大型乙烯工程裂解汽油加氫關(guān)鍵技術(shù)思考

楊奎忠

摘 要：近些年來，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，帶動(dòng)了乙烯工程的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的裂解汽油加氫技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求，這就需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。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(guān)技術(shù)，然后對(duì)裂解汽油加氫技術(shù)的改進(jìn)進(jìn)行研究，最后對(duì)裂解汽油加氫工藝流程進(jìn)行了拓展和延伸。以期為我國(guó)乙烯工程裂解汽油加氫關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：裂解汽油;汽油加氫;乙烯

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)乙烯工業(yè)得到了快速的發(fā)展，對(duì)乙烯裂解汽油加氫技術(shù)的重視程度不斷增加，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化研究勢(shì)在必行。裂解汽油原料的組成會(huì)對(duì)加氫處理效果產(chǎn)生一定的影響，在選擇最佳的乙烯裂解裝置，對(duì)其進(jìn)行高溫處理后，可以在一定程度上增加芳烴的產(chǎn)量，從而增加大型乙烯工程裂解汽油加氫處理后的經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(chǎn)物，其組成為C5～C9+裂解汽油的產(chǎn)量是乙烯產(chǎn)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(shí)，裂解汽油是最主要的副產(chǎn)物，其中芳烴含量約占50%，因此是重要的芳烴來源。對(duì)1套800kt/a的乙烯裝置，配套450～550kt/a的裂解汽油加氫裝置;對(duì)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(jīng)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(shù)

全餾分加氫還可有幾個(gè)變化，在一段加氫后有脫C5塔無(wú)脫C9塔，C6～C9進(jìn)二段加氫;也可僅有脫C9塔，C5～C8進(jìn)二段加氫，視用戶的需求而變化。

隨著對(duì)C5餾分綜合利用的需要，國(guó)內(nèi)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(huán)戊二烯，甚至把異戊烯去醚化生產(chǎn)TAME（甲基叔戊基醚）。

2 對(duì)裂解汽油加氫技術(shù)的改進(jìn)

2.1 減少塔內(nèi)返混，提高塔板分離效率

將脫C5塔進(jìn)料分成輕重兩股物流，分別進(jìn)入塔的不同部位，如此進(jìn)料方式減少了塔內(nèi)物料的返混，提高了塔的分離效率，在同樣的塔板數(shù)和進(jìn)料量條件下達(dá)到同樣的分離要求，回流比可下降30%。對(duì)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(yōu)化

通過對(duì)裂解汽油加氫裝置的所有冷熱物流進(jìn)行夾點(diǎn)分析，優(yōu)化換熱流程，充分利用裝置內(nèi)熱物料的熱量，減少了循環(huán)水的用量和蒸汽消耗。采用夾點(diǎn)分析技術(shù)，得到裂解汽油加氫裝置的夾點(diǎn)溫度為117℃，根據(jù)夾點(diǎn)分析原理。

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

2.3 優(yōu)化裂解汽油加氫裝置的分離塔設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)裂解汽油加氫裝置時(shí)，首先要根據(jù)裂解汽油的組成對(duì)流程中的3塔進(jìn)行塔板數(shù)（N）和回流比（R）的分析，得到“R-N”曲線，找出最優(yōu)的理論板數(shù)。其次，對(duì)各個(gè)塔進(jìn)行進(jìn)料板位置的優(yōu)化，找出最佳進(jìn)料板位置。通過對(duì)分離塔的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可降低能耗5%以上。如齊魯2號(hào)加氫裝置脫C5塔原設(shè)計(jì)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(huán)境，因此，各加氫裝置均希望停用加熱爐。采用4臺(tái)串聯(lián)的BFS或BFU型換熱器。實(shí)踐表明：當(dāng)二段加氫反應(yīng)器的溫升大于40℃時(shí)，可停用加熱爐，但二段加氫反應(yīng)器的溫升小于40℃時(shí)，不能停用加熱爐，往往是加熱爐開到最小火嘴，而二段進(jìn)出料換熱器卻開著旁路，即部分熱物流未進(jìn)入進(jìn)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(yīng)器溫升僅20多攝氏度，也可停爐;③開發(fā)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(guó)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(dá)不到抽提苯乙烯的經(jīng)濟(jì)規(guī)模（20kt/a苯乙烯），另外抽提苯乙烯技術(shù)也不夠成熟。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)的乙烯裝置能力普遍提高到800kt/a以上，其中副產(chǎn)裂解汽油中的苯乙烯含量已達(dá)到25～35kt/a。同時(shí)，裂解C8餾分抽提苯乙烯的技術(shù)取得突破，促成C8抽提苯乙烯技術(shù)走向工業(yè)化。

3.2 C8抽提苯乙烯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

①苯乙烯的價(jià)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(jià)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(dá)40%～50%，不能作為PX裝置的原料。

3.3 C8餾分抽提苯乙烯技術(shù)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(wú)需進(jìn)一步改造。

4 裂解汽油加氫工藝流程的延伸

4.1 C6+增產(chǎn)BTX技術(shù)

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

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

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

4.2 APU技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益

APU技術(shù)與芳烴抽提相比，不僅增產(chǎn)芳烴，能耗下降，且產(chǎn)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(chǎn)乙烯、丙烯，因此APU技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益可從3方面進(jìn)行計(jì)算。

①能耗下降，可降低能耗成本約800萬(wàn)元/a;②芳烴產(chǎn)量增加37.4kt/a，這些芳烴的增加主要是由C9+轉(zhuǎn)化而來，按芳烴與C9+的價(jià)格差1000元/t，則增效3740萬(wàn)元;③由于APU產(chǎn)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(chǎn)乙烯、丙烯。若按輕烴比石腦油增值500元/t，則其增效3600萬(wàn)元/a。

從另一角度看，芳烴抽提產(chǎn)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(wàn)元/a。總之，用APU技術(shù)替代芳烴抽提技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)性上比較，有很大的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

目前的能耗與2010年時(shí)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(shù)處于世界領(lǐng)先地位。近10年來，裂解汽油加氫技術(shù)又開發(fā)和延伸了多種技術(shù)，如裂解汽油（C8餾分）抽提苯乙烯技術(shù)，增產(chǎn)BTX（APU）技術(shù)等。

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