烯烴分離裝置乙烯精餾塔產品采出方式的優化建議

摘 要：本文根據DMTO反應氣的組成特點、分析和對比同類烯烴分離裝置乙烯塔實際生產運行狀況及工藝參數等，針對KBR烯烴分離技術乙烯塔在運行過程中存在的問題進行探討，對乙烯塔乙烯產品采出方式進行優化技改，降低乙烯塔能耗，為裝置達到長周期，滿負荷，節能、平穩運行提出建議。

關鍵詞：DMTO；烯烴分離；乙烯塔；巴氏精餾；節能降耗

Abstract：In this article， based on composition of DMTO product， different licensors olefin technologies are compared in term of operation and process parameters. Operational issue in KBR-licensed C2 splitter unit is also discussed， with suggestion on improving ethylene withdraw efficiency and decreasing energy consumption， to achieve high stream factor， full capacity， low consumption and steady operation.

Keywords：DMTO；Olefin Separation；C2 Splitter；Distillation；Energy Saving

神華陜西甲醇下游加工項目結合世界上首套工業化大型煤制烯烴項目（DMTO項目）在包頭的成功示范投資建設。對比石腦油裂解氣，DMTO產品氣組成與進料相對穩定簡單，甲烷，氫氣，乙炔較少，碳四以上等重組分含量較少。進料組分的不同，決定了分離技術選擇、路線、特點的不同，因此分離流程設計相比石腦油裂解生產乙烯分離流程簡單、投資少，結合該公司的投料實際運行情況和正常生產操作數據，認真分析和對比同類烯烴分離裝置乙烯塔實際生產運行狀況及工藝參數等， KBR烯烴分離技術乙烯塔的設計還有較大的改進和優化的空間。

1 烯烴分離裝置概況及工藝流程

項目烯烴分離技術采用美國KBR公司前脫丙烷后加氫、丙烷洗、碳三洗分離工藝技術，該工藝與石腦油裂解氣分離技術相比較簡單，此工藝無前冷系統，無乙烯制冷系統。裝置原料為甲醇制烯烴的反應氣，生產規模為30萬噸/年聚合級乙烯和30萬噸/年聚合級丙烯，同時副產混合C4產品8.4萬噸/年，C5以上產品2.5萬噸/年，丙烷產品量為1.7萬噸/年，燃料氣3萬噸/年[1]。

MTO裝置的反應氣進入烯烴分離裝置，首先經過C400壓縮機壓縮提高壓力、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，進入脫丙烷塔T501對碳三產品和碳四產品分離。脫丙烷塔頂產品氣C400四段壓縮后送至脫甲烷塔T511，塔頂產品主要是甲烷，氫氣，氮氣，微量損失的碳二，碳三，經E520，E521AB加熱后達到一定溫度后送至燃料氣管網供用戶使用。塔底產品送至脫丁烷塔T631，塔底得到混合碳五以上產品，塔釜得到混合碳四產品。脫甲烷塔T511底部產品送至脫乙烷塔T601，進行乙烯乙烷和丙烯丙烷的分離，塔頂碳二產品經過加氫干燥后進入乙烯塔，塔頂產品通過巴氏精餾段把加氫帶入的甲烷和剩余的氫氣得到脫除，從第7層塔盤采出即為聚合級乙烯產品。塔底丙烯丙烷等進入丙烯精餾塔提餾段T611，塔頂產品便是聚合級丙烯。聚合級的乙烯和丙烯產品分別送入下游PE聚合裝置和PP聚合裝置[2]。

2 乙烯塔運行存在的問題

①乙烯塔設計上，與常規精餾塔的改進是設有中間再沸，乙烯產品從巴氏精餾段第7塊塔盤液相側線采出外送，自原始開工以來，從該公司兩年來乙烯塔運行進料組成分析，乙烯乙烷的含量高達99.98VOL%，乙炔的含量穩定在6ppm以下，丙烯含量穩定在8 ppm以下，甲烷的含量穩定在10ppm以下，以上組分等含量穩定且含量微小。能夠滿足聚合級乙烯產品指標的情況下，通過巴氏精餾段脫除甲烷，氫氣等輕組分加大內回流，相應增加乙烯塔T602的負荷，增加丙烯機的能耗，不利于裝置整體的節能降耗。

②乙烯塔塔頂冷凝器是丙烯機一段-40℃冷劑的主要用戶，其冷劑用量占一段冷劑總用量的76%，丙烯機C701一段-40℃負荷占制冷總負荷的57%以上，丙烯機C701制冷總負荷的44%是為乙烯塔塔頂冷凝器E611AB提供冷劑而消耗的[3]。KBR烯烴分離工藝丙烯機的負荷設計彈性較小，乙烯塔的操作以及塔壓的波動對丙烯機負荷的變化影響非常大。在夏季溫度較高且循環水溫度波動較頻繁，MTO負荷達到110%時，乙烯塔在MTO進料110%負荷下一直高于正常操作壓力運行且易造成產品中乙烷不合格。

③PE裝置的乙烯進料溫度由烯烴分離丙烯機來提供，丙烯制冷壓縮機系統在設計上已經考慮到了裝置在100%負荷下生產乙烯，而只有50%的乙烯產品經過汽化并輸送到PE裝置的工況。當裝置沒有乙烯產品向下游輸送時，丙烯制冷壓縮機系統外供冷量減少，負荷增加。裝置的生產負荷必須降到100%以下。在丙烯冷凝器E701AB循環水出口滿負荷狀態下，丙烯機轉速已達最大轉速調節余地較小，只能通過降低循環冷卻水的溫度，同時降低MTO負荷來維持。頻繁調節循環水溫度，升降負荷影響長周期，穩定，滿負荷運行。

④在夏季隨著環境溫度的升高，或者在PE裝置停車后，乙烯球罐罐存將會上升壓力持續較高，影響乙烯塔產品的正常采出，乙烯塔只能提高操作壓力或者降低球罐壓力才能正常采出。目前的解決途徑是，通過乙烯球罐不合格乙烯回煉線，將球罐合格氣相乙烯返回至烯烴分離回煉來降低球罐壓力，或適當提高乙烯塔的塔壓，這樣雖然解決乙烯球罐壓力過高問題，但是回煉無疑增加烯烴分離的負荷，回煉時首先進入脫丙烷塔，而后依次進入產品氣壓縮機，脫甲烷塔，脫乙烷塔，乙烯塔回煉，將會增大裝置的綜合能耗。

⑤開工以來乙烯塔與乙烯球罐之間的氣相平衡線投用后效果并不理想，當乙烯塔塔壓較高，球罐壓力較低時。乙烯塔頂的氣相乙烯易竄到乙烯球罐造成球罐產品指標不合格。乙烯球罐設有壓力控制系統，當球罐壓力過高時，因壓力平衡線一直未投用，只能將氣相乙烯排放到冷火炬系統，造成物料的浪費。

⑥乙烯塔的1號再沸器由脫甲烷塔進料10℃的反應氣提供，2號再沸器丙烯機三段5℃的丙烯提供，為了確保脫甲烷塔進料平穩，以及丙烯機的平穩運行，該塔未設置塔壓聯鎖，在塔壓較高時，由手動操作，存在不及時可能易造成乙烯塔超壓。

3 優化建議及解決措施

①在現有的乙烯產品采出設計基礎上新加一條管線，即：在乙烯塔回流泵P605A/B出口接一條6寸管線，管線根部增加一道閘閥，連接到乙烯產品側線采出流量計之前。同時在巴氏精餾側線采出線上接頭之前增加一道閘閥，用以切斷乙烯產品側線采出。在實際運行過程中，可根據實際工況做出靈活選擇。當乙烯回流組分中輕組分含量符合產品指標要求時，可切換至該技改管線采出，在MTO進料負荷110%下，1-7層塔盤的內回流可由原來的160t/h可降至120t/h左右，減小內回流后可適當降低乙烯塔的操作壓力，降低丙烯機的整體制冷負荷，拓寬乙烯塔的操作彈性，對裝置整體節能降耗有很大提升。

②在乙烯氣相平衡線界區內增加一個單向閥和手操器。當乙烯球罐壓力較高時，可以通過手操器將這部分合格氣體直接通過平衡線送至乙烯塔，降低乙烯球罐壓力，減少放火炬可能，通過增加單向閥避免乙烯塔不合格物料竄至乙烯球罐造成合格物料污染。此種技改方式大大減小通過進前分離系統的回煉流程而降低烯烴分離負荷，節省綜合能耗。

③乙烯塔通過巴氏精餾段采出的產品是通過控制產品/回流比例控制器作為回流流量比例進行控制。回流流量控制器由乙烯回流罐液位控制器進行重新設定。若切換至技改管線采出時，回流量根據乙烯產品中重組分的含量來調整，乙烯產品的采出可與乙烯塔回流罐串級控制。

④根據甲烷塔底部在線甲烷分析儀，乙烯產品采出在線分析儀監測甲烷，氫氣，CO等輕組分含量變化，及時調整回流罐不凝氣返前系統脫丙烷塔T501的流量，以防乙烯產品中輕組分不合格，同時調整脫甲烷塔再沸，以防底部漏甲烷太多進入乙烯塔。在甲烷含量過高的情況下，增大乙烯塔的內回流并不會使甲烷的含量降低，在此種情況下，可以切換到巴氏精餾段側線采出。當產品中輕組分較少時，可以將乙烯產品直接從乙烯塔回流泵P605A/B出口送到乙烯球罐。回流泵出口的壓力是2.4MPa（G），乙烯球罐設計壓力為2.16MPa（G），乙烯產品在乙烯塔塔壓不變的情況下，可以正常采出。乙烯球罐在操作壓力范圍內對產品采出的影響較小。

⑤乙烯塔進料組成中碳三組分含量微小，乙烷含量比例較小，若乙烯產品中丙烯，乙烷的含量過高，及時判斷引起上漲的原因，監控乙烷塔和乙烯塔的操作，及時做出調整防止重組分過高導致產品不合格。

⑥乙烯塔再沸由丙烯機三段5℃氣相丙烯提供，為了確保乙烯塔的平穩運行，在乙烯塔負荷較高時，維持乙烯產品中乙烷含量在1000ppm以下，盡量減小乙烯塔內回流量，盡量減小塔負荷以及塔頂冷凝器負荷。維持丙烯機一段吸入壓力、溫度穩定。乙烯塔冷凝器丙烯側液位、調節閥開度、再沸器加熱熱源閥門盡量不做大幅度調整。

⑦公用工程界區循環冷卻水溫度，壓力及流量與丙烯制冷壓縮機，反應氣壓縮機和精餾系統聯系較為緊密，公司地處陜北地區晝夜溫差較大，恒速電動空冷風機對循環的溫度，壓力影響較大，而烯烴分離裝置的循環冷卻水的換熱器較多，循環水溫度，壓力的波動對分離系統的平穩操作有很大的影響，尤其對丙烯機，乙烯塔，丙烯塔的操作影響，建議在公司二期公用工程項目循環水的制冷方式上采取變頻電動空冷風機，有利于分離裝置的平穩操作，能顯著節約能源。

4 結束語

乙烯塔的分離涉及到的情況比較復雜，通過對乙烯塔實際運行工況和化驗分析數據做為參考，在保證產品純度和減小損失的情況下，加大節能降耗新技術的開發和推廣應用，對乙烯產品的采出方式作出技改很有現實意義。同時在乙烯產品采出方式的選擇上應根據實際情況考慮多種因素的影響做出靈活選擇，不斷優化系統操作，提高乙烯塔的操作彈性，從而保證系統平穩高效運行，以使乙烯塔的運行達到最佳的效益。

參考文獻：

[1]吳秀章.煤制低碳烯烴工藝與工程[M].北京：化學工業出版社，2014.

[2]劉洪亮.煤制烯烴工藝分離裝置的流程分析[J].煉油與化工，2014：23-26.

[3]王燕等.乙烯塔的調優及其對裝置能耗的影響[J].石油石化綠色低碳，2017：19-21.

作者簡介：

趙爾基（1988- ），男，甘肅會寧人，本科，助理工程師，神華榆林能源化工有限公司，研究方向為烯烴分離裝置的節能降耗和生產操作。