装置长周期运行。

2.3丙烯产品损失较大

D602A/B通过对吸附剂的合理使用，能吸附大量的液相丙烯。在原设计过程中，对于再生置换，均将气相物料送入到火炬系统中，导致大量丙烯直接损失和浪费。

2.4开工期间氮气损失量过大

烯烃分离装置在以往的每次开工时，C401氮气循环，内部氮气在四段出口只能大量放火炬，在正常开工时间内，需放4-6小时左右，造成较大的浪费，需针对此问题进行技改。

3装置工艺流程优化

3.1加装手操器

在段间罐的排放线上加装手操器，如果段间的液位不满足要求，且操作人员无法立即赶到现场进行调节，则中控工作人员可直接利用手操器把段间罐中的物料立即排放到火炬系统，从而避免由于段间罐的液位相对较高导致联锁停车。中控室已对P401A/B实行自启连锁。

3.2更改水洗塔塔盘结构

由于装置净化水有少量氧化物，影响最终水洗效果。对此，对水洗塔塔内填料改为45层穿流筛板塔盘并在塔进出料线加跨线，在出现异常状况时可以将该塔切除处理并保证生产短期正常运行，减少了生产操作的不稳定因素，可保证烯烃分离装置长周期稳定运行。

3.3对丙烯保护床中的丙烯进行回收

在保护床底部的排液线上手阀之前加装一条分支管线，并与V604的不凝气返回线相连，将接口的位置确定在V604不凝气线的调节阀组PV645之后，把残留于保护床的气相丙烯返回至V404，同时在这条管线上增设手阀阀组。保护床再生倒液过程中，残留于底部的丙烯由这条管线返回至吸入罐V404，实现对物料的回收。

3.4压缩机与两器实现配合升温

经技改，压缩机三、四段排出均安装2个调节阀，返回MTO装置的开工加热炉入口。在升温之前，首先利用DN150氮气使压缩机中产品气实现循环，然后缓慢与MTO装置相并入。当MTO的压力达到平衡时，将DN900电动阀开启，并将氮气阀门关闭，到全关状态位置。通过对压缩机转速及返回线的适当调整使循环量开始缓慢增加。在MTO升温结束后，压缩机开始退出氮气，再次对返回线与转速进行调整，最后使电动阀全关。如果返回线量不满足要求，补充一定量氮气，以保证一段吸入量符合要求。

3.5急冷水换热器改用水洗水

经技改，从A1界区将水洗水引一条跨线至急冷水管线，并从A1界区将急冷水切出装置，完成加热介质的转换。烯烃分离装置有三台急冷水换热器分别是E504A/B、E613，此次技改不仅提高了三台换热器的工作效率，同时还为装置带来了巨大的优化效益：

（1）减少压力为0.46MPa的蒸汽实际消耗量。如前所述，当负荷达到100%时，低压脱丙烷塔开工辅助再沸器与丙烯精馏塔开工辅助再沸器蒸汽实际消耗量分别为1.5t/h、5.0t/h，经优化后，一年可节省近125万吨的蒸汽量，当其单价为60元/吨时，可产生近7500万元的效益。

（2）节省低压脱丙烷塔再沸器的拆除与清理费用，约为1万元/次/台，如果按每月一次的频率清洗，则优化后能节省24万元费用。

（3）优化后，装置的实际负荷可达到110%。

4结语

随着高新技术和基础工业的发展，我国烯烃分离技术面临着新的机遇与挑战，为此需要结合新的科学方法来分析、优化烯烃分离技术，不断引进化学、机械、化工中的新技术，全面提高我国的烯烃分离技术，这样才能与我国现代化建设的步伐保持一致。

参考文献：

[1]王少哲.烯烃分离装置工艺流程及其优化探究[J].中国化工贸易,2017,9(15).

[2]张云涛.烯烃分离装置工艺流程及其优化[J].山西化工,2017(3):63-65.