烯烴分離裝置的進一步深化研究

朱 勇

（潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046000）

0 引言

山西潞安化工集團煤基清潔能源有限責任公司成立于2014 年1 月13 日，位于山西省長治市襄垣縣王橋鎮，注冊資金35 億元，在冊員工1360 余人，為山西潞安化工集團煤基清潔能源有限公司投資建設的一家特大型現代煤化工企業。公司承擔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）的籌建和運營，是集研發、生產、銷售為一體的高新技術企業。該項目是國家“十二五”重點攻關、山西省重大轉型標桿項目，以“高端化、全循環、多聯產”及“技術創新+商業模式創新”為主要特征，將建成世界上第一個高技術集成、高效能循環、高品味體現、低碳、低水耗、低能耗的“三高三低”資源綜合利用循環經濟園區。公司秉承集團“以煤為基、多元發展”的理念和發展模式，目前發展形成了由大宗油品生產銷售向高端精細化研發生產拓展的良好局面。公司現有七大工藝生產裝置：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、精細化學品加工裝置。主要產品有潤滑油基礎油、白油、烯烴料、溶劑油、特種燃料、LPG 等數十余種，產量可達110 萬t/a。

為了企業開源，進一步豐富產品的多樣化與多元化，山西潞安化工集團煤基清潔能源有限責任公司投資建設的一家特大型現代煤化工企業，投資興建了一套《一種煤制穩定重質油提質的烯烴分離裝置》，該工藝產品為4 個精餾塔分離混合烴產品C5～C8、C9～C11、C12～C13、C14～C18 及＞C18，目前可銷售的終端產品收率32.2%，相對來說可銷售產品轉化率比較低。由于穩定重質油原料當中組分復雜，各物質沸點不同，如何更好的利用目前現有的裝置多產出可銷售的產品，提高終端產品的收率，是提高烯烴分離單元經濟性的重要課題。

通過對C5-C8，C8-C11 的理化性質進行分析，產品C8～C11 和產品C5～C8，可作為銷售產品推廣至市場，增加裝置運行的附加值。對現有工藝流程進行優化，將原有的四塔運行變成三塔運行，即可實現多產出兩種可銷售產品，從而降低裝置運行的能耗，增加收益。

1 現有技術背景

α-烯烴是石油化工行業非常重要的基礎原料，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原料和中間體產品，被廣泛應用于聚乙烯共聚單體、表面活性劑、潤滑油、增塑劑、聚α-烯烴、助劑和精細化學品。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 用于生產洗滌劑，C18 以上的α-烯烴用于生產潤滑劑和鉆井液[1]。

從費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，奇數碳和高碳數α-烯烴可通過費托合成工藝合成得到，是目前其他合成工藝無法工業化得到的。通過本專利技術應用的裝置可獲得多種具有窄碳數分布的烯烴產品，經深加工可生產乙酸酯、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-烯烴無法取代的優勢[2-3]。

目前，國內建成投產的以費托合成工藝為載體的烯烴分離裝置僅潞安集團建設的30 萬t/a 烯烴分離裝置，屬國內首套。本專利在該裝置設計四塔分離產品的工藝基礎上，根據市場對產品的定向需求，探索獲得費托合成油品中α-烯烴組分的三塔工藝方法，將現有的二塔運行向三塔運行進行突破。

2 三塔工藝方法

2.1 原二塔工藝方法

來自界外168 ℃的穩定重質油首先進入93100-V102（烯烴原料緩沖罐），經93100-P101A/B（烯烴原料泵）加壓至0.72 MPa（G）進入93100-PF101A/B（烯烴原料聚結器預過濾器）和93100-CL101A/B（烯烴原料聚結器）脫水。脫水后的重質油經93100-E103（原料-T103 塔頂油氣換熱器）預熱至210 ℃后進入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93100-A101（T101塔頂空冷器）、93100-E105（T101 塔頂水冷器）冷卻至40℃后進入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，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93100-P107A/B（T103 塔底泵）升壓后，經冷卻器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 產品；T103 塔頂分餾出C11-C13,經過換熱冷卻后作為XT1+2。T104 暫時作為儲罐使用，待后期開發出新產品后進行分離使用。

2.2 現三塔工藝方法

在原有兩塔運行圖的基礎上，將T101 操作指標進行優化，使塔頂分餾出C5-C11,將原有的XT1 送入T102 進行再次精餾，塔頂分餾出C5-C8.塔底分餾處C8-C11，分別作為產品進行外銷。烯烴分離由兩塔運行轉為三塔運行操作程序作業卡，如表1 所示。

表1 烯烴分離由兩塔運行轉為三塔運行操作程序作業卡

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

導熱油爐系統分為三個部分：煙風系統、導熱油系統、燃料氣系統。

2.2.1 煙風系統

煙風系統由導熱油爐、低氮燃燒器、鼓風機、回流風機、空氣預熱器、自力式鋼煙囪組成。空氣經93100-C401（鼓風機）加壓后，先經93100-E401（空氣預熱器）與93100-F401（導熱油爐）出口高溫煙氣換熱后，送入設置在導熱油爐底部的93100-J401（低氮燃燒器）。燃燒后的高溫煙氣經內層盤管輻射換熱后，從內層盤管上部進入內、中、外層盤管之間所構成的對流換熱區，換熱后由殼體下部排煙口排出，排出煙氣余熱經93100-E401（空氣預熱器）回收熱量后，進入煙囪排放。

為降低爐膛內的氧氣含量，空氣預熱器出口煙氣有一部分通過循環風機加壓后隨熱風送至燃燒器，從而減少進入爐膛的空氣量，降低氮氧化物排放量，循環煙氣量可根據鍋爐負荷按比例進行調節。

2.2.2 導熱油系統

注油：初次使用時，通過軟管將導熱油經93100-P402（注油泵）送入93100-V402（膨脹罐），再對系統進行充油。93100-V402（膨脹罐）采用氮氣進行氣封，避免導熱油與氧氣接觸而產生氧化，變質老化，也避免水蒸氣的進入。

正常運行時：由93100-P401A/B（導熱油循環泵）建立導熱油加熱系統的循環，被加熱的高溫導熱油在用戶換熱設備中與用熱工質進行換熱，從各用熱設備返回的導熱油經93100-P401A/B（導熱油循環泵），輸送到導熱油爐進行加熱；當用熱設備供熱負荷變化時，通過旁路氣動調節閥自動調節流量，保持主循環流量基本不變。

從各用熱設備返回的導熱油匯集后進入93100-V403（油氣分離器），系統內產生的微量氣體經膨脹管排入93100-V402（膨脹罐）。

溢流、排氣：93100-V402（膨脹罐）內過剩導熱油通過溢流管流入93100-V401（儲油罐）；膨脹罐內的氣體可通過設置的放散管排出。注意：導熱油第一次脫氣時，如氣量較多，應打開輔助排氣管排氣，并控制排氣強度，保持壓力穩定。加熱爐正常工作時，關閉輔助排氣管閥門，系統內產生的微量氣體通過油氣分離器經膨脹管排出。

排油：系統更換導熱油時，可通過注油泵及管線將設備中或系統中的導熱油排出；膨脹罐內導熱油可通過排油管線排至儲油罐。

2.2.3 燃料氣系統

來自界外的0.4 MPa（G）燃料氣經過93100-V404（燃料氣分液罐）分液后，經過自力式調壓閥減壓至0.04 MPa（G）后分為兩路進入低氮燃燒器，一路為主燃料氣管線，另一路為點火管線。主燃料氣管設置有阻火器。通過控制導熱油出口溫度，調節主燃料氣管線燃料氣流量，避免導熱油超溫。主燃料氣管線和點火管線均設置有壓力測量、報警、聯鎖，保證導熱油爐安全運行。

裝置來的不凝氣送入鼓風機入口風道上，隨空氣進入爐內燃燒。在不凝氣管線上設有自動切換和放散閥門。

3 三塔工藝的技術指標

1）在目前烯烴分離裝置運行的基礎上，將T102塔并入系統中運行，從T102 塔塔頂產出產品C5～C8，T102 塔塔底產出產品C8～C11。由于產品結構發生變化，需要對T102 塔塔頂以及塔底溫度進行相應調整。

2）對T102 塔所需要產出產品進行工藝指標調試，對所產出產品進行市場開拓，確定優化方案并進行實施。

不斷優化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系，在設計允許的條件下擴大優化控制指標范圍，打破原有的T102 塔的運行狀態，實現T102 塔塔頂，塔底兩種產品持續合格，具備外銷條件。

3）研究由兩塔運行轉變為三塔運行工藝流程優化方法，實現塔頂，塔底兩種產品外送成品罐區目標。

4）技術關鍵及主要技術經濟指標

通過對T102 塔操作指標優化，調整T102 塔塔底產出C8～C11 產品，要求指標為≤C7 不超過0.5%，調整T102 塔頂產出C5～C8 產品，要求指標為C5～C8 有效組分≥98%，達到產品質量要求。

4 三塔工藝的有益效果

項目完成后，解決了烯烴裝置產品單一，整體銷售產品占比原料較低的問題。優化工藝流程之后可實現四種產品分離，分別是外銷產品XT1+2（C10～C13），外銷產品C8～C11；外銷產品C5～C8，其中外銷產品按照28 t/h 進料量，全年可產出新增產品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，可實現營收7884 萬元。

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

5 烯烴分離技術的發展前景

本技術使用的原料為煤基費托合成的油品，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勢，所需工藝不含化學反應，屬于物理精餾，原料處理和產品分離經濟成本低，無需額外的除雜工藝和設備。

所得碳數范圍內的產品純度在94.5%以上甚至更高，幾乎不含雜質，可作為精細化工產品生產的優質原料[4]。

所得產品組份完全通過煤基費托合成，可進一步精細化分割得到各種下游產品，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 結語

綜合梳理現有研究成果可以知道，煤化工是現代化工事業發展進程中需要涉及的重要內容組成部分，在現有生產中，只有不斷完善生產工藝，根據市場不斷對生產工藝進行調整，不斷優化產品結構，以市場為導向，不斷加深對生產裝置潛能的激發，才能更好的實現工藝價值，不斷增大企業效益。