大型乙烯工程裂解汽油加氫關鍵技術思考

楊奎忠

摘 要：近些年來，隨著我國社會經濟的蓬勃發展，帶動了乙烯工程的不斷發展，傳統的裂解汽油加氫技術已經不能滿足社會發展的需求，這就需要對其進行優化升級。鑒于此，本文首先介紹了裂解汽油加氫的概念、作用以及相關技術，然后對裂解汽油加氫技術的改進進行研究，最后對裂解汽油加氫工藝流程進行了拓展和延伸。以期為我國乙烯工程裂解汽油加氫關鍵技術的優化發展提供參考。

關鍵詞：裂解汽油;汽油加氫;乙烯

隨著我國經濟的發展，我國乙烯工業得到了快速的發展，對乙烯裂解汽油加氫技術的重視程度不斷增加，對其進行優化研究勢在必行。裂解汽油原料的組成會對加氫處理效果產生一定的影響，在選擇最佳的乙烯裂解裝置，對其進行高溫處理后，可以在一定程度上增加芳烴的產量，從而增加大型乙烯工程裂解汽油加氫處理后的經濟效益。此外，還能夠降低汽油裂解裝置的能量消耗，減少芳烴的損失，并提高工藝流程的生產效率。

1 概述

1.1 來源和作用

裂解汽油（PG）是蒸汽裂解制乙烯的副產物，其組成為C5～C9+裂解汽油的產量是乙烯產量的60%～70%;在以石腦油、輕柴油、加氫尾油等液體烴作蒸汽裂解的原料時，裂解汽油是最主要的副產物，其中芳烴含量約占50%，因此是重要的芳烴來源。對1套800kt/a的乙烯裝置，配套450～550kt/a的裂解汽油加氫裝置;對1套1000kt/a的乙烯裝置，配套600～700kt/a的裂解汽油加氫裝置。裂解汽油雖是重要的芳烴來源，但若不經過二段加氫，則不能通過芳烴抽提獲得苯、甲苯、二甲苯（BTX）。因此，裂解汽油加氫起著承上（乙烯）啟下（芳烴抽提及下游芳烴用戶）的作用。

1.2 全餾分加氫技術

全餾分加氫還可有幾個變化，在一段加氫后有脫C5塔無脫C9塔，C6～C9進二段加氫;也可僅有脫C9塔，C5～C8進二段加氫，視用戶的需求而變化。

隨著對C5餾分綜合利用的需要，國內全餾分加氫逐漸減少，如上海賽科和福建乙烯均將全餾分加氫改為中心餾分加氫，切出C5餾分去抽提異戊二烯、間戊二烯和雙環戊二烯，甚至把異戊烯去醚化生產TAME（甲基叔戊基醚）。

2 對裂解汽油加氫技術的改進

2.1 減少塔內返混，提高塔板分離效率

將脫C5塔進料分成輕重兩股物流，分別進入塔的不同部位，如此進料方式減少了塔內物料的返混，提高了塔的分離效率，在同樣的塔板數和進料量條件下達到同樣的分離要求，回流比可下降30%。對1套與800kt/a乙烯配套的裂解汽油加氫，脫C5塔釜可減少蒸汽消耗1～2t/h。

2.2 換熱流程優化

通過對裂解汽油加氫裝置的所有冷熱物流進行夾點分析，優化換熱流程，充分利用裝置內熱物料的熱量，減少了循環水的用量和蒸汽消耗。采用夾點分析技術，得到裂解汽油加氫裝置的夾點溫度為117℃，根據夾點分析原理。

①不要通過夾點傳遞熱量;②夾點以上不使用冷公用工程（CW）;③夾點以下不使用熱公用工程（蒸汽）。根據上述分析，對裂解汽油的換熱流程進行優化，可降低裝置能耗10%以上。

2.3 優化裂解汽油加氫裝置的分離塔設計

在設計裂解汽油加氫裝置時，首先要根據裂解汽油的組成對流程中的3塔進行塔板數（N）和回流比（R）的分析，得到“R-N”曲線，找出最優的理論板數。其次，對各個塔進行進料板位置的優化，找出最佳進料板位置。通過對分離塔的設計優化，可降低能耗5%以上。如齊魯2號加氫裝置脫C5塔原設計僅40塊板。改造后增加了塔板，回流比可下降50%。

2.4 采用高效換熱器，停開加熱爐

①加熱爐有煙氣排放，污染環境，因此，各加氫裝置均希望停用加熱爐。采用4臺串聯的BFS或BFU型換熱器。實踐表明：當二段加氫反應器的溫升大于40℃時，可停用加熱爐，但二段加氫反應器的溫升小于40℃時，不能停用加熱爐，往往是加熱爐開到最小火嘴，而二段進出料換熱器卻開著旁路，即部分熱物流未進入進出料換熱器，而是走換熱器旁路，熱量未充分利用;②若要完全停用加熱爐，建議采用高效換熱器，即使二段加氫反應器溫升僅20多攝氏度，也可停爐;③開發新的一段加氫催化劑。

3 裂解汽油加氫工藝流程的拓展

3.1 增加C8餾分抽提苯乙烯裝置

粗裂解汽油中含有4%～5.5%的苯乙烯。在2000年前，我國的乙烯裝置能力普遍在600kt/a以下，因此，裂解汽油中的苯乙烯含量不足10kt/a，達不到抽提苯乙烯的經濟規模（20kt/a苯乙烯），另外抽提苯乙烯技術也不夠成熟。進入21世紀，國內的乙烯裝置能力普遍提高到800kt/a以上，其中副產裂解汽油中的苯乙烯含量已達到25～35kt/a。同時，裂解C8餾分抽提苯乙烯的技術取得突破，促成C8抽提苯乙烯技術走向工業化。

3.2 C8抽提苯乙烯的經濟價值

①苯乙烯的價值比C8餾分高;②苯乙烯被抽提后，裂解汽油加氫氫耗減少;③抽余的C8餾分價值升高。其原因是抽余C8餾分中乙苯含量可小于20%，這股C8可作PX裝置的原料，若苯乙烯不被抽出，則加氫成為乙苯，使得裂解C8餾分中乙苯含量高達40%～50%，不能作為PX裝置的原料。

3.3 C8餾分抽提苯乙烯技術在裂解汽油加氫

裝置中的位置C8餾分抽提苯乙烯裝置，原裂解汽油加氫裝置中的脫C9塔，改為脫C8、C9塔，該塔僅需要改變操作條件，無需進一步改造。

4 裂解汽油加氫工藝流程的延伸

4.1 C6+增產BTX技術

BTX是重要的基本有機原料，用途廣泛，但裂解C9+餾分，目前價值很低，主要作燃料或加氫后作溶劑油。C6+增產BTX的技術，稱為APU（先進的工藝單元）技術。APU的核心是在氫氛圍下把C9+中的重芳烴、茚、雙環戊二烯轉化為BTX，其主要反應有如下幾類：

①C9以上芳烴脫烷基生成BTX;②烷基轉移反應：甲苯和三甲苯生成二甲苯;③茚和雙環戊二烯轉化為BTX;④非芳裂解為乙烷、丙烷、少量丁烷。

通過上述反應后，加氫后的C6+轉化為輕烴和BTX及少量重組分。這樣，原加氫C6～C8需經芳烴抽提獲得BTX的工藝流程，就無需芳烴抽提，即無需外界加入溶劑，就可使非芳和BTX分離。

4.2 APU技術的經濟效益

APU技術與芳烴抽提相比，不僅增產芳烴，能耗下降，且產出大量的乙烷、丙烷、丁烷等輕烴，這些輕烴比石腦油又可多產乙烯、丙烯，因此APU技術的經濟效益可從3方面進行計算。

①能耗下降，可降低能耗成本約800萬元/a;②芳烴產量增加37.4kt/a，這些芳烴的增加主要是由C9+轉化而來，按芳烴與C9+的價格差1000元/t，則增效3740萬元;③由于APU產出了72.1kt/a的輕烴（乙烷、丙烷、丁烷），輕烴返回乙烯裝置裂解，可多產乙烯、丙烯。若按輕烴比石腦油增值500元/t，則其增效3600萬元/a。

從另一角度看，芳烴抽提產出抽余油52.1kt/a，輕烴比抽余油多20kt/a，這些輕烴是從C9+來的，輕烴比C9+增值3600萬元/a。總之，用APU技術替代芳烴抽提技術，從經濟性上比較，有很大的優勢。

5 結語

目前的能耗與2010年時的裂解汽油加氫裝置相比，下降了35%～40%。其裂解汽油加氫技術處于世界領先地位。近10年來，裂解汽油加氫技術又開發和延伸了多種技術，如裂解汽油（C8餾分）抽提苯乙烯技術，增產BTX（APU）技術等。

參考文獻：

[1]尤明.乙烯裂解汽油加氫操作工藝的優化[J].數字化用戶， 2018，24（039）：105.

[2]王鑫泉.裂解汽油加氫技術的進展[J].乙烯工業，2019， 31（002）：1-5.

[3]許宏偉，左永光，周尖，等.裂解汽油加氫裝置高硫含量石腦油開車優化[J].乙烯工業，2019，031（003）：22-25.