MTO下游烯烴分離技術(shù)分析與優(yōu)化

王海桃(神華新疆化工有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)

MTO下游烯烴分離技術(shù)分析與優(yōu)化

王海桃(神華新疆化工有限公司,新疆 烏魯木齊 830000)

通過(guò)對(duì)“魯姆斯”、“惠生”烯烴分離技術(shù)的對(duì)比，結(jié)合兩種工藝在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提出對(duì)水洗、堿洗系統(tǒng)，凝液汽提系統(tǒng)的優(yōu)化改造。達(dá)到穩(wěn)定水洗塔操作，減少堿洗塔黃油生成量，降低壓縮機(jī)三段負(fù)荷的目的。

丙烷洗;分離;優(yōu)化

1 烯烴分離工藝流程介紹

來(lái)自甲醇制烯烴裝置的產(chǎn)品氣進(jìn)入烯烴分離裝置，首先經(jīng)過(guò)四級(jí)壓縮、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，進(jìn)入高低壓脫丙烷塔進(jìn)行分離。高壓脫丙烷塔頂物流經(jīng)產(chǎn)品氣四段壓縮后送至脫甲烷塔，塔頂產(chǎn)品主要是甲烷，經(jīng)冷箱后得到燃料氣。塔底物流送至脫丁烷塔，得到碳五以上產(chǎn)品和混合碳四產(chǎn)品。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進(jìn)行碳二和碳三分離，塔頂碳二經(jīng)過(guò)乙炔轉(zhuǎn)化后進(jìn)入乙烯精餾塔，塔頂產(chǎn)品即為聚合級(jí)乙烯產(chǎn)品。塔底碳三進(jìn)入丙烯精餾塔，塔頂餾分便是聚合級(jí)丙烯。聚合級(jí)的乙烯和丙烯產(chǎn)品分別送入PE裝置和PP裝置作原料，混合碳四送碳四裝置作為原料。

2 “魯姆斯”技術(shù)與“惠生”技術(shù)區(qū)別

“魯姆斯”技術(shù)與“惠生”技術(shù)采用相同的“前脫丙烷，后加氫”流程。兩者在液相烴凝液處理、乙烯收率等方面，因?yàn)閭?cè)重點(diǎn)的不同，因此采用不同的工藝設(shè)置。

2.1 設(shè)計(jì)階段的區(qū)別

(1)水洗、堿洗系統(tǒng)?！棒斈匪埂奔夹g(shù)水洗、堿洗系統(tǒng)設(shè)置在壓縮機(jī)二段出口，操作壓力為0.7MPa；“惠生”技術(shù)水洗、堿洗系統(tǒng)設(shè)置在壓縮機(jī)三段出口，操作壓力為1.5MPa；兩種工藝操作溫度近似。對(duì)于吸收塔而言，僅考慮其對(duì)氣體的吸收速率，提高壓力有利吸收。堿洗塔中黃油生成機(jī)理：一是冷凝或溶解在堿液中的雙烯烴或其它不飽和烯烴在氧作用下，誘發(fā)成自由基，自由基最終聚合成生成黃油；二是產(chǎn)品氣中的醛或酮在堿的作用下發(fā)生縮合反應(yīng)生成黃油。綜上：高壓有利于水洗塔脫出含氧化合物，可降低產(chǎn)品氣中氧化物含量；但高壓有利于聚合物生成，因此操作中需要水洗塔出口產(chǎn)品中氧化物含量必須達(dá)到要求。

(2)凝液汽提塔與液相干燥器?！棒斈匪埂惫に嚥捎靡合喔稍锲魈幚斫?jīng)水洗、堿洗后冷凝的液相烴。液相干燥器運(yùn)行—再生周期為72小時(shí)/次，其再生過(guò)程中冷吹操作，會(huì)將大量烴類置換吹掃至火炬，造成物料的損失?！盎萆惫に嚍楸苊饣驕p少物料損失，采用凝液汽提塔替代液相干燥器作用。液相烴凝液直接輸送至凝液汽提塔，進(jìn)行非清晰分割，塔釜得到碳三及以下輕組分不超過(guò)1000ppm的混合液；塔頂氣相返回壓縮機(jī)三段吸入罐。凝液汽提塔連續(xù)操作，雖然能有效避免再生過(guò)程物料的浪費(fèi)，但頂部返回氣相會(huì)增加壓縮機(jī)三段的負(fù)荷，滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)較“魯姆斯”工藝高15000Nm3/h。

(3)高、低壓脫丙烷塔與脫丙烷塔+凝液汽提塔?！棒斈匪埂惫に嚥捎酶?、低壓脫丙烷系統(tǒng)，雙塔均采用非清晰分割操作。高壓脫丙烷塔操作壓力為1.84MPa，塔釜溫度為80℃；塔頂控制碳四含量小于1000ppm，塔釜控制塔三含量0.05～0.06mol%，釜液經(jīng)冷卻后輸送至低壓脫丙烷塔。低壓脫丙烷塔操作壓力為0.76MPa，塔釜溫度為82℃；塔頂控制碳四含量0.55～0.7mol%，用泵輸送至高壓脫丙烷塔，塔釜控制塔三含量小于0.2 wt%；釜液送至脫丁烷塔處理。采用高、低壓脫丙烷系統(tǒng)，可以有效防止塔釜結(jié)焦。

在充分吸收高、低壓脫丙烷系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況，“惠生”工藝采用脫丙烷塔+凝液汽提塔的形式，達(dá)到對(duì)碳三、碳四的清晰分割。脫丙烷塔操作壓力為1.322MPa，塔釜溫度為95.6℃；塔頂控制碳四含量小于1000ppm，塔釜控制碳三含量小于3000ppm，釜液送至脫丁烷塔。凝液汽提塔操作壓力為0.765MPa，塔釜溫度為79.5℃。塔頂進(jìn)料，無(wú)回流，塔釜控制碳三含量小于1000ppm，釜液送至脫丁烷塔；塔頂含水物料返回壓縮機(jī)三段。凝液汽提塔的設(shè)置，既達(dá)到低壓脫丙烷塔防止高壓高溫結(jié)焦的作用，又部分替代液相干燥器的作用，同時(shí)能較大程度的消除兩者的缺陷。

(4)脫甲烷塔與預(yù)切割—油吸收系統(tǒng)?！棒斈匪埂惫に嚰夹g(shù)的特點(diǎn)之一是采用“丙烷洗”替代傳統(tǒng)深冷分離。塔頂引入一股來(lái)自丙烯精餾塔的釜液，作為塔頂回流沖洗液，根據(jù)“相似相溶”原理，將脫甲烷塔頂不凝氣中乙烯組分，洗滌溶解回收，使塔頂不凝氣中乙烯損失不大于3.2%(mol)?！盎萆惫に嚥捎玫摹邦A(yù)切割—油吸收”技術(shù)，其原理與“丙烷洗”相同。為降低開工初期或異常波動(dòng)工況下乙烯損失，在塔頂設(shè)置一降膜式換熱器，碳三洗滌液在降膜式換熱器中進(jìn)一步過(guò)冷，促進(jìn)洗液對(duì)乙烯的吸收，進(jìn)一步降低塔頂不凝氣中乙烯損失，不大于0.49%(mol)。

2.2 生產(chǎn)運(yùn)行階段存在的問(wèn)題

(1)水洗、堿洗系統(tǒng)?！棒斈匪埂惫に嚕此\(yùn)行初期使用上游MTO裝置產(chǎn)生的凈化水做洗滌液，加之MTO產(chǎn)品氣中夾帶有催化劑粉末，造成水洗塔壓差大，填料堵塞，嚴(yán)重影響水洗效果。進(jìn)而加劇堿洗塔黃油生成，引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)保問(wèn)題。

“惠生”工藝吸取了“魯姆斯”工藝缺點(diǎn)，在水洗塔前設(shè)置一緩沖罐，以降低MTO產(chǎn)品氣中催化劑粉末攜帶量，同時(shí)，用作在MTO注二甲苯洗滌急冷塔時(shí)，撇出重油及二甲苯。由于后續(xù)流程采用凝液汽提塔工藝，其滿負(fù)荷設(shè)計(jì)工況，進(jìn)入水洗、堿洗系統(tǒng)的流量為83000Nm3/h；而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中流量為92000～98000Nm3/h，使水洗塔頂部氣相嚴(yán)重帶水，堿洗塔黃油生成量遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)處理負(fù)荷1.5t/h。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)黃油組分進(jìn)行分析檢測(cè)，黃油絕大多數(shù)為醛酮縮合物。

(2)液相干燥器與凝液汽提塔。液相干燥器存在的問(wèn)題一方面是再生過(guò)程物料的損失，另一方面則是吸附熱的集聚。再生過(guò)程物料損失是該流程無(wú)法徹底消除的，只能優(yōu)化減少。吸附熱的集聚則是需要在操作過(guò)程中竭力避免的；短期停車，須倒空物料，以防止床層溫升可能引發(fā)的管道變形、設(shè)備超壓等事故。凝液汽提塔在操作過(guò)程中，由于進(jìn)料組分不穩(wěn)定，碳四占比程度多少，對(duì)凝液汽提塔操作會(huì)產(chǎn)生影響。為滿足塔釜碳三含量小于1000ppm的要求，通常會(huì)適當(dāng)增加再沸量，導(dǎo)致塔頂氣相流量大于設(shè)計(jì)流量，增加壓縮機(jī)三段、水洗、堿洗系統(tǒng)負(fù)荷。

(3)高低壓脫丙烷塔與脫丙烷塔、凝液汽提塔。高低壓脫丙烷塔系統(tǒng)，根據(jù)歷次檢修反饋情況，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，即有效改善單塔操作系統(tǒng)結(jié)焦的問(wèn)題。脫丙烷塔、凝液汽提塔系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行情況以及檢修反饋情況，同樣達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。在較低的操作壓力下，適當(dāng)增加操作溫度，塔釜結(jié)焦并不會(huì)明顯增加。

(4)脫甲烷塔與預(yù)切割—油吸收系統(tǒng)。脫甲烷系統(tǒng)與預(yù)切割—油吸收系統(tǒng)，兩者均采用“相似相溶”原理，對(duì)尾氣進(jìn)行洗滌，回收碳二組分，經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，都能滿足設(shè)計(jì)的要求。預(yù)切割—油吸收系統(tǒng)引入的降膜式換熱器，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，乙烯損失一般能控制在0.5%左右。

3 基于兩種工藝的優(yōu)化

3.1 水洗、堿洗系統(tǒng)

綜合考量上述兩種工藝下，水洗、堿洗系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題，相應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。

水洗塔入口設(shè)置緩沖罐。壓縮機(jī)出口產(chǎn)品氣經(jīng)過(guò)冷卻降溫后，部分重油、水在緩沖罐中冷凝、收集，降低水洗塔處理負(fù)荷。另一方面，緩沖罐可去除一部分產(chǎn)品氣中夾帶的催化劑粉末，尤其是裝置運(yùn)行后期，上游MTO裝置水洗塔、急冷塔注二甲苯期間，緩沖罐可排除大量重質(zhì)含催化劑蠟狀物，減輕水洗塔塔盤堵塞情況，確保水洗塔洗滌效果。

自MTO工藝來(lái)的產(chǎn)品氣中，雙烯烴含量少，且實(shí)際黃油組分中，醛酮縮合物約占80%左右，因此，堿洗塔黃油的生成量由水洗后醛酮含量決定。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，由于水洗塔本身溫度變化或進(jìn)入產(chǎn)品氣量大幅波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致大量含醛酮洗滌水進(jìn)入堿洗塔，一方面醛酮自身縮合產(chǎn)生黃油，另一方面攜帶的重?zé)N為反應(yīng)提供附著點(diǎn)，加劇黃油生成。因此，在堿洗塔進(jìn)料加熱器前設(shè)置除液罐，及時(shí)排出水洗塔頂部氣相中攜帶的水分、重?zé)N冷凝液，減少黃油生成量，確保堿洗塔長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.2 干燥、脫丙烷系統(tǒng)的整體優(yōu)化

(1) 改造凝液汽提塔形式。將汽提塔改造為普通精餾塔，塔頂設(shè)回流罐；塔頂適當(dāng)放大碳四控制指標(biāo)，塔釜控制碳三含量。塔頂設(shè)置回流，有利于精餾塔穩(wěn)定操作，降低塔頂氣相返回量，降低壓縮機(jī)三段負(fù)荷，有利于水洗、堿洗系統(tǒng)操作。

(2)改造凝液汽提塔頂部氣相流程設(shè)置。在凝液汽提塔下游新增氣相干燥器、冷凝器，汽提塔塔頂氣相干燥、冷凝后，經(jīng)泵輸送至脫丙烷塔作為一股進(jìn)料。既降低了壓縮機(jī)三段負(fù)荷，又防止碳四組分在高溫高壓下結(jié)焦。

[1]韓曉芹.預(yù)精餾塔優(yōu)化操作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J].中氮肥,2007,05-0023-02.

[2]吳秀章，等.煤制低碳烯烴工藝與工程[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.2.