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浅谈干气回收乙烯装置运行优化发布时间：2021-04-15T13:33:23.887Z 来源：《基层建设》2020年第32期作者：孔秋辰[导读] 摘要15万吨/年干气回收乙烯装置是扬子石化油品质量升级及原油劣质化改造的新建装置，采用四川天一、燕山分公司以及SEI联合开发的拥有自主知识产权的成套工业化技术，以净化干气为原料，分离出富含乙烯的产品气。
中石化南京工程有限公司 211100摘要15万吨/年干气回收乙烯装置是扬子石化油品质量升级及原油劣质化改造的新建装置，采用四川天一、燕山分公司以及SEI联合开发的拥有自主知识产权的成套工业化技术，以净化干气为原料，分离出富含乙烯的产品气。
本文主要介绍通过优化干气回收乙烯装置原料性质及装置流程，解决干气回收乙烯装置运行中出现的问题，对比优化前后参数，验证优化效果。
关键词：干气回收；运行优化炼油厂催化裂化、焦化装置产生大量副产品干气，目前大多数这种干气被用作工业和民用燃料，利用价值较低。
在国外，从催化裂化、焦化干气中提取乙烷、乙烯，作为烯烃生产的重要原料，已被广泛应用。
在国内目前已经开始了催化裂化干气的回收利用，提取乙烯、乙烷组分，已取得成果并投入工业化生产[1]。
从催化裂化、焦化干气中回收乙烷、乙烯，每年可节约大量的用于乙烯生产的轻质油品。
1 装置概况中国石油化工股份有限公司扬子公司15万吨/年干气提浓装置于2014年7月建成投产，以炼油厂催化裂化干气和焦化干气为原料，采用国内先进、成熟的变压吸附组合净化技术，分离出的气体中富含C2及其以上组分，生产出富含乙烯气（即产品气），主要成分包括乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等组分，通过管道输送到乙烯厂裂解装置回收单元，最大限度地实现废气资源化和资源回收利用的效果，提高工厂的经济效益。
2、吸附原理干气提浓乙烯装置利用了变压吸附分离原理，在加压条件下吸附干气中的C3 以上组分，弱吸附组分H2、N2、CH4 等通过床层由吸附器顶部排出，从而使气体混合物分离。
催化干气回收乙烯工艺的工业应用
王建;夏荣安;周天基;王崇明;齐玉荣
【期刊名称】《石化技术与应用》
【年(卷),期】2006(024)005
【摘要】进行了炼厂催化干气经变压吸附浓缩及精制除杂后用作乙烯裂解原料的工业实践.结果表明:利用干气作乙烯裂解原料,当其质量分数为总裂解原料的7.44%时,可使乙烯物耗由3.163 t/t降低至3.066 t/t,能耗由29.45 GJ/t下降至29.39 GJ/t.精制干气中CO2,CO含量超标及乙烷含量偏高,影响了乙烯装置的运行,但通过采取增大碱洗时新鲜碱液的用量、提高甲烷化反应温度、优化乙烯精馏塔操作条件等措施,可实现乙烯装置的安全稳定运行.
【总页数】4页(P378-381)
【作者】王建;夏荣安;周天基;王崇明;齐玉荣
【作者单位】中国石油兰州石化分公司,甘肃,兰州,730060;中国石油兰州石化分公司,甘肃,兰州,730060;中国石油兰州石化分公司,甘肃,兰州,730060;中国石油兰州石化分公司,甘肃,兰州,730060;中国石油兰州石化分公司,甘肃,兰州,730060
【正文语种】中文
【中图分类】TE634.3+1
【相关文献】
1.110 kt/a催化干气回收乙烯装置运行总结 [J], 雷斯;王志勇
2.两段变压吸附法回收催化干气中乙烯的工业应用 [J], 黄富
3.催化干气中乙烯的回收利用 [J], 谢春雷;方义东
4.催化干气回收乙烯装置潜在风险分析及事故模拟 [J], 王平;王涛
5.催化干气回收乙烯装置中脱碳塔内件形式优化改造 [J], 刘玉花
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摘 要：随着炼化技术的进步，对炼厂干气中碳二等组分的回收利用也越来越受到重视。
干气回收是一种增加资源利用率、减少环境污染、提升企业效益的重要手段。
文章主要从深冷分离工艺、浅冷油吸收工艺、变压吸附工艺（PSA ）以及膜分离工艺和水合物分离工艺等炼厂干气回收技术的原理出发介绍了各种干气回收技术的特点以及进展。
各工艺具有不同的特点，适用的场合也不尽相同，各炼化企业应从干气特点、产品要求等具体情况出发，着重对自身特点进行评估以选择适合的回收工艺。
关键词：炼厂干气 碳二组分 回收技术炼厂干气中碳二组分回收技术概述侯效余，张敬升，李东风（中国石化北京化工研究院，北京 100013）收稿日期：2020-6-3作者简介：侯效余，在读硕士研究生。
主要从事高压相平衡相关研究工作。
炼厂干气主要包括催化裂化干气、加氢裂化干气、重整干气、焦化干气等[1]。
一般可将炼厂干气分为两大类：一是催化裂化装置副产的含烯烃较多的不饱和干气，二是以焦化、加氢、重整等装置副产的不含或者仅含少量烯烃的饱和干气[2]。
炼厂干气除含有少量的二氧化碳、硫化氢、氮气和甲烷等杂质外，主要含有氢气、乙烷和乙烯等重要的化工原料。
在之前技术手段不成熟的情况下炼厂干气主要是当作燃料或者直接通入火炬烧掉，污染环境的同时也造成了能源的极大浪费。
因此回收利用炼厂干气，一方面可以提高资源的综合利用率增加企业的经济效益，另一方面也提高了燃料气的清洁化，有利于环境保护。
而且，由于具有丰富的页岩气和天然气资源，近些年来北美、中东地区大量使用乙烷作为乙烯的裂解原料，因为乙烷的H/C 比石脑油更高，所以比石脑油更优质，经济效益要好于我国以石脑油为主要原料的乙烯行业。
这无疑对国内乙烯行业造成了一定冲击。
随着炼化技术的不断进步，炼化一体化企业通过整合内部资源，优化利用各种轻烃，渐渐减少了石脑油的使用，这在很大程度上提高了各企业的经济效益[3]。
其中，从炼厂干气中回收乙烯、乙烷等轻烃成为提升效益的一种有效手段。
轻烃回收工艺技术及其进展1. 引言1.1 轻烃回收工艺技术的重要性轻烃是一种重要的化工原料，包括一系列碳数在1~4之间的烃类物质，如甲烷、乙烷、乙烯等。
轻烃在石油、天然气开采和化工生产中得到广泛应用，是许多化工产品的重要组成部分。
轻烃回收工艺技术的重要性主要体现在以下几个方面：轻烃是一种宝贵的资源，资源的再利用是推动可持续发展的重要途径。
随着我国经济的快速发展和化工产业的不断壮大，对轻烃的需求量逐渐增加。
有效回收和利用轻烃资源，不仅可以降低生产成本，提高资源利用效率，还可以减少对环境的污染，符合现代工业发展的可持续性原则。
轻烃作为化工原料，具有广泛的应用前景。
乙烯、丙烯等轻烃是合成许多重要化工产品的原料，如塑料、合成橡胶等。
轻烃回收工艺技术的发展和应用，对促进我国化工产业的创新与发展具有重要意义。
轻烃在石油、天然气加工中的回收利用，还可以提高能源利用效率，减少能源浪费，有利于能源资源的节约和清洁能源的发展。
研究和推广轻烃回收工艺技术，对于我国的能源战略和资源安全具有重要意义。
1.2 研究现状及意义当前，轻烃是石化工业中一类重要的原料，包括乙烯、丙烯、丁烷等，广泛应用于石油化工、合成橡胶、胶粘剂等行业。
轻烃在生产和运输过程中往往会发生泄露和挥发，不仅造成资源浪费，还对环境和人体健康造成危害。
研究和发展轻烃回收工艺技术具有重要意义。
目前，我国的轻烃回收工艺技术主要集中在传统的吸附、吸附-脱附、凝聚等方法上，这些方法在一定程度上可以实现轻烃的回收，但存在能耗高、设备大、操作复杂等缺点。
随着工业生产的不断发展和对环保要求的提高，对轻烃回收工艺技术的要求也日益增加，迫切需要研究新型的、高效节能的轻烃回收工艺技术。
通过研究和探索新型的轻烃回收工艺技术，可以提高轻烃回收率，降低能耗，减少对环境的污染，实现资源的可持续利用。
深入研究轻烃回收工艺技术，不仅有助于推动我国石化工业的发展，也有利于促进绿色环保产业的发展，具有重要的现实意义和深远的影响。
炼厂干气中乙烯回收和利用技术进展炼厂干气主要来自原油的二次加工，如催化裂化，热裂化，延迟焦化等，其中催化裂化的干气量最大，产率也最高[1,2]。
干气中含有氢气、氮气、甲烷、乙烯、乙烷等，其中催化裂化干气中乙烯的含量约占15%[3]。
过去因为没有合适的分离回收和综合利用技术，大多数干气当作为燃料气使用或放火炬烧掉，造成了极大的资源浪费和环境污染[4]。
据统计，随着炼油企业的发展，国内催化裂化装置能力已经达到93Mt/a，每年生产的干气产量约为4.14Mt，其中含有乙烯730Kt左右[5]。
若炼厂干气回收轻烃技术能全面推广，每年可以节约用于生产乙烯的轻质油4.15Mt，创造效益上百亿元[6]。
因此，回收利用炼厂干气已经成为炼油企业降低乙烯生产成本和实现资源有效利用的重要手段。
目前，炼厂干气中乙烯回收利用技术分为两大类：一是通过对干气的精制，然后对干气中的乙烯进行浓缩，最后通过分离回收得到聚合级的乙烯；二是用干气作为原料，利用其中的稀乙烯，直接生产乙苯、环氧乙烷、丙醛等。
本文重点对国内外回收利用干气技术进行了综述。
1 炼厂干气中乙烯分离回收技术从炼厂干气中提取乙烯的技术主要有深冷分离法、吸收分离法、水合物分离法、吸附分离法和膜分离法等。
其中水合物分离法是新出现的分离方法，膜分离法正处于实验室阶段或工业试验阶段，而深冷分离法，吸收分离法和吸附分离法已经成熟并实现工业化[7]。
下面分别做以介绍。
1.1深冷分离法深冷分离法是一种已经相当成熟的技术。
早在20世纪50年代，人们就开发了常规深冷分离技术[8,9,10]。
该方法是一种低温的分离工艺，利用原料中各个组分的相对挥发度的不同，通过气体透平膨胀制冷，在低温下将干气中各个组分按工艺要求冷凝下来，然后利用精馏法将其中的各类烃按照蒸发温度的不同逐一进行分离。
但由于常规深冷分离工艺能耗大，人们不断对其进行改进，最突出的是利用分凝分馏器进行分离。
分凝分馏器是美国空气产品公司的设计专利；九十年代初，美国Stone&Webster 公司将其应用于烃气分离工艺中，形成了以分凝分馏器为核心的第一代ARS (Advanced Recovery System)技术[11]。
ARS技术由原料预处理、产品选择性分馏和深冷回收等过程组成，其工艺流程见图1。
干气经净化、干燥和压缩后进入分凝分馏器。
分凝分馏器实际是一个带回流的板翅式换热器，其设计与普通板翅式换热器不同，它具备宽敞的气液通道，底部设一气液分离罐，多股冷物流通过分凝分馏器为其提供冷量。
被回收的气体在通道内自下而上流过，越往上其被冷却的温度越低，一部分气体在通道壁上冷凝，冷凝液受重力作用向下流，与气体逆向接触，气体与液膜间既传热又传质，起到了分凝分馏的作用(其分离效果一般相当于10～15块平衡级)[12]。
分凝分馏器既有常规板翅式换热器的传热作用，又起到了常规精馏塔的作用。
从分凝分馏器上部排出的尾气，进入到膨胀机，经膨胀制冷温度可降到-100℃，再返回到分凝分馏器，为其提供冷量。
与传统的激冷系统只进行热交换过程相比，分凝分馏器在传热的同时进行传质，起到了多级分离的效果。
因此，该技术既达到了高的分离效果且能耗较低，比常规的深冷分离技术节能15%～25%；它可使催化干气中的烃类回收率达到96%，对原料的适应较强，产品纯度为聚合级[13]。
图 1 ARS工艺流程简图1 净化干燥；2 压缩；3 分凝分溜器；4 膨胀-压缩机；5 尾气；6 C2馏分；7 C3馏分Fig. 1 Process flow diagram of Advanced Recovery System1 Purification and drying;2 Compression;3 Dephlegmator;4 Expansion turbines- compressors;5 Off gas;6 C2 Fractions;7 C3 Fractions近年，Stone&Webster公司又提出以热集成精馏系统(Heat Integrated Rectifier System, 简称HRS)为核心设备的第二代ARS技术[14]。
HRS既是对传统精馏的改进，也是对分凝分馏器的重大改进，它将常规板翅式换热器、分离罐和精馏塔进行了热集成，无回流泵。
它与分凝分馏器相比，传热效率大幅度提高，约为分凝分馏器的10倍。
达到相同的分离效果时，设备尺寸大幅减小，投资大幅降低。
深冷分离工艺是提纯裂解乙烯的传统工艺，技术成熟，回收率高，产品纯度高。
但该工艺往往需要-100℃的低温下进行，装置能耗高且投资大。
一般适合处理有大量干气的情况，特别是炼厂集中的地区及大型FCC装置比较多的地区。
如美国Mobil公司，有550万吨/年的FCC干气，采用深冷分离法回收其中的乙烯收到了明显的经济效益[15]。
但该技术对炼厂规模小，且又较分散的情况下，则不经济。
针对采用深冷分离法回收炼厂干气工艺存在的能耗高、设备规模大、投资大等问题，中石化北京化工研究院提出了利用混合气作制冷剂来分离催化干气中乙烯的方法。
其工艺流程图见图2。
炼厂干气经净化和干燥后，进入冷箱冷却，冷却后进入重烃分离罐，罐顶气体再次进入冷箱进一步冷却，罐底液体送入脱甲烷塔；重烃分离罐顶气体经过深冷、节流，进入闪蒸罐，罐顶气体经过膨胀，进入冷箱以回收冷量，然后自冷箱排出；罐底液体进入脱甲烷塔。
进入脱甲烷塔的液体经精馏作用脱除甲烷、氢气和氮气等；脱甲烷塔顶得到的气体进入冷箱回收冷量，然后自冷箱排出，塔釜可以得到富含乙烯的物流。
工艺利用由氢气、甲烷、乙烯和丁烷组成的混合气作制冷剂，通过三段压缩制冷，采用膨胀机和冷箱回收冷量。
本工艺的显著特点：用氢气、甲烷、乙烯和丁烷等组成的混合气作为制冷剂，来源容易，成本低廉；相对于复叠式制冷，本发明的混合制冷提高了冷量利用效率；干气进入冷箱冷却后进入重烃分离罐，罐底液相直接送入脱甲烷塔，降低了冷箱的负荷；采用膨胀机和冷箱有效地回收了冷量。
FCC DryGas CH 4、H 2图21.2 吸收分离法吸收分离法是利用炼厂干气中各个组分在吸收剂溶解度的不同进行分离，它可以分为物理吸收法和化学吸收法。
物理吸收主要包括油吸收法和Mehra 溶剂抽提工艺。
化学吸收法包括水溶液和非水溶液体系。
1.2.1 油吸收法油吸收法一般利用C 4、C 5和芳烃作为吸收剂，吸收干气中C 2+，分离出甲烷、氢气、氮气等不凝气体，再用精馏法把吸收的各个组分逐一分离开来。
通过对吸收液的解吸和初步分离可得到含有乙烯84%以上的C 2组分，乙烯的回收率可达95%以上[13, 16]。
工艺流程图见图2。
该方法具有规模小，适应性强，投资费用低等特点，适合中小规模炼厂干气中低浓度乙烯的回收。
9图 2 中冷油吸收工艺流程图1 炼厂干气；2 净化及干燥；3 压缩；4 吸收塔5 解吸塔6 粗分塔；7 富溶剂；8 贫溶剂；9 甲烷、氢气、氮气等；10 粗乙烯；11 乙烷等组分中国石化洛阳石化工程公司根据催化裂化干气特点，开发了中冷油吸收法分离干气中乙烯的工艺[17]。
该工艺将干气加压到3.5MPa，在-40℃低温下用C5作为吸收剂吸收干气中的C2+，将干气中甲烷、氢气、氮气等分离出去；吸收乙烯的富溶剂进入解吸塔进行解吸，解吸塔顶解吸气经冷却冷凝后，液相回流，气相即为富乙烯气，送往乙烯装置的分离系统。
该工艺采用了由螺杆压缩机、冷凝器、液氨储罐、节流阀、蒸发器组成密闭循环的制冷系统，并采用多级制冷方式来节能。
针对催化裂化干气制乙苯技术的发展和干气中丙烯对催化剂的影响，中国科学院大连化学物理研究所开发了一种从催化裂化干气中选择性吸收丙烯的方法[18]。
该方法将无需净化和精制的催化裂化干气通过对丙烯有选择性吸收的吸收剂来除去丙烯。
吸收剂包括苯、乙苯、二乙苯、三乙苯、多乙基苯、柴油、汽油等中一种或几种混合物。
吸收剂对干气中丙烯的吸收条件：操作温度为-10℃～40℃，压力为0.1～3.5MPa，吸收剂/干气体积比(mL/L)：3～25。
张银龙等[19]通过苯、乙苯、柴油、反烃化料和乙苯/反烃化料等吸收剂对干气中丙烯吸收效果的对比，结果发现乙苯/反烃化料对丙烯的吸收效果最理想。
吸收丙烯后的吸收剂可以在一定的条件下解吸，解吸后的吸收剂可以重复使用。
利用吸收后的干气制乙苯可以明显地提高乙基化产物选择性。
中石化北京化工研究院从20世纪70年代开始了中冷油吸收工艺的研究，当时开发的中冷油吸收技术主要用于管式裂解炉裂解气的分离。
最近又开发了用于催化干气回收乙烯的浅冷油吸收工艺[3,20]。
催化干气经过一段压缩后，脱除酸性气体、NO x和氧气等；再经过二段压缩机，干气的压力提高到2.0～2.6MPa，然后进入干燥器；将干燥后的干气逐步冷却至-20℃～-10℃，送入吸收塔。
该工艺采用包含正戊烷、异戊烯、正戊烯和2-戊烯等碳五馏分作为吸收剂，吸收干气中的C2+。
富溶剂靠压差进入解吸塔，塔顶得到回收的C2馏分；塔釜采出贫吸收剂，经过逐级冷却，返回吸收塔循环使用。
吸收塔中未被吸收的甲烷、氢气、氮气等不凝气体，进入膨胀机和冷箱组成的系统，利用自身的压力膨胀制冷，再在闪蒸罐中闪蒸，从闪蒸罐底部回收其中未被吸收的C2馏分和夹带的吸收剂，不含C2馏分的尾气进入瓦斯管网系统。
该工艺的特点是：采用浅冷油吸收流程脱除甲烷、氢等，吸收温度在-15℃左右，可以用氨制冷，操作简单，投资少，能耗低；采用膨胀机和冷箱回收冷量，乙烯回收率提高，可达95%，同时减少了吸收剂的循环量和损失量。
1.2.2 溶剂抽提工艺溶剂抽提工艺又称作Mehra工艺，它是由美国休斯顿AET公司开发的从炼厂干气中回收乙烯的一种方法[21,22]。
Mehra工艺流程图如图3所示。
干气经压缩，净化和干燥后，流到抽提-汽提塔下部，由贫溶剂抽提气体中的C2+,然后将富溶剂送入分馏塔就可以得到乙烯等烃类产品。
贫溶剂由分馏塔底流出，通过抽提-汽提塔上部和闪蒸罐，可以分别得到90%的氢气和甲烷燃料气，氢气可在变压吸附装置中进一步净化达到99%的纯度。
Mehra工艺采用的溶剂一般为聚烷撑二醇二烷基醚、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酚胺、碳酸丙烯酯、环丁砜和乙二醇三乙酸酯等的特殊混合物。
该工艺的操作温度为-37℃，压力为1.7Mpa。
图3 Mehra工艺流程图1 抽提-汽提塔(下部)；2抽提-汽提塔(上部)；3 闪蒸罐；4 分馏塔；Fig 3 Process flow diagram of Mehra1 Extraction-Stripping column(bottom);2 Extraction-Stripping column(top);3 Flash Tank;4 Fractionator1.2.3 化学吸收法化学吸收法是利用吸收剂中过渡金属与烯烃形成Π-络合物，使烯烃和其他组分分离。
