乙二醇装置降低物耗措施

《装备维修技术》2021年第1期（总第181期）doi:10.16648/ki.1005-2917.2021.01.002乙二醇装置降低物耗措施
陈　旸　梁拯民　孙东宁　唐善品　秦月盛
（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都　611930）
摘要：随着社会的发展，人们对有机化工原料的需求量不断增大，环氧乙烷/乙二醇是现如今常用的有机化工原料之一，在生活中使用范围
十分广泛。

四川石化对该装置进行优化调整，从工艺操作、设备改进、原料优化等方面提出了降低装置物耗的办法和措施。

关键词：乙二醇装置；优化；物耗
1. 装置简介
四川石化公司36万吨/年乙二醇装置采用Shell专利技术，以Shell/CRI公司S–882高选择性催化剂为设计基础，乙烯通过固定床反应器列管同氧气直接氧化生成环氧乙烷，反应器列管内装有高选择性银催化剂，反应热由壳层锅炉水撤热，副产高压蒸汽。

一部分环氧乙烷水溶液经环氧乙烷精制塔得到高纯环氧乙烷产品，另外一部分环氧乙烷水溶液在一定的温度和压力下直接水合生成乙二醇，乙二醇水溶液经四效蒸发器和脱水塔脱水后，减压精馏分离得到高质量乙二醇产品和二乙二醇产品。

装置的生产能力为年产30万吨当量环氧乙烷（EOE），具体产能可以根据市场情况对环氧乙烷（EO）和乙二醇（EG）的产量进行调节，精制环氧乙烷的最大产量是5万吨/年，一乙二醇的最大产量是38.2万吨/年。

详细工况如下：
工况一：年产38.2万吨一乙二醇（MEG），3.2万吨二乙二醇（DEG），0.15万吨三乙二醇（TEG）等；
工况二：年产5万吨精制环氧乙烷（HPEO），年产31.8万吨一乙二醇（MEG），2.6万吨二乙二醇（DEG），0.12万吨三乙二醇（TEG）等。

年操作时间：8000小时。

操作弹性：50%～110%。

2. 降低装置物耗的措施
2.1 催化剂选择性对装置物耗的影响
乙烯可以部分氧化生成环氧乙烷或完全氧化生成二氧化碳和水，环氧乙烷本身也可以氧化为二氧化碳和水。

因此，反应的副产物主要就是二氧化碳和水，此外还会生成少量的甲醛和乙醛。

选择性=反应生成的环氧乙烷摩尔数/总转化了的乙烯摩尔数，是衡量乙烯转化为环氧乙烷多少的参数。

因此，选择性直接反应乙烯的消耗。

在反应气中引入抑制剂氯代烷，可使催化剂对EO的选择性大大提高，从而降低反应副产物的生成。

在一定温度下，氯代烷在催化剂表面分解生成减少副产物的真正物种吸附态Cla 。

图2–1　氯化物浓度对反应选择性的影响
四川石化采用的抑制剂为一氯乙烷（EC）。

图2–1显示了生产实际运行过程中氯化物浓度对反应选择性的影响。

从图中可见，随着氯化物浓度的增加，氧化反应的选择性随之上升，副产物减少，在一氯乙烷浓度高到一定值时，选择性达到最大，如果再继续加大EC的浓度，选择性就会降低，副产物会逐渐增加。

所以，抑制剂一氯乙烷存在最佳值。

在反应过程中，在不同状态要逐渐调整EC 的进料流量，找到EC的最佳值，使反应达到最佳状态。

高选择性催化剂的另一个特性是当调整氯化物加入量，催化剂反应会滞后，催化剂选择性可能在调整氯化物后滞后12到36小时，催化剂温度越低，催化剂对改变氯化物的响应时间越长，降低氯化物比提高氯化物对催化剂的影响滞后时间要长。

2.2 反应器优化调整
反应器优化操作包括了调整一氯乙烷加入量和控制反应器入口乙烯及氧气浓度。

提高乙烯浓度会降低氧气爆炸极限，降低氧气最大允许浓度，而且增加乙烯浓度会提高乙烯的放空量，增加乙烯损失。

为了保证安全，氧气浓度也不能一味的提高，必须保证系统原料配比在爆炸极限以下。

目前乙二醇装置控制乙烯和氧气浓度分别为35%（mol）和8%（mol）。

由图2–2可见，随着环氧乙烷反应器入口氧气浓度的增加，反应选择性也随之提高，副产物减少。

图2–2　环氧乙烷反应器入口氧浓度对选择性的影响由图2–3可见，随着环氧乙烷反应器入口乙烯浓度的增加，反应选择性也随之提高，副产物减少。

图2–3　环氧乙烷反应器入口乙烯浓度对选择性的影响
2.3 优化脱碳系统，降低循环气中二氧化碳浓度
环氧乙烷氧化反应分为主反应生成环氧乙烷和副反应生成大量的二氧化碳，二氧化碳通过碳酸盐溶液吸收、解析脱除，然后通过K–202二氧化碳压缩机增压送至下游用户。

按照Shell设计环氧乙
–3–
工作研究·乙二醇装置降低物耗措施
烷氧化反应入口允许二氧化碳浓度0.6–1.1mol%，如果副反应产生的二氧化碳不能及时脱除，就会使氧化反应越来越差，选择性持续降低，造成恶性循环，最终导致氧化停车，更有可能导致银催化剂中毒，造成巨大的经济损失。

反应器入口二氧化碳浓度与选择性的变化如图2–4所示：
图2–4　环氧乙烷反应器入口循环气中二氧化碳浓度对反应选择性的影响提高氧化反应选择性使副反应减少以达到减少二氧化碳的生成。

影响二氧化碳增多的因素主要有：①汽包压力高，反应温度高②反应调节剂加入量过少，选择性降低副反应增多③入口氧浓度过高④催化剂发生尾烧⑤脱碳系统停止运行⑥碳酸盐溶液质量。

乙二醇装置借鉴同类装置的经验，确定了钒盐可提升碳酸盐和硼酸盐复合溶液吸收二氧化碳的能力。

通过分析二氧化碳吸收溶液的密度、总碱度、碳酸钾和硼酸盐的浓度，根据预定的钒盐浓度计算出钒盐的加入量。

然后在碳酸盐配制罐中按钒盐厂家提供的配制方法配制碳酸盐吸收液，系统工艺参数慢慢变好，操作条件得到明显改善，二氧化碳达到Shell设计的允许浓度。

在工艺操作上，我们通过将PDIC20221的阀门开度由42%降低至37%，进入脱碳系统的循环气量从375t/h增加至430t/h，由于气体量增加，二氧化碳吸收塔压差从0.95Kpa增加至1.5Kpa，虽然压差增加，但仍然在控制范围内，由于进入脱碳系统的循环气量设计值为380t/h～390t/h，为保证C201塔操作稳定，因此流量调整至430t/h后不再进行调整。

2.4 循环气排放中的膜回收技术
乙二醇生产装置，在乙烯气相反应合成环氧乙烷过程中，乙烯的单程转换率约30%左右，未反应的乙烯经循环气压缩机送到反应进料系统，进一步参与反应。

在此循环过程中，随着氧气进入循环气系统的氩气会不断地累积，为了防止氩气和其他惰性气体的累积，通过排掉部分循环气来控制反应系统中氩气等惰性气体的累积。

在此股排放气中仍含有23％左右的乙烯，从而造成乙烯的大量损失。

膜法VOC回收技术的基本原理是利用了特殊的高分子膜对VOC的优先透过性的特点，让VOC（如乙烯、丙烯、丁烯、重烃等）/惰性气体（如氩气、氮气、氢气等）的混合气在一定的压差推动下，经选择性透过膜，使混合气中的VOC优先透过膜得以富集回收，而氮气、氩气等则被选择性的截留，从而达到分离的目的。

表1　膜回收物料平衡表
组分
（Mol%）
CO
2
C
2
H
4
C
2
H
6
O
2
+Ar N
2
CH
4
原料气 2.108364.1973 1.23118.73520.101864.1973
渗透气 2.658759.7038 1.5364 6.50040.046559.7038尾气0.528377.09860.354515.15190.260877.0986
根据上述物料平衡表，乙二醇装置每年可节约乙烯1900多吨，同时回收甲烷1100多吨。

乙烯回收率大于85%。

3. 发展建议
3.1 增设APC优化控制系统
APC先进控制系统是基于传统的控制方案和信息化在生产装置级的应用。

在节能减排与高效运行等方面，APC技术起到了十分明显的作用，不仅提高了装置的控制能力和管理水平，而且还使系统运行在最佳工况，实现所谓的“卡边”控制，为企业创造了可观的经济效益。

建议四川石化环氧乙烷/乙二醇装置适时的增加APC先进控制系统，提高装置的自动化水平，减少装置生产波动，有效的降低装置的物耗和能耗，增加装置的经济效益。

结束语
通过以上分析，可以看出要降低乙二醇装置的物耗，首先要优化工艺操作，提高催化剂的选择性，其次利用膜回收技术回收排放气中的乙烯，减少不必要的损失。

–4–。