大型煤化工项目烯烃分离工艺技术分析

王旭(中煤鄂尔多斯能源化工有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

0 引言

烯烃作为化工产业关键原料，其分离工艺技术及供需结构能够直接对化工产业造成影响，故在产业发展期间，应不断改进优化烯烃分离工艺技术，尽可能降低工艺能耗与成本，提升工艺综合效益。UOP公司、Wison惠生公司、Lummus鲁玛斯公司、洛阳石化、KBR公司是煤化工烯烃分离工艺技术的主要专利商，在研究分析烯烃分离工艺技术时，应做好不同专利商的技术对比，以此了解不同技术工艺效果。

1 现阶段常见的煤化工烯烃分离工艺技术

1.1 甲醇制烯烃前脱乙烷技术

UOP公司采用甲醇制烯烃前脱乙烷工艺，该工艺技术以前脱乙烷流程为基础进行了调整，在一定程度上缩减了进料量，相较于常规裂解生产乙烯装置，UOP公司的工艺技术提高了脱甲烷塔内的乙烯含量，并将塔顶温度控制在-45 ℃以上，塔顶温度调整后无需使用乙烯冷剂。甲醇制烯烃前脱乙烷技术为实现乙烯回收，将塔顶气体输入至变压吸附设施，在分离乙烯、氢、甲烷的同时，将回收完毕的乙烯转移到出口物料内，通过该方法，能够实现摩尔含量为99.5%的乙烯回收率。此外，该项工艺技术存在一定缺陷，有15%的进料乙烯存在于塔顶出料内，需进一步借助变压吸附装置将该部分乙烯吸附脱吸，后将气体转移到压缩机进口处，而该操作提升了工序负荷。除上述问题后，UOP烯烃分离工艺融到了PSA变压吸附技术，该技术属于新型气体分离技术，现阶段尚未完善，存在维护量大、程序繁琐等问题。

1.2 鲁玛斯公司前脱丙烷技术

Lummus鲁玛斯公司所开发的烯烃分离工艺流程主要为“前脱丙烷后加氢”与“丙烷洗技术”，将水洗与碱洗塔设置在压缩机二段出口处，可用于去除杂质，还可二氧化碳中的气相物料干燥处理，并将二氧化碳内的液相物料进行三段压缩处理，使干燥处理后的气相物料与三段压缩后的液相物料分别进入高压脱丙烷塔与低压脱丙烷塔。精馏塔底含有丙烷，可起到冲洗塔顶物料的作用，继而提升乙烯回收率。此外，乙烯可从精馏塔侧线产出，该方式可在一定程度上提升乙烯纯度，而丙烯则单独设置保护床，用于把控丙烯质量。

1.3 预切割+油吸收烯烃分离技术

Wison惠生公司所开发的烯烃分离工艺以“预切割+油吸收”为核心，其借助预切割塔，将C1与C2、C3分离，而甲烷、氢气及部分C2在脱甲烷塔内被丙烷吸收，以此完成了C2、C3与其他气体分离，后C2、C3回到预切割塔再次分离[1]。而另一部分C2与C1混合，其进一步转移到油吸收塔内，其中含有吸收剂，

在吸收剂作用下可良好分离C1与C2，以此完成了烯烃分离工作。该烯烃分离工艺无需应用压缩机，设备要求相对较低，并可将氢气、甲烷等气体良好脱除，烯烃分离效果较好。

1.4 前脱乙烷后加氢工艺技术

在传统的前脱乙烷工艺流程基础上，洛阳石化进一步改进，增加了后加氢工艺，其中包含中冷分离技术构建了双塔脱甲烷结构，运用丙烯中冷在第一脱甲烷塔内完成首次分离，完成一段压缩的产品气体进入第二脱甲烷塔，后采用节流膨胀制冷方式完成乙烯回收，后进入压缩机内。在工艺技术中，主要应用到的设备装置为丙烯制冷压缩机，但从流程上来看，该工艺技术虽在一定程度上简化了传统流程，但总体而言工艺流程仍相对复杂。

1.5 KBR烯烃前脱丙烷洗技术

KBR公司所开发的烯烃前脱丙烷洗工艺仍沿用传统流程，但优化了装置选型，并通过一定流程配置均衡了投资成本与能耗指标。

2 煤化工烯烃分离工艺技术对比分析

衡量煤化工烯烃分离工艺技术优劣的主要指标为试剂消耗、运行消耗、产品回收率，故将其定为对比指标。在上述提到的烯烃分离工艺技术中，Lummus鲁玛斯公司、Wison惠生公司、KBR公司所开发的工艺技术应用最为广泛，且受到条件限制，故仅将上述三家公司的工艺技术作为对比分析的研究对象。

2.1 试剂消耗对比

烯烃分离工艺的目的在于分离烯烃，降低乙烯内的乙炔组分含量，以此确保烯烃产品的可用性，而在此期间，需运用乙炔加氢催化剂。此外，为分离出系烯烃内的液相物料与气相物料，需借助干燥剂脱除水分，防止加压低温分离期间部分组分转化为冰或水合物，继而堵塞管道，对烯烃工艺造成负面影响。在本次工艺技术试剂消耗对比中，对三家公司在3～5年内的干燥剂、催化剂消耗用量进行分析，所得对比结果如表1所示。

表1 3～5年内的干燥剂、催化剂消耗用量对比

根据表1可见，Lummus鲁玛斯公司在干燥剂耗用量方面具有较强优势，其中Wison惠生公司在3～5年内的干燥剂耗用量最高，为270 m3；Wison惠生公司与KBR公司烯烃分离工艺的催化剂耗用量较低，为Lummus鲁玛斯公司催化剂耗用量的50%。

2.2 运行消耗对比

在烯烃分离工艺技术运行期间，需产生蒸汽消耗、电消耗、循环冷却水消耗，该类公用工程耗用量可直接影响工艺技术的运行成本及综合效益，此外，公用工程耗用量与设备规模之间为正比，即耗用量越高，则设备尺寸越大，而公用工程设备成本与性能之间存在指数幂关系，当设备性能达到某限值时，其费用成本将会大幅上升，在此情况下，公用工程费用成本的增加则会缩减烯烃分离工艺技术经济效益。由此可见，对于烯烃分离工艺技术而言，公用工程运行消耗量关乎工艺技术效益，运行消耗越低则经济效益越高。对Lummus鲁玛斯公司、Wison惠生公司、KBR公司的烯烃分离工艺运行消耗进行对比，其结果如表2所示，根据表2可见，Lummus鲁玛斯公司烯烃分离工艺技术运行消耗量最低，KBR公司工艺运行消耗相对较高。产生上述差异的原因在于烯烃分离工艺流程不同，但整体而言相差不大，且结合已投产工艺运行反馈结果来看，三种工艺均可对综合能耗进行良好控制，继而保障工艺经济效益。

表2 烯烃分离工艺运行消耗对比

2.3 产品回收率对比

回收率指标可用于衡量工艺技术综合效益，反映生产要求的实现程度，且可决定工艺技术的最终综合效益，故在工艺优劣对比中，多将产品回收率作为重要指标之一。从工艺技术角度来看，油吸收塔与甲烷塔内存在乙烯损失情况，而C4 产品内存在丙烯损失，以此影响了工艺技术的产品回收率。对三家公司的产品回收率进行对比(如表3所示)，发现三家公司的工艺技术产品回收率差别不大，各有优缺点。

表3 产品回收率对比

3 煤化工烯烃分离工艺路线优化

根据上述工艺分析对比可见，Lummus鲁玛斯公司、Wison惠生公司、KBR公司的烯烃分离技术工艺各有优缺，为确保其工艺技术更符合大型煤化工产品，应对工艺产品中的二氧化碳、醛、酮等杂质进行脱除，以此提高烯烃分离质量，并减少能耗。此外，需对工艺流程进行精简优化，用于降低设备费用，继而保障工艺技术综合效益。

3.1 凝液汽提路线

在当前的前脱乙烷烯烃分离流程基础上，则增设凝液汽提路线，并加入气相干燥技术，用于去除烯烃分离工艺过程中的二氧化碳与氧化物，同时加设凝液汽提塔结构，产品完成三段压缩后转移到吸入罐内冷凝，而气相物料经干燥处理后进一步被转移到脱丙烷塔结构内。此外，烃类凝液则将进入凝液汽提塔结构，完成汽提处理后，其将从塔顶进入产品气压缩机，而液相物料则被聚结器去除水分，完成水分脱离后，则会转移到脱丁烷塔完成后续分离工作。添加凝液汽提路线后的烯烃分离工艺技术无需液相干燥系统，且避免了重烃在分离工艺系统内的不断累积，使重烃无法在工艺系统内长时间停留，以此防止了系统结焦问题，并在一定程度上减少了工艺技术综合能耗，并降低原料消耗量。除此之外，增设凝液汽提塔后，极大降低了烯烃分离工艺脱丙烷塔结构中的易聚合组分含量，故仅需一台脱丙烷塔即可满足烯烃分离要求，故减少了工艺技术设备投资。根据原有的工艺流程路线来看，发现液相干燥器存在切换复杂、处理量大、物料浪费、劳动量大等弊端，而该次增设凝液汽提路线的工艺改进办法无需设置液体干燥器，由此可见，采用该改进方式优化工艺技术后可减轻劳动强度，避免物料浪费，具有较强应用价值，且在实际产业发展中，某大型煤化工项目现已采用了增设凝液汽提路线的烯烃分离工艺技术，运行状况良好，符合预期效果[2]。

3.2 混合洗剂

现阶段常用的烯烃分离工艺大部分建立在前脱丙烷流程基础上，为进一步优化工艺技术，可借助分离装置引出物料，于脱甲烷塔内进行冷却处理，后将其视为混合油吸收剂，用于取代现已流程内气相乙烯[3]。通常情况下，油吸收剂由大量丙烯、乙烯及少量乙烷、丙烷、氢、甲烷、微量C4构成，按照相似相原理来看，乙烷、丙烷、丙烯微量C4可用作油吸收剂，借助油吸收剂减少吸收剂内丙烷用量。此外，由上述组分构成的油吸收剂可在完成脱甲烷塔吸收工序后，与C2以上组分相溶，后续混合流入脱乙烷塔内完成分离，该混合组分无需在分离系统内进一步循环，跳出了现有工艺技术丙烷洗液循环的局面，继而大幅缩减了烯烃分离工艺的丙烷洗液循环量与消耗量。在此系统流程内，产品进入压缩机前可产生一股物料，以此可减轻四段压缩设施的运行负荷，且可降低分离设备规格，有效规避由丙烷洗液循环带来的一系列不良问题。当烯烃分离工艺处于事故工况下时，C4在油吸收剂内的含量有所增加，将会对后续分离工序造成一定干扰，其无法在分离系统流程内完成分离而进入下游产品，继而降低产品质量，且会对丙烯精馏塔、脱乙烷塔、脱甲烷塔的气化效果产生影响。为避免事故工况的发生，提高烯烃分离工艺系统稳定性，可从脱甲烷塔引出一股物料，该股物料与C4重组分共同进入脱丙烷塔，在脱甲烷塔处理下，借助该股物料带走大部分C4重组分，而小部分C4重组分则与C3、C2共同进入分离系统完成脱除，最终C4重组分与丙烷共同转移到燃料气管网内，以此避免了C4重组分无法分离的问题。该优化改进方式取消了丙烷洗液的循环，简化了工艺流程，且操作便捷，规避了高能耗、高运行负荷问题。

4 结语

综上所述，现阶段较为常用的烯烃分离工艺技术主要为UOP公司的甲醇制烯烃前脱乙烷技术、Lummus鲁玛斯公司的前脱丙烷技术、Wison惠生公司的预切割+油吸收烯烃分离技术、洛阳石化的前脱乙烷后加氢工艺技术、KBR公司的烯烃前脱丙烷洗技术，经对比分析后，发现各工艺技术各有优缺，为进一步降低工艺能耗，精简技术流程，可从凝液汽提路线、混合洗剂两个方面进行煤化工烯烃分离工艺路线优化。