大型烯烃分离装置关键塔设备对比分析

杨忠

摘要：随着现代煤化工项目的迅猛发展，烯烃分离装置规模不断扩大。近几年，神华集团投资建成了3套大型烯烃分离装置，主要通过甲醇制烯烃、烯烃分离装置生产聚合级乙烯、丙烯等原料，其中，神华内蒙古某煤化工项目烯烃分离装置于2010年建成并投入使用，采用鲁姆斯(LUMMUS)公司烯烃分离技术;神华陕西某化工项目烯烃分离装置于2015年建成并投入使用，采用KBR(凯洛格布朗路特)公司烯烃分离技术;神华新疆某煤化工项目烯烃分离装置于2015年建成，2016年投入使用，采用惠生(WISON)公司烯烃分离技术。3套装置的生产规模均为60万t/a(乙烯+丙烯)。本装置关键塔设备是烯烃分离装置核心设备，这些塔设备性能将直接影响烯烃分离过程的效率、能耗，同时也会影响到项目的投资以及烯烃分离装置长期稳定运行。这3套烯烃分离装置自投产以来总体运行良好，保证了聚烯烃装置原料供应。现就上述3套装置烯烃分离装置关键塔设备工艺性能、结构设计、选材、制造等方面进行对比分析。

关键词：大型烯烃分离装置；关键塔设备；对比分析

1烯烃分离工艺技术特点

根据MTO装置生产的产品气的组成和特点，从装置建设、生产操作和综合能耗等方面综合考虑，大多数专利商采用了前脱丙烷、后加氢和丙烷回收乙烯的技术，而UOP采用了前脱乙烷、后加氢和变压吸附回收乙烯的技术。神华投资建设的3套烯烃分离装置工艺流程类似，主要通过压缩机增压来自MTO装置的产品气，再进行分离，分别得到聚合级乙烯、聚合级丙烯、混合碳四、混合碳五、丙烷和燃料气等产品。

1.1鲁姆斯工艺技术

鲁姆斯公司烯烃分离专利技术采用前脱丙烷、后加氢和丙烷洗流程，包括产品气压缩、酸性气体脱除、产品气干燥、高低压脱丙烷、脱甲烷、脱乙烷、乙炔加氢、乙烯精馏、丙烯精馏、脱丁烷、丙烯制冷等单元。

1.2KBR工艺技术

KBR公司专利技术工艺流程为前脱丙烷、后加氢和多股丙烷洗流程。包括产品气压缩、酸性气体脱除、产品气干燥、脱丙烷、脱甲烷、脱乙烷、乙炔加氢、乙烯精馏、丙烯精馏、脱丁烷、丙烯制冷等单元。

1.3惠生工艺技术

惠生公司专利技术工艺流程为前脱丙烷、后加氢、预切割和油吸收流程，包括产品气压缩、甲醇洗涤和碱洗、干燥系统、脱丙烷、预切割和油吸收、脱乙烷和乙炔加氢、乙烯精馏、丙烯精馏、脱丁烷、丙烯制冷等单元。

2关键塔设备对比分析

2.1鲁姆斯烯烃分离装置关键塔设备

神华内蒙古某煤化工项目烯烃分离装置脱乙烷塔和乙烯精馏塔壳体材质为SA－516Gr．60，其他塔设备壳体均采用Q345R;水洗塔填料材质为不锈钢，其他塔板和填料均为碳钢。

第一丙烯精馏塔工作压力为1.923(顶部)/1.972(底部)MPa，工作温度为51.6(顶部)/58.1(底部)℃，设计压力为2.31MPa，设计温度为90℃，盛装的介质为丙烷和丙烯，设备直径为6500mm，切线高为49500mm，筒体壁厚为60mm，设备总高约为65.2m，属于二类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为606t;第二丙烯精馏塔工作压力为1.791(顶部)/1.925(底部)MPa，工作温度为48.5(顶部)/51.4(底部)℃，设计压力为2.15MPa，设计温度为90℃，盛装的介质为丙烷和丙烯，设备内径为7600mm，切线高为88500mm，筒体壁厚为66mm，设备总高约为102m，属于二类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为1286t。根据该项目道路运输条件，上述2台塔设备直径和长度超限，筒体现场卷制，现场搭设热处理炉，分段热处理，再现场组焊，第二丙烯精馏塔总高超过100m，需现场分两段空中组对，局部热处理，设备制造难度相当大。这2台塔设备现场安装塔板和内件。

2.2KBR烯烃分离装置关键塔设备

神华陕西某化工项目烯烃分离装置脱丙烷塔壳体材质为S30403，脱乙烷塔和乙烯精馏塔壳体材质为09MnNiDR，脱丙烷塔壳体材质为16MnDR，其他塔设备壳体均采用Q345R;碱洗/水洗塔、废碱液汽提塔、脱甲烷塔、脱乙烷塔、脱丁烷塔和乙烯精馏塔塔板和填料均为不锈钢，其他塔板和填料均为碳钢。这10台塔设备均采用TSGR004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150—2011《压力容器》、JB/T4710—2005《钢制塔式容器》等相关标准进行设计、制造、检验和验收。

丙烯精馏塔提镏段工作压力为1.886MPa，工作温度为48.5(顶部)/58.1(底部)℃，设计压力为2.3MPa，设计温度为75℃，盛装的介质为丙烷和丙烯，设备直径为6900mm，切线高为60600mm，筒体壁厚为50、56mm，设备总高约为73.9m，属于三类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为700t;丙烯精馏塔精馏段为板式塔，工作压力为1.81MPa，工作温度为46.3(顶部)/48.4(底部)℃，设计压力为2.2MPa，设计温度为75℃，盛装的介质为丙烷和丙烯，设备直径为6400mm，切线高为60600mm，筒体壁厚为46、52mm，设备总高约为74.2m，属于三类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为593t。上述2台塔设备直径和长度超限，筒体现场卷制，现场搭设热处理炉，分段热处理，再现场组焊，局部热处理，设备制造难度较大。这2台塔设备现场安装塔板和内件。

2.3惠生烯烃分离装置关键塔设备

神华新疆某煤化工项目烯烃分离装置预切割塔、油吸收塔、脱乙烷塔和乙烯精馏塔壳体材质为09MnNiDR，其他塔设备壳体均采用Q345R;甲醇洗涤塔、预切割塔、油吸收塔塔板和填料均为不锈钢，其他塔板和填料均为碳钢。这11台塔设备均采用TSGR004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150—2011《压力容器》、JB/T4710—2005《钢制塔式容器》等相关标准进行设计、制造、检验和验收。

第一丙烯精馏塔工作压力为1.980(顶部)/2.027(底部)MPa，工作温度为52.4(顶部)/60.7(底部)℃，设计压力为2.38MPa，设计温度为－20～90℃，盛装的介质为丙烯、丙烷，设备内径为6200mm，切线高为44600mm，筒体壁厚为48mm，设备总高约为58.3m，属于三类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为439t;第二丙烯精馏塔工作压力为1.846(顶部)/1.979(底部)MPa，工作温度为47.1(顶部)/52.3(底部)℃，设计压力为2.21MPa，设计温度为－20～90℃，盛装的介质为丙烯、丙烷，设备内径为7500mm，切线高为98250mm，筒体壁厚为56、60mm，设备总高约为112m，属于三类压力容器，需要整体焊后热处理，设备净重约为1218t。上述2台设备直径和长度超限，筒体现场卷制，现场分段热处理，现场组焊。第二丙烯精馏塔总高超过110m，需现场分2段空中组对，局部热处理，设备制造难度最大。这2台塔设备现场安装塔板和内件。

3结语

通过神华3套烯烃分离装置关键塔设备对比分析，可以看出各自的特点、技术优势和不足，在大型煤制烯烃项目中，选用鲁姆斯、KBR、惠生烯烃分离技术都有成熟的成功运行经验，风险都比较小。在烯烃分离技术选择阶段，建议借鉴已有装置成功运行经验，根据装置规模、建设地点以及运输条件等，尽量减少大型塔设备现场制造以降低设备造价，合理选择烯烃分离技术。

参考文献：

[1]唐明辉,赵丹丹.神华包头煤化工烯烃分离工艺技术特点[J].石油和化工设备,2011(4):48-50.

[2]刘建荣.煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程优化研究[J].中国石油石化,2016,21:055.