摘 要：本文根据DMTO反应气的组成特点、分析和对比同类烯烃分离装置乙烯塔实际生产运行状况及工艺参数等，针对KBR烯烃分离技术乙烯塔在运行过程中存在的问题进行探讨，对乙烯塔乙烯产品采出方式进行优化技改，降低乙烯塔能耗，为装置达到长周期，满负荷，节能、平稳运行提出建议。

关键词：DMTO；烯烃分离；乙烯塔；巴氏精馏；节能降耗

Abstract：In this article， based on composition of DMTO product， different licensors olefin technologies are compared in term of operation and process parameters. Operational issue in KBR-licensed C2 splitter unit is also discussed， with suggestion on improving ethylene withdraw efficiency and decreasing energy consumption， to achieve high stream factor， full capacity， low consumption and steady operation.

Keywords：DMTO；Olefin Separation；C2 Splitter；Distillation；Energy Saving

神華陕西甲醇下游加工项目结合世界上首套工业化大型煤制烯烃项目（DMTO项目）在包头的成功示范投资建设。对比石脑油裂解气，DMTO产品气组成与进料相对稳定简单，甲烷，氢气，乙炔较少，碳四以上等重组分含量较少。进料组分的不同，决定了分离技术选择、路线、特点的不同，因此分离流程设计相比石脑油裂解生产乙烯分离流程简单、投资少，结合该公司的投料实际运行情况和正常生产操作数据，认真分析和对比同类烯烃分离装置乙烯塔实际生产运行状况及工艺参数等， KBR烯烃分离技术乙烯塔的设计还有较大的改进和优化的空间。

1 烯烃分离装置概况及工艺流程

项目烯烃分离技术采用美国KBR公司前脱丙烷后加氢、丙烷洗、碳三洗分离工艺技术，该工艺与石脑油裂解气分离技术相比较简单，此工艺无前冷系统，无乙烯制冷系统。装置原料为甲醇制烯烃的反应气，生产规模为30万吨/年聚合级乙烯和30万吨/年聚合级丙烯，同时副产混合C4产品8.4万吨/年，C5以上产品2.5万吨/年，丙烷产品量为1.7万吨/年，燃料气3万吨/年[1]。

MTO装置的反应气进入烯烃分离装置，首先经过C400压缩机压缩提高压力、酸性气体脱除、洗涤和干燥后，进入脱丙烷塔T501对碳三产品和碳四产品分离。脱丙烷塔顶产品气C400四段压缩后送至脱甲烷塔T511，塔顶产品主要是甲烷，氢气，氮气，微量损失的碳二，碳三，经E520，E521AB加热后达到一定温度后送至燃料气管网供用户使用。塔底产品送至脱丁烷塔T631，塔底得到混合碳五以上产品，塔釜得到混合碳四产品。脱甲烷塔T511底部产品送至脱乙烷塔T601，进行乙烯乙烷和丙烯丙烷的分离，塔顶碳二产品经过加氢干燥后进入乙烯塔，塔顶产品通过巴氏精馏段把加氢带入的甲烷和剩余的氢气得到脱除，从第7层塔盘采出即为聚合级乙烯产品。塔底丙烯丙烷等进入丙烯精馏塔提馏段T611，塔顶产品便是聚合级丙烯。聚合级的乙烯和丙烯产品分别送入下游PE聚合装置和PP聚合装置[2]。

2 乙烯塔运行存在的问题

①乙烯塔设计上，与常规精馏塔的改进是设有中间再沸，乙烯产品从巴氏精馏段第7块塔盘液相侧线采出外送，自原始开工以来，从该公司两年来乙烯塔运行进料组成分析，乙烯乙烷的含量高达99.98VOL%，乙炔的含量稳定在6ppm以下，丙烯含量稳定在8 ppm以下，甲烷的含量稳定在10ppm以下，以上组分等含量稳定且含量微小。能够满足聚合级乙烯产品指标的情况下，通过巴氏精馏段脱除甲烷，氢气等轻组分加大内回流，相应增加乙烯塔T602的负荷，增加丙烯机的能耗，不利于装置整体的节能降耗。

②乙烯塔塔顶冷凝器是丙烯机一段-40℃冷剂的主要用户，其冷剂用量占一段冷剂总用量的76%，丙烯机C701一段-40℃负荷占制冷总负荷的57%以上，丙烯机C701制冷总负荷的44%是为乙烯塔塔顶冷凝器E611AB提供冷剂而消耗的[3]。KBR烯烃分离工艺丙烯机的负荷设计弹性较小，乙烯塔的操作以及塔压的波动对丙烯机负荷的变化影响非常大。在夏季温度较高且循环水温度波动较频繁，MTO负荷达到110%时，乙烯塔在MTO进料110%负荷下一直高于正常操作压力运行且易造成产品中乙烷不合格。

③PE装置的乙烯进料温度由烯烃分离丙烯机来提供，丙烯制冷压缩机系统在设计上已经考虑到了装置在100%负荷下生产乙烯，而只有50%的乙烯产品经过汽化并输送到PE装置的工况。当装置没有乙烯产品向下游输送时，丙烯制冷压缩机系统外供冷量减少，负荷增加。装置的生产负荷必须降到100%以下。在丙烯冷凝器E701AB循环水出口满负荷状态下，丙烯机转速已达最大转速调节余地较小，只能通过降低循环冷却水的温度，同时降低MTO负荷来维持。频繁调节循环水温度，升降负荷影响长周期，稳定，满负荷运行。

④在夏季随着环境温度的升高，或者在PE装置停车后，乙烯球罐罐存将会上升压力持续较高，影响乙烯塔产品的正常采出，乙烯塔只能提高操作压力或者降低球罐压力才能正常采出。目前的解决途径是，通过乙烯球罐不合格乙烯回炼线，将球罐合格气相乙烯返回至烯烃分离回炼来降低球罐压力，或适当提高乙烯塔的塔压，这样虽然解决乙烯球罐压力过高问题，但是回炼无疑增加烯烃分离的负荷，回炼时首先进入脱丙烷塔，而后依次进入产品气压缩机，脱甲烷塔，脱乙烷塔，乙烯塔回炼，将会增大装置的综合能耗。

⑤开工以来乙烯塔与乙烯球罐之间的气相平衡线投用后效果并不理想，当乙烯塔塔压较高，球罐压力较低时。乙烯塔顶的气相乙烯易窜到乙烯球罐造成球罐产品指标不合格。乙烯球罐设有压力控制系统，当球罐压力过高时，因压力平衡线一直未投用，只能将气相乙烯排放到冷火炬系统，造成物料的浪费。

⑥乙烯塔的1号再沸器由脱甲烷塔进料10℃的反应气提供，2号再沸器丙烯机三段5℃的丙烯提供，为了确保脱甲烷塔进料平稳，以及丙烯机的平稳运行，该塔未设置塔压联锁，在塔压较高时，由手动操作，存在不及时可能易造成乙烯塔超压。

3 优化建议及解决措施

①在现有的乙烯产品采出设计基础上新加一条管线，即：在乙烯塔回流泵P605A/B出口接一条6寸管线，管线根部增加一道闸阀，连接到乙烯产品侧线采出流量计之前。同时在巴氏精馏侧线采出线上接头之前增加一道闸阀，用以切断乙烯产品侧线采出。在实际运行过程中，可根据实际工况做出灵活选择。当乙烯回流组分中轻组分含量符合产品指标要求时，可切换至该技改管线采出，在MTO进料负荷110%下，1-7层塔盘的内回流可由原来的160t/h可降至120t/h左右，减小内回流后可适当降低乙烯塔的操作压力，降低丙烯机的整体制冷负荷，拓宽乙烯塔的操作弹性，对装置整体节能降耗有很大提升。

②在乙烯氣相平衡线界区内增加一个单向阀和手操器。当乙烯球罐压力较高时，可以通过手操器将这部分合格气体直接通过平衡线送至乙烯塔，降低乙烯球罐压力，减少放火炬可能，通过增加单向阀避免乙烯塔不合格物料窜至乙烯球罐造成合格物料污染。此种技改方式大大减小通过进前分离系统的回炼流程而降低烯烃分离负荷，节省综合能耗。

③乙烯塔通过巴氏精馏段采出的产品是通过控制产品/回流比例控制器作为回流流量比例进行控制。回流流量控制器由乙烯回流罐液位控制器进行重新设定。若切换至技改管线采出时，回流量根据乙烯产品中重组分的含量来调整，乙烯产品的采出可与乙烯塔回流罐串级控制。

④根据甲烷塔底部在线甲烷分析仪，乙烯产品采出在线分析仪监测甲烷，氢气，CO等轻组分含量变化，及时调整回流罐不凝气返前系统脱丙烷塔T501的流量，以防乙烯产品中轻组分不合格，同时调整脱甲烷塔再沸，以防底部漏甲烷太多进入乙烯塔。在甲烷含量过高的情况下，增大乙烯塔的内回流并不会使甲烷的含量降低，在此种情况下，可以切换到巴氏精馏段侧线采出。当产品中轻组分较少时，可以将乙烯产品直接从乙烯塔回流泵P605A/B出口送到乙烯球罐。回流泵出口的压力是2.4MPa（G），乙烯球罐设计压力为2.16MPa（G），乙烯产品在乙烯塔塔压不变的情况下，可以正常采出。乙烯球罐在操作压力范围内对产品采出的影响较小。

⑤乙烯塔进料组成中碳三组分含量微小，乙烷含量比例较小，若乙烯产品中丙烯，乙烷的含量过高，及时判断引起上涨的原因，监控乙烷塔和乙烯塔的操作，及时做出调整防止重组分过高导致产品不合格。

⑥乙烯塔再沸由丙烯机三段5℃气相丙烯提供，为了确保乙烯塔的平稳运行，在乙烯塔负荷较高时，维持乙烯产品中乙烷含量在1000ppm以下，尽量减小乙烯塔内回流量，尽量减小塔负荷以及塔顶冷凝器负荷。维持丙烯机一段吸入压力、温度稳定。乙烯塔冷凝器丙烯侧液位、调节阀开度、再沸器加热热源阀门尽量不做大幅度调整。

⑦公用工程界区循环冷却水温度，压力及流量与丙烯制冷压缩机，反应气压缩机和精馏系统联系较为紧密，公司地处陕北地区昼夜温差较大，恒速电动空冷风机对循环的温度，压力影响较大，而烯烃分离装置的循环冷却水的换热器较多，循环水温度，压力的波动对分离系统的平稳操作有很大的影响，尤其对丙烯机，乙烯塔，丙烯塔的操作影响，建议在公司二期公用工程项目循环水的制冷方式上采取变频电动空冷风机，有利于分离装置的平稳操作，能显著节约能源。

4 结束语

乙烯塔的分离涉及到的情况比较复杂，通过对乙烯塔实际运行工况和化验分析数据做为参考，在保证产品纯度和减小损失的情况下，加大节能降耗新技术的开发和推广应用，对乙烯产品的采出方式作出技改很有现实意义。同时在乙烯产品采出方式的选择上应根据实际情况考虑多种因素的影响做出灵活选择，不断优化系统操作，提高乙烯塔的操作弹性，从而保证系统平稳高效运行，以使乙烯塔的运行达到最佳的效益。

参考文献：

[1]吴秀章.煤制低碳烯烃工艺与工程[M].北京：化学工业出版社，2014.

[2]刘洪亮.煤制烯烃工艺分离装置的流程分析[J].炼油与化工，2014：23-26.

[3]王燕等.乙烯塔的调优及其对装置能耗的影响[J].石油石化绿色低碳，2017：19-21.

作者简介：

赵尔基（1988- ），男，甘肃会宁人，本科，助理工程师，神华榆林能源化工有限公司，研究方向为烯烃分离装置的节能降耗和生产操作。