MTO下游烯烃分离技术分析与优化

2017-03-03王海桃神华新疆化工有限公司新疆乌鲁木齐830000

化工管理 2017年31期

关键词：凝液汽提塔丙烷

王海桃(神华新疆化工有限公司,新疆乌鲁木齐 830000)

MTO下游烯烃分离技术分析与优化

王海桃(神华新疆化工有限公司,新疆乌鲁木齐 830000)

通过对“鲁姆斯”、“惠生”烯烃分离技术的对比，结合两种工艺在实际生产运行过程中出现的问题，提出对水洗、碱洗系统，凝液汽提系统的优化改造。达到稳定水洗塔操作，减少碱洗塔黄油生成量，降低压缩机三段负荷的目的。

丙烷洗;分离;优化

1 烯烃分离工艺流程介绍

来自甲醇制烯烃装置的产品气进入烯烃分离装置，首先经过四级压缩、酸性气体脱除、洗涤和干燥后，进入高低压脱丙烷塔进行分离。高压脱丙烷塔顶物流经产品气四段压缩后送至脱甲烷塔，塔顶产品主要是甲烷，经冷箱后得到燃料气。塔底物流送至脱丁烷塔，得到碳五以上产品和混合碳四产品。脱甲烷塔底物流送至脱乙烷塔进行碳二和碳三分离，塔顶碳二经过乙炔转化后进入乙烯精馏塔，塔顶产品即为聚合级乙烯产品。塔底碳三进入丙烯精馏塔，塔顶馏分便是聚合级丙烯。聚合级的乙烯和丙烯产品分别送入PE装置和PP装置作原料，混合碳四送碳四装置作为原料。

2 “鲁姆斯”技术与“惠生”技术区别

“鲁姆斯”技术与“惠生”技术采用相同的“前脱丙烷，后加氢”流程。两者在液相烃凝液处理、乙烯收率等方面，因为侧重点的不同，因此采用不同的工艺设置。

2.1 设计阶段的区别

(1)水洗、碱洗系统。“鲁姆斯”技术水洗、碱洗系统设置在压缩机二段出口，操作压力为0.7MPa；“惠生”技术水洗、碱洗系统设置在压缩机三段出口，操作压力为1.5MPa；两种工艺操作温度近似。对于吸收塔而言，仅考虑其对气体的吸收速率，提高压力有利吸收。碱洗塔中黄油生成机理：一是冷凝或溶解在碱液中的双烯烃或其它不饱和烯烃在氧作用下，诱发成自由基，自由基最终聚合成生成黄油；二是产品气中的醛或酮在碱的作用下发生缩合反应生成黄油。综上：高压有利于水洗塔脱出含氧化合物，可降低产品气中氧化物含量；但高压有利于聚合物生成，因此操作中需要水洗塔出口产品中氧化物含量必须达到要求。

(2)凝液汽提塔与液相干燥器。“鲁姆斯”工艺采用液相干燥器处理经水洗、碱洗后冷凝的液相烃。液相干燥器运行—再生周期为72小时/次，其再生过程中冷吹操作，会将大量烃类置换吹扫至火炬，造成物料的损失。“惠生”工艺为避免或减少物料损失，采用凝液汽提塔替代液相干燥器作用。液相烃凝液直接输送至凝液汽提塔，进行非清晰分割，塔釜得到碳三及以下轻组分不超过1000ppm的混合液；塔顶气相返回压缩机三段吸入罐。凝液汽提塔连续操作，虽然能有效避免再生过程物料的浪费，但顶部返回气相会增加压缩机三段的负荷，满负荷运行时较“鲁姆斯”工艺高15000Nm3/h。

(3)高、低压脱丙烷塔与脱丙烷塔+凝液汽提塔。“鲁姆斯”工艺采用高、低压脱丙烷系统，双塔均采用非清晰分割操作。高压脱丙烷塔操作压力为1.84MPa，塔釜温度为80℃；塔顶控制碳四含量小于1000ppm，塔釜控制塔三含量0.05～0.06mol%，釜液经冷却后输送至低压脱丙烷塔。低压脱丙烷塔操作压力为0.76MPa，塔釜温度为82℃；塔顶控制碳四含量0.55～0.7mol%，用泵输送至高压脱丙烷塔，塔釜控制塔三含量小于0.2 wt%；釜液送至脱丁烷塔处理。采用高、低压脱丙烷系统，可以有效防止塔釜结焦。

在充分吸收高、低压脱丙烷系统优势，同时结合实际生产运行情况，“惠生”工艺采用脱丙烷塔+凝液汽提塔的形式，达到对碳三、碳四的清晰分割。脱丙烷塔操作压力为1.322MPa，塔釜温度为95.6℃；塔顶控制碳四含量小于1000ppm，塔釜控制碳三含量小于3000ppm，釜液送至脱丁烷塔。凝液汽提塔操作压力为0.765MPa，塔釜温度为79.5℃。塔顶进料，无回流，塔釜控制碳三含量小于1000ppm，釜液送至脱丁烷塔；塔顶含水物料返回压缩机三段。凝液汽提塔的设置，既达到低压脱丙烷塔防止高压高温结焦的作用，又部分替代液相干燥器的作用，同时能较大程度的消除两者的缺陷。

(4)脱甲烷塔与预切割—油吸收系统。“鲁姆斯”工艺技术的特点之一是采用“丙烷洗”替代传统深冷分离。塔顶引入一股来自丙烯精馏塔的釜液，作为塔顶回流冲洗液，根据“相似相溶”原理，将脱甲烷塔顶不凝气中乙烯组分，洗涤溶解回收，使塔顶不凝气中乙烯损失不大于3.2%(mol)。“惠生”工艺采用的“预切割—油吸收”技术，其原理与“丙烷洗”相同。为降低开工初期或异常波动工况下乙烯损失，在塔顶设置一降膜式换热器，碳三洗涤液在降膜式换热器中进一步过冷，促进洗液对乙烯的吸收，进一步降低塔顶不凝气中乙烯损失，不大于0.49%(mol)。

2.2 生产运行阶段存在的问题

(1)水洗、碱洗系统。“鲁姆斯”工艺，水洗塔运行初期使用上游MTO装置产生的净化水做洗涤液，加之MTO产品气中夹带有催化剂粉末，造成水洗塔压差大，填料堵塞，严重影响水洗效果。进而加剧碱洗塔黄油生成，引发严重的环保问题。

“惠生”工艺吸取了“鲁姆斯”工艺缺点，在水洗塔前设置一缓冲罐，以降低MTO产品气中催化剂粉末携带量，同时，用作在MTO注二甲苯洗涤急冷塔时，撇出重油及二甲苯。由于后续流程采用凝液汽提塔工艺，其满负荷设计工况，进入水洗、碱洗系统的流量为83000Nm3/h；而实际生产过程中流量为92000～98000Nm3/h，使水洗塔顶部气相严重带水，碱洗塔黄油生成量远高于设计处理负荷1.5t/h。经过对现场黄油组分进行分析检测，黄油绝大多数为醛酮缩合物。

(2)液相干燥器与凝液汽提塔。液相干燥器存在的问题一方面是再生过程物料的损失，另一方面则是吸附热的集聚。再生过程物料损失是该流程无法彻底消除的，只能优化减少。吸附热的集聚则是需要在操作过程中竭力避免的；短期停车，须倒空物料，以防止床层温升可能引发的管道变形、设备超压等事故。凝液汽提塔在操作过程中，由于进料组分不稳定，碳四占比程度多少，对凝液汽提塔操作会产生影响。为满足塔釜碳三含量小于1000ppm的要求，通常会适当增加再沸量，导致塔顶气相流量大于设计流量，增加压缩机三段、水洗、碱洗系统负荷。

(3)高低压脱丙烷塔与脱丙烷塔、凝液汽提塔。高低压脱丙烷塔系统，根据历次检修反馈情况，完全达到了设计目的，即有效改善单塔操作系统结焦的问题。脱丙烷塔、凝液汽提塔系统，通过实际运行情况以及检修反馈情况，同样达到了设计目的。在较低的操作压力下，适当增加操作温度，塔釜结焦并不会明显增加。

(4)脱甲烷塔与预切割—油吸收系统。脱甲烷系统与预切割—油吸收系统，两者均采用“相似相溶”原理，对尾气进行洗涤，回收碳二组分，经过实际运行检验，都能满足设计的要求。预切割—油吸收系统引入的降膜式换热器，在生产运行过程中，乙烯损失一般能控制在0.5%左右。

3 基于两种工艺的优化

3.1 水洗、碱洗系统

综合考量上述两种工艺下，水洗、碱洗系统在实际运行过程中所产生的问题，相应进行优化。

水洗塔入口设置缓冲罐。压缩机出口产品气经过冷却降温后，部分重油、水在缓冲罐中冷凝、收集，降低水洗塔处理负荷。另一方面，缓冲罐可去除一部分产品气中夹带的催化剂粉末，尤其是装置运行后期，上游MTO装置水洗塔、急冷塔注二甲苯期间，缓冲罐可排除大量重质含催化剂蜡状物，减轻水洗塔塔盘堵塞情况，确保水洗塔洗涤效果。

自MTO工艺来的产品气中，双烯烃含量少，且实际黄油组分中，醛酮缩合物约占80%左右，因此，碱洗塔黄油的生成量由水洗后醛酮含量决定。实际生产过程，由于水洗塔本身温度变化或进入产品气量大幅波动，会导致大量含醛酮洗涤水进入碱洗塔，一方面醛酮自身缩合产生黄油，另一方面携带的重烃为反应提供附着点，加剧黄油生成。因此，在碱洗塔进料加热器前设置除液罐，及时排出水洗塔顶部气相中携带的水分、重烃冷凝液，减少黄油生成量，确保碱洗塔长周期运行。