两种前脱乙烷MTO分离流程的模拟比较

张 晶，马 啸，马 钊，乔星星，张志刚，段明哲

MTO分离技术在参考石脑油裂解制烯烃工艺中裂解气分离工艺的基础上［10］，经过不断改进和工业化，主流工艺有前脱丙烷和前脱乙烷技术［11-12］，前脱丙烷技术包括Lummus公司的前脱丙烷后加氢、丙烷洗技术，KBR公司的前脱丙烷后加氢、混合C3洗技术，Wison公司的前脱丙烷后加氢、预切割、油吸收流程；前脱乙烷技术主要是中国石化的前脱乙烷后加氢混合C4洗技术。应结合分离原料特点，综合考虑设备投资、溶剂消耗、乙烯损失量等选择分离工艺［13］。

本工作采用Aspen Plus模拟软件对预切割-丙烷吸收和丙烷洗两种前脱乙烷的MTO分离流程进行了模拟和优化，同时对两种工艺的模拟结果进行了比较。

1 MTO分离流程的模拟

1.1 原料组成及分离要求

甲醇处理量为100 kt/a的MTO装置，通过模拟得到分离气体产量约为6 000 kg/h，组成见表1。要求经过分离得到纯度大于99%（x）的乙烯和纯度大于99%（x）的丙烯产品。

表1 MTO分离气体组成Table 1 Composition of MTO separation gas

1.2 前脱乙烷-预切割-丙烷吸收流程

MTO反应产物经净化、压缩后进入闪蒸塔，脱除水分后进入脱乙烷塔，脱乙烷塔塔顶气体进入脱甲烷塔，塔底液体进入高压脱丙烷塔；采用预切割-油吸收流程脱甲烷，脱甲烷塔（预切割塔）塔顶组分进入吸收塔，脱甲烷塔塔底液体进入乙烯精馏塔得到乙烯产品。塔顶组分与吸收塔塔顶吸收剂逆流接触脱除乙烯后，得到燃料气，吸收塔塔底液体返回脱甲烷塔，吸收塔的吸收剂来自丙烯精馏塔塔底混合C3组分与外加丙烷。脱丙烷塔采用高低压脱丙烷双塔流程，丙烯精馏采用双塔丙烯精馏工艺。

1.3 前脱乙烷-丙烷洗流程

第八条 危改房主体结构应根据相关标准和规范确定的当地抗震设防烈度，按照《农村危房改造抗震安全基本要求(试行)》(建村〔2011〕115号)采取抗震措施。

除脱甲烷工艺不同外，其余工艺均相同。脱甲烷采用丙烷洗工艺，脱甲烷塔中，塔顶加入丙烷进行丙烷洗脱回收乙烯，洗脱丙烷由两部分组成，一部分来自丙烯精馏塔塔底的C3组分，另一部分为纯丙烷，脱甲烷塔塔顶得到甲烷为主的燃料气，塔底组分进入乙烯精馏塔。

2 结果与讨论

2.1 前脱乙烷-预切割-丙烷吸收模拟结果

2.1.1 吸收剂用量的选择

图1为吸收剂用量对燃料气中乙烯含量、塔釜甲烷含量、乙烯损失率和乙烯产品纯度的影响。由图1可知，随着吸收剂用量的增加，燃料气中乙烯含量和脱甲烷塔塔釜甲烷含量均减少，乙烯损失率也减小，但乙烯产品纯度却增加。若考虑乙烯产品纯度，则吸收剂用量越多越好，但过多吸收剂用量会导致操作费用上升。因此，吸收剂用量选择为950 kg/h，此时乙烯损失率为0.6%。

2.1.2 进料位置的影响

图1 吸收剂用量对燃料气中乙烯含量、塔釜甲烷含量和乙烯损失率、产品乙烯纯度的影响Fig.1 Influence of absorbent consumption to C2H4 content of fuel or CH4 content of tower kettle and C2H4 loss fraction content or C2H4 content of product.

图2 为气相进料位置和液相进料位置对燃料气中乙烯含量和塔釜甲烷含量的影响。由图2可知，气相进料位置在第30～35块塔板之间时，燃料气中乙烯含量呈下降趋势，塔釜甲烷含量也处在最低值处；随着液相进料位置（塔板数）的增加，燃料气中乙烯含量增加，塔釜甲烷含量增加。综合考虑，气相进料位置选择第35块塔板处，液相进料位置选择第9块塔板处。

综上所述，对全流程进行优化后，乙烯收率可达99.37%，乙烯纯度为99.29%，丙烯收率可达94.64%，丙烯纯度为99.52%。

2.2 前脱乙烷-丙烷洗模拟结果

2.2.1 吸收剂用量的选择

图2 气相进料位置和液相进料位置对燃料气中乙烯和塔釜甲烷含量的影响Fig.2 Influence of gas feed stage and liquid feed stage to C2H4 content of fuel and CH4 content of tower kettle.

图3 为吸收剂用量对乙烯损失率的影响。

图3 吸收剂用量对乙烯损失率的影响Fig.3 Influence of absorbent consumption to C2H4 loss fraction.

由图3可知，随着吸收剂用量的增加，乙烯损失率呈增加趋势。综合考虑，取吸收剂用量为1 200 kg/h最适宜，此时，乙烯损失率为3.53%。

2.2.2 脱甲烷塔进料位置的选择

在保持脱甲烷塔理论塔板数与预切割-吸收塔总塔板数一样的基础上，通过灵敏度分析确定进料位置。图4为脱甲烷塔中气相进料位置和循环物料对燃料气中乙烯含量和塔釜甲烷含量的影响。由图4可知，随着进料位置的增加，燃料气中乙烯含量和塔釜甲烷含量均先减小后增大，适宜的循环物料进料位置为第31块塔板处，适宜的气相进料位置为第40～55块塔板之间，综合考虑，本工作选择气相进料位置为第40块塔板处。

图4 循环进料位置和气相进料位置对燃料气中乙烯含量和塔釜甲烷含量的影响Fig.4 Influence of recycle feed stage gas feed stage to C2H4 content of fuel and CH4 content of demethanizer tower kettle.

除脱甲烷塔、乙烯精馏塔外，其他各塔的操作条件和模拟结果与前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺流程相似。综上所述，通过优化后，乙烯收率可达96.45%，乙烯纯度为99.0%，丙烯收率可达94.64，丙烯纯度为99.52%。

2.3 两种工艺模拟结果比较

前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺中脱甲烷塔塔顶冷凝器负荷为-217.7 kW，大于前脱乙烷-丙烷洗工艺中脱甲烷塔塔顶冷凝器负荷（-133.3 kW），前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺中乙烯损失率比前脱乙烷-丙烷洗工艺乙烯损失率少3%左右［14］。

前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺的优点为乙烯损失量较小，且吸收剂用量较少；缺点为塔顶冷凝器负荷及塔底再沸器负荷均较大。前脱乙烷-丙烷洗工艺的优点为塔顶冷凝器负荷较小，缺点为吸收剂用量和乙烯损失率较大。

3 结论

1）通过Aspen Plus模拟软件对MTO分离流程进行了模拟和优化。模拟结果表明，在保证乙烯和丙烯产品纯度大于99%的分离要求下，对前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺，吸收剂用量选择为950 kg/h最适宜，此时，乙烯损失率为0.6%；气相进料位置选择第35块塔板处，液相进料位置选择第9块塔板处。

2）对于前脱乙烷-丙烷洗工艺，吸收剂用量为1 200 kg/h最适宜，此时，乙烯损失率为3.53%；适宜的循环物料进料位置为第31块塔板处，适宜的气相进料位置为第40块塔板处。

3）从提高乙烯收率角度考虑，前脱乙烷-预切割-丙烷吸收工艺略有优势，可减少乙烯损失率和吸收剂用量；从降低能耗角度考虑，前脱乙烷-丙烷洗工艺略有优势，可减少脱甲烷塔冷量消耗。

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