炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料的可行性论证

技术经济与市场

　炼厂干气回收烃类作为　

乙烯装置原料的可行性论证王连中Ξ　姜国生　王兰成　中石化集团兰州设计院　兰州　730060

摘要　通过对兰州石化公司新建干气回收装置的技术分析和经济论证,说明炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料在技术上可行,在经济上合理。

关键词　炼厂干气　PSA浓缩　干气精制　乙烯原料

乙烯作为最重要的有机化工原料,其生产能力和技术水平一直作为衡量一个国家石化行业发展状况的重要指标,2002年,我国乙烯生产能力已接近5×106t/a。近年来,随着几大石化企业新一轮技术改造的逐渐开展,预计在2005年前后,我国的乙烯生产能力将达6×106t/a。

由于国内原油性质所限,我国乙烯装置多以石脑油和轻柴油为裂解原料,据统计,原料在乙烯成本中占70%～75%,远高于以乙烷/丙烷为原料的成本。同时,乙烷/丙烷裂解的乙烯收率高于石脑油和轻柴油,回收炼厂干气中烃类(主要为乙烷、乙烯)作为乙烯装置的原料有很大的现实意义。

炼厂干气主要来源于原油的二次加工,如催化裂化(FCC)、加氢裂化、延迟焦化等,其中以催化裂化产生的干气量最大、产率最高。炼厂干气主要组分为H2、CO、CO2、O2、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、C3H6、C4+及微量硫、重金属等,多数炼厂作为燃料气或制氢原料使用,只有个别企业进行了乙烯回收。

1　技术方法

炼厂干气回收乙烯的技术方法主要有深冷分离法、中冷油吸收法、络合法、膨胀机法和吸附分离法,各种方法的技术特点和应用情况简述如下:

111　深冷分离法

深冷分离法属于提纯裂解乙烯的传统技术,工艺成熟。原料干气在314MPa、-100℃工艺条件下深冷分离,其原料适应性强、流程复杂、投资大,部分设备需从国外引进,适用于原料处理量大或催化裂化(FCC)相对集中的地方。112　中冷油吸收法

中冷油吸收法也属于分离裂解气中乙烯的传统技术,工艺成熟。在加压和-45℃的工艺条件下用吸收剂回收乙烯,吸收剂循环量大且流程复杂,由于乙烯收率低和能耗高,近年来几乎被淘汰。

113　络合法

络合法是近年来国外开发的新技术,该技术采用一种双金属盐类溶于甲苯形成络合物作为吸收剂,通过吸收剂对乙烯的高选择性而达到回收乙烯的目的。据报道国外已实现工业化,但对原料中的杂质(尤其是水和硫)有极高的要求,另外络合物的制备也比较困难。

114　膨胀机法

膨胀机法是由一家美国公司开发的,其原理是利用高压气体通过膨胀机在近似等熵膨胀的同时输出外功,产生出比节流更大的温降,从而使气体中露点较高的组分冷凝,达到分离乙烯的目的。该技术的关键是膨胀制冷技术,国内尚无法解决。

115　吸附分离法

吸附分离是利用吸附剂对不同组分的吸附率,通过压力改变或温度改变有选择的提浓某些组分。变压吸附(PSA)技术从上世纪60年代

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2004,14(2) 王连中等　炼厂干气回收烃类作为乙烯装置原料的可行性论证

Ξ王连中:1984年毕业于内蒙古工学院无机化工专业,现任中石化宁波工程有限公司副总工程师,联系电话:(0931)7557201 -3104,E-mail:wanglianzhong@。

开始工业应用,主要用于气体提纯和脱除气体中的组分。变压吸附技术目前的应用领域不断扩大,其工艺技术简单、设备材料普通、操作条件温和,尤其适用于中、小规模或分散气源的气体回收。

国内第一套炼厂干气乙烯回收装置于1995年9月在济南炼油厂试验成功,同年通过了中国石化总公司组织的鉴定,装置回收乙烯纯度为99%,乙烯收率达到85%。

上海石化利用其1×106t/a催化裂化装置的4000Nm3/h干气作为变压吸附装置的原料,回收浓缩烃类作为乙烯裂解原料,目前变压吸附装置已建成投产。

基于以上分析,在承担兰州石化公司干气回收工程中,我们采用了变压吸附浓缩烃类和精制脱除杂质相结合的工艺,使回收的精制气直接进入乙烯装置的裂解气分离系统,精制气中的乙烯直接分离为产品乙烯,而烷烃返回裂解作为原料。通过对上述方案的技术论证和经济分析,认为方案切实可行,且具有一定的推广价值。

2　技术路线

兰州石化公司目前拥有1400kt/a和3000kt/ a两套催化裂化装置,产干气16418kt/a,其典型组成见表1。采用变压吸附浓缩烃类和精制脱除杂质工艺

。

图1　PSA法流程框图

211　装置流程

工艺流程见图1。来自催化裂化(脱硫后)的干气(原料)在脱除液滴及其它杂质后进入

PSA浓缩单元,经升压、均压、真空解吸,得

到浓缩气送至精制单元,同时产生的吸附废气和

置换气(浓缩废气)升压后送回燃料气管网。

浓缩气在精制单元首先采用乙醇胺溶液吸收,脱除气体中的CO2、H2S等酸性气体;而后

进入氧气反应器进行催化加氢反应脱除气体中的

氧和微量的炔烃、二烯烃及氮氧化物;气体经干

燥后进入杂质脱除床,进一步脱除气体中微量的

甲醇、氨、硫醇及重金属等,得到的精制气送入

乙烯装置裂解气压缩机的二段(或三段)入口。

精制废气主要组分为水及CO2,可直接排放。

装置浓缩气、精制气及精制废气的组成情况见表2。

从表2的数据可看出,装置的烃类收率约为80%,回收的烃类折算乙烯装置原料石脑油

126kt/a。

表1　催化干气典型组成

组分H2CO CO2CH4O2C2H4C2H6C3+C4+N2H2S wt%3148018861892312111431913819130314711462014920ppm

表2　浓缩气、精制气、精制废气组成

组分H2CO CO2CH4O2C2H4C2H6C3+C4+ N2

浓缩气,wt%0112010911184312901083711334169716531092112精制气,wt%31754212639147817031522130精制废气,wt%610911493106381662148516171370123011934182

212　装置设备

装置共有设备67台(套),其中PSA浓缩单元设备35台,精制单元设备32台,设备包括反应器、塔器、容器、换热设备、压缩机、离心泵及过滤设备等,主要的设备材料为碳钢或低合金钢。213　装置控制水平

根据国内变压吸附装置的应用情况,PSA 浓缩单元采用程序控制;精制单元由于控制回路和检测点较少,可并入催化裂化或乙烯装置DCS 控制系统。

214　消耗指标

装置消耗指标见表3。

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CHEMICA L ENGINEERING DESIGN 化工设计2004,14(2)