尹 乐

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部， 200540)

技术进步

乙烯装置不同分离流程的对比分析

尹 乐

(中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部， 200540)

介绍了中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部的3套乙烯装置的实际工况，并对其不同的分离流程进行了对比分析。认为评价一个流程的先进与否要考虑的因素很多，3套乙烯装置分别代表了不同年代先进的乙烯工业，分离流程也各不相同，对于以液体裂解原料为主的乙烯装置，前脱丙烷前加氢技术是分离流程最佳的选择之一。

乙烯装置 顺序流程 前脱丙烷

乙烯装置是石化行业的龙头装置，乙烯产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。乙烯装置的分离流程包括加氢和深冷分离两大部分，加氢有前后加氢之别，分离流程可分为顺序分离流程、前脱乙烷流程和前脱丙烷流程。中国石化上海石油化工股份有限公司烯烃部(以下简称上海石化烯烃部)共有3套乙烯装置，1#乙烯装置于1976年投产，设计能力为115 kt/a，分离流程采用前脱丙烷后加氢的工艺;2#乙烯老区于1989年投产，设计能力400 kt/a，采用顺序分离流程;2#乙烯新区于2002年投产，设计能力300 kt/a，分离流程采用前脱丙烷前加氢流程。文章针对3套装置的分离流程进行综合分析比较。

1 3套装置分离工艺概况

1.1 1#乙烯装置

1#乙烯是1973年从日本三菱油化引进的成套装置，1976年投产，原设计能力为115 kt/a，1991年通过改造扩能到145 kt/a，分离部分则采用前脱丙烷后加氢工艺流程。该流程的优点是在压缩机3段出口就去除了C4以上的重组分，因此压缩机4、5段无重组分循环，节省了压缩机功率，同时重组分不进入深冷系统，减轻了冷冻机负荷，丙炔和丙二烯去除也比较彻底。缺点是流程复杂，经济效益差，目前国内的乙烯装置已基本不采用后加氢工艺。1#乙烯装置分离工艺流程见图1。

图1 1#乙烯装置分离工艺流程

1.2 2#乙烯装置老区

2#乙烯装置共有老区和新区两套乙烯装置，乙烯老区1989年投入运行，设计能力300 kt/a，1996－1998年采用美国Lummus公司专利技术，运用最大能力扩容技术法(MCET)充分挖掘原设备余量，对装置进行了改造，生产能力从300 kt/a扩充到400 kt/a。分离部分采用顺序深冷低压脱甲烷分离工艺，裂解气进入急冷系统进行快速降温，分离出重组分燃料油和粗裂解汽油，气体经裂解气压缩机将压力提高到3.7 MPa，干燥后进入深冷系统，经冷箱和脱甲烷塔分离出氢气和甲烷。为降低冷量消耗，脱甲烷塔在低压1.54 MPa(高压应为2.94 MPa)下操作，增大了甲烷对乙烯的相对挥发度，有利于甲烷的分离，由于是低压，釜温达到了－52℃，可回收冷量。脱甲烷塔釜物料含有C2及以上组分，依次进入脱乙烷塔、脱丙烷塔、脱丁烷塔，从塔顶分出C2、C3、C4组分。C2和C3组分分别经加氢脱炔后进入乙烯塔和丙烯塔，精馏后得到乙烯、丙烯产品，工艺流程见图2。

图2 2#乙烯老区分离工艺流程

1.3 2#乙烯装置新区

2#乙烯装置新区于2002年投产，设计能力300 kt/a，采用美国S＆W公司前脱丙烷前加氢工艺流程，及该公司较为先进的热集成系统(Heatintegrated－System，简称HRS)。HRS的工艺特点是应用了板翅式换热器和冷箱专利技术，可使相近温度的冷物料进行换热，在进脱甲烷塔前对氢气和大部分甲烷进行分离，从而减少了对冷冻剂的需求，使得脱甲烷塔的负荷减少了一半，不需用回流泵。这样就减少了制冷压缩机的功率，能量利用率高、综合能耗少。从脱甲烷系统出来的乙烯浓度较高的物流完全绕过脱乙烷塔，直接进乙烯精馏塔，大大降低了脱乙烷塔的负荷及设备投资。乙烯精馏塔的两股进料减少了对冷冻剂的需求，在低压下操作并用独立的开路热泵系统，进一步节约了冷冻剂用乙烯精馏塔进料的潜在冷冻能力，替代了单一的丙烯冷冻剂，从而既降低了能耗又节约了投资。

由于该工艺考虑了操作的稳定性和可靠性，经济效益比较好，因此目前国内投产的大部分乙烯装置均采用此种工艺。其工艺流程如图3所示。

图3 2#乙烯新区分离工艺流程

2 不同装置分离流程的对比

2.1 不同分离流程的对比

目前国外乙烯市场的分离技术主要分为三大类，分别为顺序分离技术、前脱乙烷前加氢技术和前脱丙烷前加氢技术，拥有分离技术的专利商见表1。

表1 主要的乙烯分离技术

2#乙烯新、老区两种具有代表性流程对比如表2所示。

表2 两种分离技术特点汇总

顺序分离流程较前脱丙烷流程的优势在于:

(1)5段裂解气压缩，3段出口碱洗，后端加氢。

(2)低压脱甲烷技术用甲烷压缩机产生的冷凝液作为脱甲烷塔的回流。由于低压下甲烷对乙烯的相对挥发度增大，脱甲烷塔的回流量明显减少。

(3)脱乙烷多股进料。脱甲烷塔底馏出物在为冷箱提供冷量后，分成两股，一股直接进脱乙烷塔，另一股进一步预热后在较低部位进入脱乙烷塔，物料的进一步预热增加了冷量回收，但脱乙烷塔的回流比没有明显增加。

(4)联合乙烯精馏塔与乙烯冷冻系统。采用高压乙烯精馏塔，用丙烯冷冻剂冷凝回流液，并用作再沸器的热源，侧线再沸器用裂解气和乙烯冷冻剂加热，减少能量消耗。

(5)采用脱乙烷塔和乙烯塔联合系统。脱乙烷塔顶气体不经冷凝直接进入乙炔加氢反应系统，再进入乙烯精馏塔，脱乙烷塔回流来自乙烯塔的侧线。乙烯塔的侧线馏分先洗涤加氢馏分的绿油，再作为乙烷塔回流，省了塔顶冷凝器，节省能量。

前脱丙烷前加氢流程的优点有:

(1)在急冷油塔系统中利用急冷油和盘油系统回收热量。

(2)前C2加氢产生的绿油量很少，无需绿油洗涤系统，乙烯分离塔不易污染。由于C2加氢位于脱甲烷塔上游，从脱乙烷塔釜进入乙烯塔的C2馏分中不含氢气和甲烷轻组分，乙烯塔可采用开式热泵降低能耗。

(3)HRS技术可将传热、传质结合起来。在进脱甲烷塔前对氢气和大部分甲烷进行预分离，降低了对冷冻剂的要求，使得脱甲烷塔的负荷减少了一半，不需用回流泵。尾气膨胀机进一步降低尾气温度，回收冷量，大大降低乙烯损耗。

(4)从脱甲烷系统分离出不含C3的C2物料，不经脱乙烷塔直接去乙烯塔，大大降低了脱乙烷塔的负荷及设备投资，且明显降低了丙烯制冷机负荷。

(5)双压双塔脱丙烷使冷剂需求量降低，塔釜温度低于80℃，不易结焦。

2.2 前脱丙烷前加氢与后加氢工艺的比较

乙烯装置加氢的目的是将乙炔通过加氢转换为乙烯，但是乙烯加氢转化为乙烷的反应速度比乙炔加氢转化为乙烯的反应速度快10～100倍，并且乙炔加氢转化为乙烷的化学平衡常数大于乙炔加氢转化为乙烯的反应［2］，因此需加氢除去乙炔，同时避免将乙烯转化成乙烷。1#乙烯装置和2#乙烯新区装置同样采用前脱丙烷流程，不同之处在于一个是后加氢，一个是前加氢。前加氢流程简单，节省投资，但氢气过量，副反应剧烈，选择性差，容易造成乙烯和丙烯损失。后加氢工艺流程或控制复杂，需要第二脱甲烷塔或侧线采出塔，由于氢气定量供给，加氢选择性好，温度较易控制，不易发生飞温现象。

目前新上乙烯装置均采用前加氢流程，其原因在于:①C2加氢进料中富含氢气，不需要冷箱分离出的氢气，开车时能快速生产出合格乙烯;②在C2加氢时也对50%以上的丙二烯加氢，下游的C3加氢系统负荷大大降低;③随着乙烯技术的发展，C2前加氢催化剂已经非常成熟，基本可以避免反应器飞温或稳定性差的问题。2#乙烯装置新区C2前加氢反应器采用德国南方公司的C2前加氢催化剂(G－83C型)，自2002年4月首次开车以来，通过对其工艺运行性能的不断探索和在线改造，使得该催化剂在不再生的条件下连续稳定运行了5年3个月，超出了其设计使用寿命［3］。

3 结语

上海石化烯烃部3套乙烯装置分别代表了不同年代先进的乙烯工业，分离流程也各不相同，评价一个流程的先进与否要考虑的因素很多。从流程复杂性来看，1#乙烯装置流程最为简单，2#乙烯新区装置次之，2#乙烯老区装置最为复杂。在能耗方面，1#乙烯装置能耗最大，2#乙烯老区装置次之，2#乙烯新区装置最小。在适应原料灵活性方面，2#乙烯老区装置具备较强的灵活性，1#乙烯装置次之，2#乙烯新区装置的适应性相对较弱。随着乙烯工业的发展，越来越多的先进工艺将大幅降低乙烯装置的能耗，下一步上海石化1#乙烯装置将异地改造，新乙烯装置的流程将进行全面的分析和比较，对于我国主要以液体裂解原料为主的情况下，前脱丙烷前加氢技术仍是最佳的选择之一。

［1］ 王松汉，何细藕．乙烯工艺与技术［M］．北京:中国石化出版社，2000:46 －48．

［2］ 陈明辉，王俭，李勇．国际先进乙烯装置分离技术的进展［J］．化学反应工程与工艺，2005，21(6):542 －550．

［3］ 王平．乙烯装置碳二前加氢催化剂运行探讨［J］．乙烯工业，2010，22(2):21－ 25．

Comparative Analysis on Different Separation Processes in Ethylene Plant

Yin Le
(Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The operation situation of three sets of ethylene plants in Olefin Division of SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．was introduced，and comparative analysis was made on the different seperation processes．It held that various factors should be involve in evaluation of a process，and the three sets of ethylene plants with different seperation processes represent advanced ethylene industry in different periods．For the ethylene plant dominated by liquid cracking material，front－ end depropanization and acetylene front－ end hydrogenation process was one of the optimum selections．

ethylene plant，sequence process，front－end depropanization

1674－1099 (2012)02－0026－04

TQ221．21

A

2011-12-27。

尹乐，男，1984年出生，2006年毕业于华东理工大学化学工程与工艺专业，工程师，主要从事生产管理工作。