合成氣制烯烴分離裝置工藝技術(shù)探討

合成氣制烯烴分離裝置工藝技術(shù)探討

中國經(jīng)濟快速發(fā)展，增加了對烯烴的需求，增加了對烯烴分離的能量和資金。為節(jié)能降耗,世界各國相繼改進傳統(tǒng)的分離技術(shù),研發(fā)出一些新的低投資、低能耗、高效率的分離技術(shù),以部分替代傳統(tǒng)分離工藝,改進烯烴分離裝置的狀況。神華包頭煤化工公司烯烴分離單元是煤制烯烴項目的關(guān)鍵工藝裝置之一,其上游是世界首套DMTO工藝,下游是PP、PE、C4轉(zhuǎn)化等化工裝置,是銜接煤化工與石油化工的橋梁。本文就烯烴分離裝置中的一些工藝技術(shù)進行探討。1主要的水、汽、凝液、工業(yè)風(fēng)和工業(yè)風(fēng)烯烴分離(MTO裝置)包括兩部分。一是烯烴分離單元:為生產(chǎn)合格乙烯、丙烯等其它副產(chǎn)品所需的生產(chǎn)設(shè)施和輔助設(shè)施,由壓縮區(qū)、冷區(qū)、熱區(qū)、制冷區(qū)、雜質(zhì)脫除區(qū)、MTO裝置變電所及機柜間,以及界區(qū)內(nèi)(ISBL)輔助系統(tǒng):冷卻水、蒸汽和凝液、工業(yè)風(fēng)和儀表風(fēng)、氮氣、化學(xué)品注入、給排水、蒸汽及采暖、燃料氣、火炬排放、給排水及消防、緊急電源、廢油和廢水收集、在線分析、有毒有害、易燃易爆氣體檢測、火災(zāi)報警、裝置區(qū)通訊、照明、裝置區(qū)道路、綠化、DCS和SIS控制系統(tǒng)、MTO聯(lián)合裝置變電室、機柜間建筑物,公用設(shè)施:管廊、電儀橋架、道路、地管、消防、照明、通訊等組成。二是烯烴罐區(qū):乙烯、丙烯、混合碳四、碳五、丁烯-1、異戊烷、含甲醇廢水儲罐所需生產(chǎn)設(shè)施(儲罐、機泵等)和輔助設(shè)施,以及界區(qū)內(nèi)(ISBL)輔助系統(tǒng):冷卻水、蒸汽和凝液、儀表風(fēng)、氮氣、給排水、伴熱保溫、火炬排放、給排水及消防、廢油和廢水收集、有毒有害、易燃易爆氣體檢測、火災(zāi)報警、電氣、DCS和SIS系統(tǒng),裝置區(qū)通訊、照明、道路、綠化等。2傳統(tǒng)碳分離技術(shù)2.1油氣回收處理法分離烯烴最常用的方法是低溫分離法,即深冷分離法。從輕氣體混合物中分離乙烯和丙烯,基本原理是利用輕氣體混合物中氫及不同碳數(shù)烴沸點相差較大,利用相對揮發(fā)度的不同,在不同的低溫條件下進行分離。這種方法技術(shù)成熟,操作穩(wěn)定,產(chǎn)品純度高.目前已經(jīng)替代了大規(guī)模烯烴分離用的油吸收法。但低溫分離法采用的設(shè)備造價和操作費用都較高,只適用于高含量烯烴原料分離。2.2溶劑-電導(dǎo)法分離溶劑通常用高沸點的極性化臺物,從塔上部進入提餾塔。Krupp-Koppers用嗎啉衍生物作溶劑,做了正丁烷和2-丁烯的分離實驗?；驹硎抢萌軇└淖兏鹘M分的相對揮發(fā)度,從而達到分離。此工藝對含48%正丁烷和52%2-丁烯原料進行分離,可得到99%的2-丁烯,收率為99%。Kumx等人對丙烷和丙烯的提餾分離做了研究。根據(jù)計算機模擬結(jié)果分析,認(rèn)為提餾法并不比傳統(tǒng)低溫分離法優(yōu)越。因為溶劑的熱力學(xué)性質(zhì)對分離工藝的經(jīng)濟性影響很大。實驗所用溶劑的性質(zhì)對實驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響,選擇能促使烯烴和烷烴分離的經(jīng)濟有效的溶劑是這一方法的關(guān)鍵。2.3在小型裝置中的應(yīng)用吸收法分離有物理吸收和化學(xué)吸收。物理吸收是利用吸收油對烯烴和烷烴進行分離。油吸收法由于省掉了傳統(tǒng)低溫分離法中的冷凍系統(tǒng),減少了投資費用。分離得到的乙烯純度可達99%,但能耗高,生產(chǎn)1噸乙烯的能耗約為深冷法的1.5-2倍。因此,不適宜于在大型裝置上采用,只能應(yīng)用在小型裝置上烯烴的分離?；瘜W(xué)吸收過程是在銀和銅配位溶液存在下,原料進入配位體槽與配位溶液相接觸,吸收后的溶液離開配合體槽進入第一分離塔,塔頂?shù)玫酵闊N,塔底物流進入第二分離塔,通過汽提,將烯烴與配位劑分離。Fenneco研究了用CuA1的四氧鹽分離的方法。此方法可從含12%乙烯精煉氣中獲得99.5%的乙烯產(chǎn)品,回收率為96%。配位劑的再生采用變溫法。此方法對原料氣必須進行有效的預(yù)處理,以除去其中含有的H2S、CO2,這些雜質(zhì)能使配位劑中毒。Ho等人對二酮化銅回收烯烴做了研究,用溶在a-甲基苯乙烯中的二酮化銅作吸收劑,得到乙烯和乙烷的分離因數(shù)為l7,丙烯和丙烷的分離因數(shù)為10。實驗結(jié)果表明,溶劑與配位劑形成的弱鍵對配位劑起到了穩(wěn)定作用,這種吸收劑還能用于分離正烯烴和異烯烴,如1-己烯和2-甲基-2-丁烯的分離因數(shù)為2。3神華包腐化廠液體分離技術(shù)神華包頭煤化工公司烯烴分離裝置較多,本文選取其主要部分的工藝技術(shù)進行探討。3.1堿洗塔流程處理由MTO裝置來的產(chǎn)品氣進入烯烴分離裝置的四段離心式壓縮機進行壓縮。為避免壓縮機內(nèi)部的結(jié)焦問題,壓縮機一到三段采用注水方式來保持產(chǎn)品氣排出溫度低于90℃。壓縮機一段、二段排出產(chǎn)品氣經(jīng)壓縮機段間冷卻器分別冷卻到38℃和37.5℃左右,經(jīng)壓縮機二段后冷器進入水洗滌塔后冷凝的凝液循環(huán)回到壓縮機二段吸入罐,從二段吸入罐排出的凝液送到MTO裝置的急冷水塔。來自MTO裝置的凈化水進入水洗水緩沖罐,來自壓縮機表面冷凝器的凝液作為凈化水的備用水,凈化水在進入水洗滌塔之前利用泵升壓到需要的壓力,并經(jīng)循環(huán)冷卻水換熱器冷卻。水洗滌塔脫除產(chǎn)品氣物流中的氧化物,產(chǎn)品氣通過與來自MTO裝置的凈化水的充分接觸將氧化物脫除,氧化物溶解在凈化水中從水洗滌塔塔釜送到MTO裝置。在壓縮機二段和三段之間,利用堿洗和水洗除去原料氣中的酸性氣。為防止產(chǎn)品氣冷凝,從二段排出罐排出的產(chǎn)品氣在進入堿洗塔前,用水洗水加熱到42.5℃。在堿洗塔中,產(chǎn)品氣中的酸性氣通過與來自界區(qū)外的新鮮堿接觸被除去,新鮮堿在進塔前要進行稀釋。為完全除去酸性氣體,堿洗塔設(shè)有三段堿循環(huán)和一個水洗循環(huán)。每一個堿循環(huán)段都有一個堿循環(huán)回路,堿液從循環(huán)段底部泵送到循環(huán)段頂部。堿循環(huán)回路中注入黃油抑制劑。在堿洗塔的頂部,有一個水洗段,以阻止堿被產(chǎn)品氣攜帶到下游設(shè)備。水洗段排出的水主要用于稀釋各段循環(huán)堿的濃度,其它的廢水送到界區(qū)外進行處理。從堿洗塔排出的廢堿及黃油一起送到界外的焚燒爐進行焚燒或送到廢堿罐。來自堿洗塔的廢堿液,在沒有將自身含有的高濃度的硫化物進一步處理之前,不能直接排到廢水處理系統(tǒng)。另外,廢堿液中含有碳酸鈉,一小部分氫氧化鈉和游離的烴類。廢堿中的游離烴在下游的處理單元會引起結(jié)垢。因此來自廢堿罐的廢堿用泵送到界外的焚燒爐。在堿洗塔中除去酸性氣后,產(chǎn)品氣進入壓縮機三段進行壓縮。壓縮機三段排出的產(chǎn)品氣經(jīng)壓縮機三段后冷器用冷卻水從90℃冷卻到40℃。產(chǎn)品氣首先在干燥器進料1號急冷器中與脫乙烷塔進料進行熱交換,然后在干燥器進料2號急冷器中用丙烯冷劑進一步冷卻到12℃,再送到壓縮機三段排出罐。來自三段排出罐的產(chǎn)品氣進入干燥器。產(chǎn)品氣中的水和烴在壓縮機三段排出罐中分離,水循環(huán)到三段吸入罐,從罐中回收的凝液送到MTO裝置的急冷水塔。冷凝下來的烴液用泵送到聚結(jié)器,在這里水和烴完全分離,從聚結(jié)器出來的烴物流送到液相干燥器進行干燥。3.2品氣氣相干燥器產(chǎn)品氣在分子篩干燥器中進行干燥。為保證連續(xù)操作,設(shè)置兩臺產(chǎn)品氣干燥器,一臺在線,另一臺進行再生。干燥器出來的產(chǎn)品氣在進入高壓脫丙烷塔之前要進行過濾。產(chǎn)品氣氣相干燥器設(shè)計在線運行36小時。干燥器設(shè)計有一段保護床,保證干燥器在運行末期再生前運行6小時。干燥劑的最長壽命為5年。冷凝的烴液在分子篩干燥器中進行干燥。為了保證連續(xù)操作,設(shè)有兩臺液相干燥器,一臺在線,另一臺再生。冷凝的烴液在進入高壓脫丙烷塔前進行過濾。液相干燥器設(shè)計在線運行72小時,干燥劑的最長壽命為5年。每臺干燥器都設(shè)計了在線分析儀,用來檢測床層的水含量。如果檢測到干燥器床層出現(xiàn)飽和水,備用干燥器投入運行,并將原運行干燥器切換下來,并進行再生。3.3凝器的制冷壓縮機脫丙烷系統(tǒng)包括兩個塔,每個塔在不同的壓力下操作,從產(chǎn)品氣氣相干燥器來的產(chǎn)品氣和從液相干燥器來的冷凝的烴液進入高壓脫丙烷塔。高壓脫丙烷塔的塔頂氣相通過塔頂冷凝器利用丙烯冷劑進行部分冷凝。當(dāng)MTO裝置反應(yīng)器產(chǎn)出的產(chǎn)品氣中的E/P較高時,必須降低高壓脫丙烷塔塔頂冷凝器丙烯冷劑的溫度。丙烯制冷壓縮機在設(shè)計上考慮了這一調(diào)整方案。高壓脫丙烷塔塔頂氣相冷凝后的凝液為高壓脫丙烷塔提供一部分回流,未冷凝的含有大部分C3組分的氣相進入產(chǎn)品氣壓縮機四段。高壓脫丙烷塔底物流用冷卻水冷卻后送到低壓脫丙烷塔,低壓脫丙烷塔的塔頂物流用丙烯冷劑全部冷凝,凝液作為高壓和低壓脫丙烷塔的回流。從低壓脫丙烷塔來的塔底物流含有C4和較重的組分,作為脫丁烷塔的進料。低壓脫丙烷塔的再沸器采用急冷水作為加熱介質(zhì)。第二再沸器采用脫過熱的低壓蒸汽作為界熱介質(zhì)。第二再沸器在開工階段及急冷水系統(tǒng)波動時投用。來自高壓脫丙烷塔的塔頂物流經(jīng)壓縮機四段壓縮到3.15MPag。壓縮后的物流通過給脫甲烷