乙烯装置顺序分离技术(二)

专家讲座乙烯工业2009,21(2) 59 ~64ETHYLENE INDUSTRY乙烯装置顺序分离技术(二)盛在行，王振维(中国石化工程建设公司,北京, 100101)摘要:主要介绍了 乙烯装置顺序分离技术。并对近年来与顺序分离技术有关的技术进展进行简要介绍。对顺序分离技术的特点及其适用范围进行了初步分析。关键词:乙烯;顺序分离;低压脱甲烷;催化精馏;分凝分馏塔;二元制冷2.2降低脱甲 烷塔的压力化及压缩机制造技术的发展,甲烷制冷压缩机可降低脱甲烷塔的操作压力,可以提高甲烷和.以采用带千气密封的离心式压缩机取代以往的活乙烯的相以挥发度,从而降低回流比。这样既可塞式甲烷压缩机,有效地解决了运转周期及冷箱被以降低能耗,又可以降低甲烷中乙烯的含量,提高机组机油冻堵的问题，提高了装置的稳定性。近几乙烯回收率。.通常当脱甲烷塔操作压力为3.0. ~年来,Lummus 公司又开发了二元和三元制冷技术，3.2MPa时,称为高压脱甲烷;当脱甲烷塔操作压可以直接给低压脱甲烷塔提供所需的制冷负荷。力为1.05~1.25 MPa时,称为中压脱甲烷;当脱低压脱甲烷塔塔顶温度约-134 C ,塔釜温度甲烷塔操作压力为0.5 ~0.7 MPa时,称为低压脱约-54C,全塔操作温度很低。为回收其低温冷甲烷。早期的顺序分离流程均采用高压脱甲烷。量,将其再沸器和中间再沸器均用于预冷裂解气。(1)低压脱甲烷工艺流程。相应的冷箱和进料温度与高压脱甲烷系统相比也为降低乙烯装置综合能耗, Lummus公司从20发生了变化,见图3。世纪70年代后期开始,从高压脱甲烷塔的工艺流预冷至约-36C的裂解气在加热脱甲烷塔塔程改为低压脱甲烷塔的分离流程。由于脱甲烷塔釜液的同时被-54 C的塔釜液冷却至-47 C ,此压力的降低,系统低于-101C的冷量增大，因而.裂解气经乙烯冷剂被冷却至-55 C ,然后用于加发展出不同的制冷方式。以往主要采用两种制冷热脱甲烷塔中间再沸器,裂解气同时被冷却至方式:甲烷循环制冷和甲烷压缩制冷。甲烷循环. -57 C ,再经乙烯冷剂冷却至-72 C后进入汽液制冷利用裂解气压缩机兼做制冷压缩机,其原理分离罐8。罐8中凝液经岐化换热器后,-部分送是:冷箱系统分离出的碳-馏分( 主要是甲烷)节人脱甲烷塔,另一部分减压回热后再送人脱甲烷流后提供冷量,回收冷量后的低压甲烷物料与裂塔。罐中未冷凝气体经冷箱4和冷却器冷却至解气混合后进人裂解气压缩机,然后进人冷箱系-98 C送人分离罐9。罐9中凝液减压后送入脱统再分离,物料(甲烷)在系统内循环,同时提供低甲烷塔,未冷凝气体经冷箱5冷却至-136 C后送温级的冷量。该方法中甲烷存在-一个分离-混入分离罐10。罐10中的凝液减压经冷箱5回热合-分离的循环,增加了能耗,同时导致裂解压缩机系统处理能力增大,仅在小装置中为避免装置收稿日期:2009 -03 -02。过于复杂而使用。对于大、中型乙烯装置,甲烷制中国煤化工徐州人,997年毕业于冷系统可采用开式热泵系统。脱甲烷塔顶的气相CNMHG学位,现从事乙烯装置分进入甲烷制冷压缩机,升压后可用乙烯冷剂将甲.YH师，高级工程师，已发烷冷凝,为脱甲烷塔提供回流。随着装置的大型表论文5篇。乙烯工业第21卷后送入脱甲烷塔,未冷凝气体进人冷箱6冷却至制冷压缩机。甲烷制冷压缩机出口气体经后冷器-150 C送人分离罐11。罐11中凝液减压节流用水冷却,并经冷箱26、冷却器(用-101乙烯后进人冷箱6,回收冷量后作为低压甲烷产品。罐冷剂)24冷却至- 134 C后送人回流罐。回流罐中未冷凝气体经冷箱7冷却至-169 C后送人分底液相送脱甲烷塔顶作为回流。回流罐顶气相及离罐12。罐12中凝液减压节流后进入冷箱7,回脱甲烷塔顶部分甲烷气相进人冷箱回收冷量后作收冷量后作为低压甲烷产品。罐中未冷凝气体经为高压甲烷去再生气系统。脱甲烷塔釜液经冷量冷量回收后作为粗氢。回收后送人脱乙烷塔。脱甲烷塔顶一部分甲烷气体经冷箱26回收对年产450kt的乙烯装置,采用低压脱甲烷冷量冷却甲烷制冷压缩机出口甲烷后,送人甲烷.工艺,能耗比高压脱甲烷工艺减少3790 kW12]。CRC.RC.R C.R CR.，高压甲烷低压电烷2624去脱乙婉塔乙烯乙烷乙烷CWPCRCRL21|13二L202-图3带甲 烷制冷系统的低压脱甲烷工艺流程示意1-7.19 .26冷箱;8-12汽液分离罐; 13脱甲烷塔; 14冷却器; 15中间再沸器; 16再沸器; 17 ~18裂解气冷却器;20釜液泵; 21甲烷制冷压缩机; 22段间冷却器; 23后冷器; 24冷却器; 25回流罐(2)中压脱甲烷工艺流程。C后送人第三汽液分离罐7。罐7中的凝液送至降低脱甲烷塔操作压力可以取得降低能耗和脱甲烷汽提塔,未冷凝气体经冷箱14冷却后送入提高乙烯回收率的效果,但在低压脱甲烷时需增乙烯吸收塔。乙烯吸收塔釜液送人脱甲烷塔21设甲烷制冷系统。为取得降低脱甲烷操作压力的中段,塔顶气体经冷箱15、16进一步冷却,由此获效果，而又克服低压脱甲烷低温冷量不平衡的缺得氢气产品和中压甲烷产品。脱甲烷汽提塔18点,Technip公司采用了中压脱甲烷的工艺流程。釜液经冷量回收后送人脱乙烷塔,塔顶采出气体根据有效能热力学分析, Technip公司认为中压脱经塔顶冷却器冷却至-95 C后送人脱甲烷塔塔甲烷过程与高压脱甲烷过程相比,过程热力学效釜。脱甲烷塔釜液部分作为脱甲烷汽提塔的回率可由27%提高至29% , 节能效果较明显。流,部分送人冷箱17为脱甲烷塔塔顶冷凝提供冷图4为Technip公司曾采用的中压脱甲烷工量,经冷量回收后作为循环气返回裂解气压缩艺流程。机。冷凝液作为脱甲烷塔和乙烯吸收塔的回流,经干燥处理后的裂解气被冷却至-33 C后未冷凝气体送至透平膨胀机进行绝热膨胀。膨送人第一-进料分离罐5 , 在此所得凝液送人脱甲胀机出7与休兴 人冷笛17为脱甲烷塔塔顶冷凝烷汽提塔,未冷凝气体经冷箱12冷却至-73 C后提TYH中国煤化工收其冷量后送入送人第二汽液分离罐6。罐6中的凝液送人脱甲再_CNMHG气系统作为再生烷汽提塔18,未冷凝气体经冷箱13冷却至-95气。第21卷盛在行等.乙烯装置顺序分离技术(二)61●137C1 370二 循环乙烧循环乙烷CRCRCR去脱乙烧塔GR2O1N。第二进料裂解气. 1718C.R2、]. 脱乙烧塔」 CR9。乙烯塔顶气229]“ 928图4中压脱甲 烷工艺流程示意1~4換热器;5-9汽液分离罐; 10-17冷箱; 18 脱甲烷汽提塔; 19 再沸器; 20冷凝器; 21脱甲烷塔; 22乙烯吸收塔;23回流罐; 24压缩机吸入罐; 25膨胀机; 26压缩机; 27、28回流泵; 29釜液泵2.3 双塔双压脱丙烷脱丙烷塔,但冷冻功耗有所增加。单塔低压脱丙在脱丙烷的流程中,早期较多采用高压脱丙烷操作压力(表)为0.5 ~0.8 MPa,塔顶温度为烷(1.1 ~1.6 MPaG)。此时,塔顶冷凝器只需水.1~15C,塔釜为75~82C,通常控制塔釜不超过冷却即可,不必耗用低温冷量。但由于塔釜温度82 C。在此条件下并注人阻聚剂则不需要设置备较高(104~121 C),聚合物生成量大，再沸器和用下塔,再沸器约半年清理1次。下塔塔板均有大量结垢,不仅需要设置备用再沸为节省冷冻功耗,同时又避免塔釜温度过高器(不到2个月清理1次)，尚需设置备用下塔。而形成的聚合物结垢和堵塞问题,技术人员开发为解决此问题,20世纪70年代初期大多改为低压了双塔脱丙烷工艺流程,见图5。:w |进料.2脱乙烷塔釜3010GRE4wL_3上422811y厂EnPS碳二馏分去加氢脱炔凝液汽提塔釜去脱J烧塔图5高低压双塔脱丙烷流程示意1高压脱丙烷塔;2冷凝器;3回流罐;4回流泵; 5中间再沸器; 6再沸器; 7换热器; 8低压脱丙烷塔;9水冷冷凝器; 10丙烯冷却冷凝器; 11回流罐; 12回流泵; 13再沸器脱乙烷塔釜液送人高压脱丙烷塔,其操作压冷颛中国煤化工:部分送至碳三加力(表)约为1.4 MPa,塔顶温度约为40 C,塔釜氢脱MYHCNMHG为减少加热蒸汽温度约为78C。塔顶冷凝器用循环冷却水冷凝，用量,可以设置用急冷水加热的中间再沸器,塔釜●62乙烯工业第21卷液中需含-定量的碳三以保持较低的釜温,釜液(3)塔内温度由操作压力下混合物沸点决经换热冷却后送人低压脱丙烷塔塔顶。裂解气凝定,不发生温度不足或过热现象,易于控制温度。液汽提塔釜液则直接送至低压脱丙烷塔。低压脱并且由于塔内操作温度较低,聚合物的生成量明丙烷塔操作压力(表)约为0.58 MPa,塔顶温度约显减少,使催化剂能在长时间内维持较高的选择为40 C ,塔釜温度约为76 C。塔顶采出气体先性 和较长的寿命。经水冷却器冷却,再进人冷凝器用丙烯冷剂冷凝。(4)催化精馏加氢催化剂不需要再生,降低冷凝温度约为18 C ,经与高压脱丙烷塔釜液换热了操作费用。后返回高压脱丙烷塔。低压脱丙烷塔塔釜用低压(5)将反应器和精馏塔合二为一,简化了流.蒸汽加热。程,节省了设备投资。就设备和仪表台数来说,双塔脱丙烷比低压催化精馏加氢技术在乙烯装置中主要用于碳脱丙烷增加近1倍,但双塔脱丙烷用冷却水承担三馏分中甲基乙炔和丙二烯的选择性加氢、碳四了大部分冷却负荷,从而节省了操作费用。对一馏分选择性加氢或全加氢、碳四与碳五混合馏分特定的乙烯装置来说，采用双塔还是单塔脱丙烷全加氢, 以及裂解汽油的选择性加氢或全加氢等。工艺需要在投资和操作费用之间权衡。对于改建Lummus公司正在研发基于催化精馏技术的前脱装置来说,如果原来仅1座低压单塔脱丙烷,改造戊烷催化精馏加氢工艺,可以很好地与其低压激后只需增加1座塔即可改为双塔脱丙烷,同时可冷、低压脱甲烷工艺相结合,可以有效地节省整个以减少丙烯制冷压缩机的负荷,是--种很好的改乙烯装置的能耗。造方案。随着节能减排的压力加大，新建装置采2.5 分凝分馏塔用双塔脱丙烷也越来越成为- -种趋势。分凝分馏塔是中国石化自主开发的工艺技2.4催化精馏术,主要由3部分组成:上部是一立装的板翅式换Lummus公司于20世纪90年代开发的催化热器,中部为- -段填料,下部是塔釜。板翅式换热精馏加氢技术( CD Hydro) ，是将乙烯装置中的加器工艺物流侧为塔内物料,流道内充填翅片,气相氢反应和反应产物的分离在精馏塔内同时进行。由下至上流动,冷凝下来的液体通过翅片迅速分在该塔的精馏段内,部分或全部装填含有催化剂布到整个流道 ，由上至下流动,与气相充分接触进的填料。该催化剂填料既能达到有选择性地催化行传质分离。冷剂侧物流流道与工艺侧流道交叉加氢生成目标产物的目的,又能同时起到传质分布置,换热器内可有一种或多种冷物料(或冷剂)离的作用。其首先成功应用在碳三催化精馏加氢通人，以提供上述过程所需之冷量。分凝分馏塔方面。碳三催化精馏过程具有以下优点:可起到多级分离效果,从而可以节省较多的能量。(1)提高了选择性。反应产物一旦生成即从分凝分馏塔的中部为一装有填料的精馏段反应区蒸出,对目的产物具有副反应的反应来说，( 或提馏段,也有填料) ,在此上升气体与下降液体可以抑制副反应;同时破坏可逆反应平衡,使反应充分传质传热,进一步提高分离效率。填料段的总是向生成物方向进行,使过程转化率大幅超过目的是用于调节分凝分馏塔总的理论板数以满足平衡转化率。采用催化精馏加氢可使平均选择性分离要求。由原来的固定床碳三馏分液相加氢的50%提高到分凝分馏塔的下部为塔釜。被分离的气体提70%。合物从塔顶流出,塔釜出料为液相物流。根据工(2)减少了催化剂床层的污染。由于造成催艺需要塔釜可设再沸器或者不设。化剂污染的二聚物和齐聚物在其污染催化剂之前可以MYH中国煤化工采用分凝分馏塔，会很快被分离出去,加之塔内存在液相回流,因而CNMHG制冷压缩机功耗。使催化剂表面不断受到液体的冲刷。另外,还可降低脱甲烷塔负荷,节省低温合金材料第21卷盛在行等.乙烯装置顺序分离技术(二)●63的消耗,节省设备投资费用。正常运转时,还可减-20,T.艺流体冷却少乙烯损失,提高乙烯收率。近期Lummus在国内-40的乙烯装置中均采用了分凝分馏塔技术。冷剂i -60-2.6制冷 系统的改进-80-乙烯装置顺序分离流程中常规的制冷剂为丙十高压段+中压段十低压段烯、乙烯和甲烷,分别在不同的压缩机内压缩制-100。T.26每吨乙烯冷量1x10kJ冷。混合冷剂制冷就是用不同制冷介质的混合物图6工艺流体冷却 曲线与循环冷剂蒸发曲线的关系作为制冷剂来制冷。由于在- -定的蒸发压力下制冷温度随着混合冷剂的组成而变化,因而混合冷剂制冷可降低传热过程的温差,减少不可逆损失,父-60提高传热过程的热力学效率,从而可以提高冷量的利用效率,降低制冷压缩机的功耗。图6为工-80艺流体冷却曲线与循环冷剂蒸发曲线的关系,图7-1000.420.84 "1.26为工艺流体冷却曲线与混合冷剂蒸发曲线的关每吨乙烯冷量/xl0°kJ系。对比图6、图7可见,对于图6仅以一定级位图7工艺流体冷 却曲线与混合冷剂蒸发曲线的关系的冷剂向工艺流体供冷来说,平均传热温差较大，1 台压缩机内压缩制冷,可以提供4个冷冻级位,传热过程的不可逆损失较大,热效率较低。对于取代甲烷制冷压缩机和乙烯制冷压缩机,简化了图7采用混合冷剂向工艺流体供冷来说，混合冷流程,减少了设备,典型的二元制冷流程见图8。.剂的蒸发曲线与工艺流体更靠近,缩小了平均传.国内部分乙烯装置在改扩建项目中采用了二元制热温差和传热过程的不可逆损失,提高了传热过冷技术,使用效果较好。其中甲烷和乙烯比例按程的效率。各自冷量的需要量确定,通常(摩尔分数)为40%根据该原理, Lummus公司于20世纪90年代的甲烷,60%的乙烯,在压缩制冷循环的整个过程开发成功了二元制冷及三元制冷工艺。二元制冷中甲烷和乙烯的组成比例始终不变,可以象传统是以一定比例的甲烷、乙烯组分组成混合冷剂,在制冷系统一样操作,运转比较稳定。裂解气fE910H270 IHE5501-w-口140号-106公| E1070 -75T 7E910-63个-35 -48+ 7 I 19.6kPa,S00.1kPe广1882.6kPa1588.7kPal脱甲烷塔4511.0kPa塔底物料cWC:R -40Lmm+wt其后Lummus又开发了三元制冷。三元制冷缩机YH中国煤化工珙7个冷冻级位。是以甲烷.乙烯丙烯3个组分组成混合冷剂,来根据CNMH G的-般组成(摩尔代替甲烷、乙烯、丙烯的单独制冷。用1台制冷压分数)为:甲烷10%,乙烯20% ,丙烯70%。与二.乙烯工业第21卷元制冷不同的是,三元制冷过程中冷剂的组分会甲烷-乙烯二元制冷系统,可以取代甲烷制发生变化,正常操作时冷剂分为重冷剂、中冷剂、冷和乙烯制冷系统,减少1个机组,从而减少了设轻冷剂。这3种冷剂均为混合组成,在不同的条备投资及操作费用。由于其比单组分制冷有更好件下分离得到。当操作波动时这些组分会发生变的热力学先进性,如果能与物料冷凝曲线匹配则化,使冷剂的汽化曲线偏离设计值,需要根据物料其节能效果较好。并且在运转过程中组分不发生的变化对冷剂系统进行调整,对操作的要求很高。变化,操作比较简单,可以和丙烯制冷压缩机共同近期, Lummus公司又对二元制冷进行了改为乙烯装置提供稳定的冷剂。三元制冷虽然可以进,只使用甲烷和丙烯二元冷剂来代替丙烯、乙烯更大程度上减少设备、节省投资,但由于其组分的和甲烷3个制冷的增强的二元制冷系统。同时还可变性使其操作难度较大。装置负荷及工艺物料开发了使用乙烯和丙烯_二元冷剂来代替丙烯和乙烯的组成有变化时,调整难度较大，难以保证装置的制冷压缩机的技术。该技术适用于中冷分离系统。长期满负荷稳定运转,应慎重使用。3顺序分离技术的适用范围4结论顺序分离技术可以使用在以液化天然气、液乙烯装置顺序分离技术是应用最早、最广泛化石油气石脑油轻烃、柴油、加氢裂化尾油等作的一种乙烯分离技术,并随着技术进步及节能等为原料的乙烯装置,原料适应性较强,但其低压脱的要求不断开发完善。目前开发应用的技术有:甲烷塔流程只适用于甲烷/乙烯比值较大的场合,气体炉裂解气减粘技术、低压脱甲烷技术、中压脱以保证有足够的甲烷进人系统,以提供- -定量的甲烷技术、双塔双压脱丙烷技术、催化精馏加氢技回流。因此低压脱甲烷较适合用于以石脑油、加术分凝分馏塔技术、二元制冷和三元制冷技术氢裂化尾油、轻柴油等重质液体原料裂解的气体等。分离,而对乙烷、丙烷等轻质原料进行裂解,则由于裂解气中甲烷量太少,不适宜采用低压脱甲烷参考文献:工艺i21。[1] 汪文红.乙烯装置急冷油减粘装置[J].乙烯工业,分凝分馏塔由于其技术的先进性和灵活性,2003 ,15(2) :22 -27.作为单元设备其可以使用在所有的深冷分离流程[2]王松汉 ,何细藕.乙烯工艺与技术[ M].北京:中国石化出版社,2000.中以提高乙烯的回收率。●已浠在绒●《乙烯工业》期刊投稿系统升级1投稿的2种途径(1)登录http://magazine. sei. com. cn;tg. sei. com. cn(2) 首先登录http://www. sei. com. cn,点“中文-- -出版物- - -我要投稿”;2投稿说明(1和2投稿方式步骤)作者登录说明:(1)尊敬的作者,欢迎您给本刊投稿。如果您是新作者(即第- -次投稿) ,请先注册,并记住您的用户名和口令,同时本系统还将把您设置的用户名和密码通过您注册的E - mail发送给您。(2)如果您已经拥有用户名和密码,请直接登录即可。(3)如果您忘了用户名和密码，请咨询编辑部E-mail:shenhuairiang@sei.com.cn或点找回登录口令,本系统将把您设置的用户名和密码通过您注册的E - mail发送给您。您按网页要求填写各项内容后,稿件信息自动输人编辑部稿件管理系统。3作者查稿说明(1)如果您曾经给本刊物投过稿,或需要查稿,则直接输人由编中国煤化工驴名和密码,登录即可,您也可以登录后自已修改密码。(2)如果您忘了用户名和密码,请咨询编辑部E - mail: shenhuailTHCNM H G.公系统、编委办公系《乙烯工业》期刊稿件远程处理系统包括:作者投稿系统、作者置响不观家中网不机、湘街统、主编办公系统。