烯烴分離裝置的進(jìn)一步深化研究

朱 勇

（潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

0 引言

山西潞安化工集團(tuán)煤基清潔能源有限責(zé)任公司成立于2014 年1 月13 日，位于山西省長治市襄垣縣王橋鎮(zhèn)，注冊資金35 億元，在冊員工1360 余人，為山西潞安化工集團(tuán)煤基清潔能源有限公司投資建設(shè)的一家特大型現(xiàn)代煤化工企業(yè)。公司承擔(dān)高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目（后文中簡稱180 項目）的籌建和運(yùn)營，是集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的高新技術(shù)企業(yè)。該項目是國家“十二五”重點(diǎn)攻關(guān)、山西省重大轉(zhuǎn)型標(biāo)桿項目，以“高端化、全循環(huán)、多聯(lián)產(chǎn)”及“技術(shù)創(chuàng)新+商業(yè)模式創(chuàng)新”為主要特征，將建成世界上第一個高技術(shù)集成、高效能循環(huán)、高品味體現(xiàn)、低碳、低水耗、低能耗的“三高三低”資源綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)。公司秉承集團(tuán)“以煤為基、多元發(fā)展”的理念和發(fā)展模式，目前發(fā)展形成了由大宗油品生產(chǎn)銷售向高端精細(xì)化研發(fā)生產(chǎn)拓展的良好局面。公司現(xiàn)有七大工藝生產(chǎn)裝置：空分裝置、煤氣化裝置、凈化裝置、尾氣制氫裝置、油品合成裝置、油品加工裝置、精細(xì)化學(xué)品加工裝置。主要產(chǎn)品有潤滑油基礎(chǔ)油、白油、烯烴料、溶劑油、特種燃料、LPG 等數(shù)十余種，產(chǎn)量可達(dá)110 萬t/a。

為了企業(yè)開源，進(jìn)一步豐富產(chǎn)品的多樣化與多元化，山西潞安化工集團(tuán)煤基清潔能源有限責(zé)任公司投資建設(shè)的一家特大型現(xiàn)代煤化工企業(yè)，投資興建了一套《一種煤制穩(wěn)定重質(zhì)油提質(zhì)的烯烴分離裝置》，該工藝產(chǎn)品為4 個精餾塔分離混合烴產(chǎn)品C5～C8、C9～C11、C12～C13、C14～C18 及＞C18，目前可銷售的終端產(chǎn)品收率32.2%，相對來說可銷售產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率比較低。由于穩(wěn)定重質(zhì)油原料當(dāng)中組分復(fù)雜，各物質(zhì)沸點(diǎn)不同，如何更好的利用目前現(xiàn)有的裝置多產(chǎn)出可銷售的產(chǎn)品，提高終端產(chǎn)品的收率，是提高烯烴分離單元經(jīng)濟(jì)性的重要課題。

通過對C5-C8，C8-C11 的理化性質(zhì)進(jìn)行分析，產(chǎn)品C8～C11 和產(chǎn)品C5～C8，可作為銷售產(chǎn)品推廣至市場，增加裝置運(yùn)行的附加值。對現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，將原有的四塔運(yùn)行變成三塔運(yùn)行，即可實現(xiàn)多產(chǎn)出兩種可銷售產(chǎn)品，從而降低裝置運(yùn)行的能耗，增加收益。

1 現(xiàn)有技術(shù)背景

α-烯烴是石油化工行業(yè)非常重要的基礎(chǔ)原料，在石油化工中占有重要的地位。而其中α-烯烴作為一種重要的有機(jī)原料和中間體產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于聚乙烯共聚單體、表面活性劑、潤滑油、增塑劑、聚α-烯烴、助劑和精細(xì)化學(xué)品。其中1-丁烯、1-己烯和1-辛烯主要作為聚乙烯的共聚單體，1-辛烯和C10～C13用于做聚α-烯烴（PAO）的原料，C14～C18 用于生產(chǎn)洗滌劑，C18 以上的α-烯烴用于生產(chǎn)潤滑劑和鉆井液[1]。

從費(fèi)托合成油中分離出高純度的不同碳鏈長度的烯烴具有長遠(yuǎn)的意義和廣闊的市場前景，煤基α-烯烴有石油基α-烯烴不可取代的地位，奇數(shù)碳和高碳數(shù)α-烯烴可通過費(fèi)托合成工藝合成得到，是目前其他合成工藝無法工業(yè)化得到的。通過本專利技術(shù)應(yīng)用的裝置可獲得多種具有窄碳數(shù)分布的烯烴產(chǎn)品，經(jīng)深加工可生產(chǎn)乙酸酯、低黏度聚烯烴（PAO）、高碳醇、烷基酚、烷基苯及高碳單烷烴或者二元酸等，市場附加值高，具有石油基α-烯烴無法取代的優(yōu)勢[2-3]。

目前，國內(nèi)建成投產(chǎn)的以費(fèi)托合成工藝為載體的烯烴分離裝置僅潞安集團(tuán)建設(shè)的30 萬t/a 烯烴分離裝置，屬國內(nèi)首套。本專利在該裝置設(shè)計四塔分離產(chǎn)品的工藝基礎(chǔ)上，根據(jù)市場對產(chǎn)品的定向需求，探索獲得費(fèi)托合成油品中α-烯烴組分的三塔工藝方法，將現(xiàn)有的二塔運(yùn)行向三塔運(yùn)行進(jìn)行突破。

2 三塔工藝方法

2.1 原二塔工藝方法

來自界外168 ℃的穩(wěn)定重質(zhì)油首先進(jìn)入93100-V102（烯烴原料緩沖罐），經(jīng)93100-P101A/B（烯烴原料泵）加壓至0.72 MPa（G）進(jìn)入93100-PF101A/B（烯烴原料聚結(jié)器預(yù)過濾器）和93100-CL101A/B（烯烴原料聚結(jié)器）脫水。脫水后的重質(zhì)油經(jīng)93100-E103（原料-T103 塔頂油氣換熱器）預(yù)熱至210 ℃后進(jìn)入93100-T101（T101 塔）。T101 塔采用真空操作，塔頂操作壓力約-0.036 MPaG，操作溫度121.6 ℃，塔頂出口為C11 以下的氣相混合烴，經(jīng)93100-A101（T101塔頂空冷器）、93100-E105（T101 塔頂水冷器）冷卻至40℃后進(jìn)入93100-V103（T101 塔頂回流罐），由93100-P102A/B（T101 塔頂回流泵）部分送回至T101塔內(nèi)，其余作為XT1 成品外送。

T103 塔頂操作壓力約為-0.071MPa（G），操作溫度161 ℃，T102 塔底油經(jīng)93100-P107A/B（T103 塔底泵）升壓后，經(jīng)冷卻器93100-E111 和空冷器A106（T102 塔底油空冷器）換熱冷卻至約60 ℃后，作為XT4 產(chǎn)品；T103 塔頂分餾出C11-C13,經(jīng)過換熱冷卻后作為XT1+2。T104 暫時作為儲罐使用，待后期開發(fā)出新產(chǎn)品后進(jìn)行分離使用。

2.2 現(xiàn)三塔工藝方法

在原有兩塔運(yùn)行圖的基礎(chǔ)上，將T101 操作指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，使塔頂分餾出C5-C11,將原有的XT1 送入T102 進(jìn)行再次精餾，塔頂分餾出C5-C8.塔底分餾處C8-C11，分別作為產(chǎn)品進(jìn)行外銷。烯烴分離由兩塔運(yùn)行轉(zhuǎn)為三塔運(yùn)行操作程序作業(yè)卡，如表1 所示。

表1 烯烴分離由兩塔運(yùn)行轉(zhuǎn)為三塔運(yùn)行操作程序作業(yè)卡

2）為給工藝裝置提供充足的熱源，設(shè)置導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)。其中正常生產(chǎn)時，導(dǎo)熱油作為93100-E106（T101 塔底重沸器）、93100-E112（T102 塔底重沸器）的再沸熱源。

導(dǎo)熱油爐系統(tǒng)分為三個部分：煙風(fēng)系統(tǒng)、導(dǎo)熱油系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)。

2.2.1 煙風(fēng)系統(tǒng)

煙風(fēng)系統(tǒng)由導(dǎo)熱油爐、低氮燃燒器、鼓風(fēng)機(jī)、回流風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、自力式鋼煙囪組成。空氣經(jīng)93100-C401（鼓風(fēng)機(jī)）加壓后，先經(jīng)93100-E401（空氣預(yù)熱器）與93100-F401（導(dǎo)熱油爐）出口高溫?zé)煔鈸Q熱后，送入設(shè)置在導(dǎo)熱油爐底部的93100-J401（低氮燃燒器）。燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)內(nèi)層盤管輻射換熱后，從內(nèi)層盤管上部進(jìn)入內(nèi)、中、外層盤管之間所構(gòu)成的對流換熱區(qū)，換熱后由殼體下部排煙口排出，排出煙氣余熱經(jīng)93100-E401（空氣預(yù)熱器）回收熱量后，進(jìn)入煙囪排放。

為降低爐膛內(nèi)的氧氣含量，空氣預(yù)熱器出口煙氣有一部分通過循環(huán)風(fēng)機(jī)加壓后隨熱風(fēng)送至燃燒器，從而減少進(jìn)入爐膛的空氣量，降低氮氧化物排放量，循環(huán)煙氣量可根據(jù)鍋爐負(fù)荷按比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.2.2 導(dǎo)熱油系統(tǒng)

注油：初次使用時，通過軟管將導(dǎo)熱油經(jīng)93100-P402（注油泵）送入93100-V402（膨脹罐），再對系統(tǒng)進(jìn)行充油。93100-V402（膨脹罐）采用氮?dú)膺M(jìn)行氣封，避免導(dǎo)熱油與氧氣接觸而產(chǎn)生氧化，變質(zhì)老化，也避免水蒸氣的進(jìn)入。

正常運(yùn)行時：由93100-P401A/B（導(dǎo)熱油循環(huán)泵）建立導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)的循環(huán)，被加熱的高溫導(dǎo)熱油在用戶換熱設(shè)備中與用熱工質(zhì)進(jìn)行換熱，從各用熱設(shè)備返回的導(dǎo)熱油經(jīng)93100-P401A/B（導(dǎo)熱油循環(huán)泵），輸送到導(dǎo)熱油爐進(jìn)行加熱；當(dāng)用熱設(shè)備供熱負(fù)荷變化時，通過旁路氣動調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)流量，保持主循環(huán)流量基本不變。

從各用熱設(shè)備返回的導(dǎo)熱油匯集后進(jìn)入93100-V403（油氣分離器），系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的微量氣體經(jīng)膨脹管排入93100-V402（膨脹罐）。

溢流、排氣：93100-V402（膨脹罐）內(nèi)過剩導(dǎo)熱油通過溢流管流入93100-V401（儲油罐）；膨脹罐內(nèi)的氣體可通過設(shè)置的放散管排出。注意：導(dǎo)熱油第一次脫氣時，如氣量較多，應(yīng)打開輔助排氣管排氣，并控制排氣強(qiáng)度，保持壓力穩(wěn)定。加熱爐正常工作時，關(guān)閉輔助排氣管閥門，系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的微量氣體通過油氣分離器經(jīng)膨脹管排出。

排油：系統(tǒng)更換導(dǎo)熱油時，可通過注油泵及管線將設(shè)備中或系統(tǒng)中的導(dǎo)熱油排出；膨脹罐內(nèi)導(dǎo)熱油可通過排油管線排至儲油罐。

2.2.3 燃料氣系統(tǒng)

來自界外的0.4 MPa（G）燃料氣經(jīng)過93100-V404（燃料氣分液罐）分液后，經(jīng)過自力式調(diào)壓閥減壓至0.04 MPa（G）后分為兩路進(jìn)入低氮燃燒器，一路為主燃料氣管線，另一路為點(diǎn)火管線。主燃料氣管設(shè)置有阻火器。通過控制導(dǎo)熱油出口溫度，調(diào)節(jié)主燃料氣管線燃料氣流量，避免導(dǎo)熱油超溫。主燃料氣管線和點(diǎn)火管線均設(shè)置有壓力測量、報警、聯(lián)鎖，保證導(dǎo)熱油爐安全運(yùn)行。

裝置來的不凝氣送入鼓風(fēng)機(jī)入口風(fēng)道上，隨空氣進(jìn)入爐內(nèi)燃燒。在不凝氣管線上設(shè)有自動切換和放散閥門。

3 三塔工藝的技術(shù)指標(biāo)

1）在目前烯烴分離裝置運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將T102塔并入系統(tǒng)中運(yùn)行，從T102 塔塔頂產(chǎn)出產(chǎn)品C5～C8，T102 塔塔底產(chǎn)出產(chǎn)品C8～C11。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，需要對T102 塔塔頂以及塔底溫度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

2）對T102 塔所需要產(chǎn)出產(chǎn)品進(jìn)行工藝指標(biāo)調(diào)試，對所產(chǎn)出產(chǎn)品進(jìn)行市場開拓，確定優(yōu)化方案并進(jìn)行實施。

不斷優(yōu)化T102 塔塔釜溫度、塔頂壓力、塔頂溫度及塔頂回流量對回收組分的影響關(guān)系，在設(shè)計允許的條件下擴(kuò)大優(yōu)化控制指標(biāo)范圍，打破原有的T102 塔的運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)T102 塔塔頂，塔底兩種產(chǎn)品持續(xù)合格，具備外銷條件。

3）研究由兩塔運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)槿\(yùn)行工藝流程優(yōu)化方法，實現(xiàn)塔頂，塔底兩種產(chǎn)品外送成品罐區(qū)目標(biāo)。

4）技術(shù)關(guān)鍵及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過對T102 塔操作指標(biāo)優(yōu)化，調(diào)整T102 塔塔底產(chǎn)出C8～C11 產(chǎn)品，要求指標(biāo)為≤C7 不超過0.5%，調(diào)整T102 塔頂產(chǎn)出C5～C8 產(chǎn)品，要求指標(biāo)為C5～C8 有效組分≥98%，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4 三塔工藝的有益效果

項目完成后，解決了烯烴裝置產(chǎn)品單一，整體銷售產(chǎn)品占比原料較低的問題。優(yōu)化工藝流程之后可實現(xiàn)四種產(chǎn)品分離，分別是外銷產(chǎn)品XT1+2（C10～C13），外銷產(chǎn)品C8～C11；外銷產(chǎn)品C5～C8，其中外銷產(chǎn)品按照28 t/h 進(jìn)料量，全年可產(chǎn)出新增產(chǎn)品3.942 萬t，按照目前市場銷售價8 300 元/t，按照增值2 000 元/t 核算，可實現(xiàn)營收7884 萬元。

研究完成后，利用現(xiàn)有烯烴分離裝置閑置的T102 塔對T101 塔頂物料進(jìn)行分離，通過摸索操作溫度和壓力以及附屬導(dǎo)熱油爐的各種負(fù)荷調(diào)整要求，分離出C5～C8；C8～C11 兩種產(chǎn)品研發(fā)。此產(chǎn)品可作為氯化石蠟的原料，其市場潛力巨大。

5 烯烴分離技術(shù)的發(fā)展前景

本技術(shù)使用的原料為煤基費(fèi)托合成的油品，不含硫氮芳烴，原料中烯烴組分基本為α-烯烴，與石油基原料相比具有原料純度高的優(yōu)勢，所需工藝不含化學(xué)反應(yīng)，屬于物理精餾，原料處理和產(chǎn)品分離經(jīng)濟(jì)成本低，無需額外的除雜工藝和設(shè)備。

所得碳數(shù)范圍內(nèi)的產(chǎn)品純度在94.5%以上甚至更高，幾乎不含雜質(zhì)，可作為精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原料[4]。

所得產(chǎn)品組份完全通過煤基費(fèi)托合成，可進(jìn)一步精細(xì)化分割得到各種下游產(chǎn)品，目前通過該途徑得到該部分低碳烯烴、高碳烯烴，石油基原料分離、乙烯合成等化工方法無法取代。

6 結(jié)語

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可以知道，煤化工是現(xiàn)代化工事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中需要涉及的重要內(nèi)容組成部分，在現(xiàn)有生產(chǎn)中，只有不斷完善生產(chǎn)工藝，根據(jù)市場不斷對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整，不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以市場為導(dǎo)向，不斷加深對生產(chǎn)裝置潛能的激發(fā)，才能更好的實現(xiàn)工藝價值，不斷增大企業(yè)效益。