煤制烯烃项目烯烃分离装置的工艺流程优化技术

煤制烯烃项目烯烃分离装置的工艺流程优化技术

刘通 

中安联合煤化有限责任公司  安徽省淮南市  232000

【摘要】烯烃是重要的化工原料，传统烯烃生产原料为石油裂解产生，目前我国煤制烯烃取代原有石油路线。烯烃分离装置是煤制系统项目生产的核心设备，分离装置工艺流程影响企业的生产效益。研究介绍烯烃分离装置工艺流程，总结丙烯制冷压缩机开工、机组干气密封保护等关键环节问题，对煤制乙烯和石油制乙烯同类装置对比分析，对混合碳四综合利用深加工提出技术建议，实现减少项目建设投资提高煤制烯烃行业竞争力，为工艺设计提供参考。

【关键词】煤制烯烃项目；分离装置；工艺流程优化

  随着我国化工业的不断发展，烯烃需求量不断增大，世界各国努力改进传统分离技术，研发出低投资高效率分离技术，改进烯烃分离装置代替传统分离工艺。近年来煤制系统项目在我国迅速发展，烯烃分离装置在煤制系统项目中起到核心作用，系统分离装置流程长，包含吸附蒸发等多项单元操作，是煤制烯烃项目中开工复杂的单元。煤制烯烃项目开工难点逐渐转向分离技术转化，优化装置开工流程降低能耗对项目发展具有重要意义。烯烃分离装置开工是复杂的过程，包括泵机单试、仪表联调等步骤。本文重点介绍仪表调试后，工艺系统开工作的关键步骤。

1. 煤制烯烃项目分离装置工艺

  我国资源结构为缺油富煤少气，传统低碳烯烃生产路线面临原料供应紧张挑战，甲醇制烯烃技术工业化具有资源优势，某煤制系统项目成功投产为首套煤制烯烃示范项目，烯烃分离装置在项目中起到重要作用，分离技术是以甲醇制系统反应物为原料，脱除反应中酸性气体生产丙烯等产品【1】。目前煤制烯烃项目经济效应逐渐下降，优化烯烃分离装置工艺流程可以提高企业行业竞争力。甲醇制系统反应产物具有特殊性，随着工业化运行完善，必须开发稳定节能的烯烃分离工艺。某公司专利技术工艺采用前脱丙烷后加氢流程，MTO装置产品气经压缩机压缩，利用水洗工艺除去氧化物，脱丙烷塔底部组分进入脱丁烷进行分离，脱丙烷塔顶部C3进入压缩机四段压缩，脱乙烷塔顶C2组进入乙烯精馏塔，脱乙烷塔底部C3组分进入丙烯精馏塔。丙烯压缩机是丙烯循环制冷压缩机，提供-40℃，7℃级别的丙烯冷剂提供低温冷剂。图1丙烯制冷压缩机流程。

                       图 1 丙烯制冷压缩机流程

2. 煤制烯烃项目分离装置运行分析

某煤制烯烃项目是确定煤制烯烃、甲烷等新型煤化工示范工程，采用水煤浆加气压气化技术、甲醇合成技术获得甲醇，经烯烃分离技术获得聚合级乙烯和丙烯【2】。煤制烯烃项目分离装置采用CBI-LUMMUS公司前脱丙烷后加氢分离技术，烯烃分离装置用于处理MTO装置生产混合烃类产品气，包括产品气四段压缩机系统、产品气激冷剂干燥系统等。烯烃分离装置投料试车产出合格聚合丙烯。开工前产品气中二甲醚等含氧有机物含量较好，重组分烃类在产品气压缩机段间冷凝造成段间分离罐液位常处于高液位下操作。

MTO产品气组成稳定后含氧有机物等问题趋于环节，乙炔加氢反应器无需投入使用，产品中C4含量与设计值存在较大偏差，导致脱丁烷塔操作参数偏离设计值，调整工艺操作参数后系统运行正常【3】。烯烃分离装置脱甲烷塔采用丙烷洗技术，开工初期由于系统内无丙烷物料采用丙烯代替方法，将乙烯损失控制在设计指标范围内缩短开工时间。乙烯精馏系统采取顺序开车，乙烯精馏系统在短时间内调整正常。装置顺序开车在控制物料损失方面无差异，某煤化工公司对烯烃分离装置进行性能考核，装置在原料处理生产能力等方面达到性能考核指标，根据产品物料组成特单，项目设计烯烃分离工艺取得成功。煤制乙烯与石油制乙烯分离工艺不同由于进入压缩机分离系统产品气组成相差较大，工艺产品气组成不同决定装置技术路线选择不同，单元组成等方面存在差异。

3. 煤制烯烃项目分离装置工艺优化技术

  烯烃分离装置投料试车后系统运行平稳，获得准确的产品气组成，为新建同类项目提供可靠设计基础数据，设计阶段可以从各方面优化达到节能平稳运行的目标。烯烃分离装置产品气压缩机吸入压力为MTO装置反应器背压，产品气压缩机吸入压力设计要求满足MTO装置反应器背压要求，MTO装置开工投料后反应器至产品气压缩机压力小于设计值，需要提高产品气压缩机吸入压力满足MTO反应器操作压力，通过打开压缩机系统防喘振返回线控制法增加装置能耗，应修订管道压力为产品气压缩机制造商提供准确的吸入压力计值。

MTO装置进入烯烃分离装置产品气在压缩机二段吸入罐冷凝物料为水，含有部分油类返回MTO装置污水汽提塔处理影响外排污水COD指标。产品气压缩机二段吸入罐内应设置隔油设施，根据工厂情况对分离后油水处理。产品气经压缩机三段压缩后气液分离，经气液相干燥器脱水后进入脱丙烷塔系统，切换中工艺物料损失较大，将气相干燥器移至压缩机四段可简化日常生产操作减少物料损失。MTO装置进入烯烃分离装置产品气中乙炔含量满足聚合级乙烯产品指标，乙炔加氢反应器系统长期处于备用状态，新建同类装置可取消减少设备投资。烯烃分离装置部分换热器热源为MTO装置供应水洗水，在MTO装置产生波动因催化剂跑损量增加堵塞换热器管束。烯烃分离装置设计阶段水洗水换热器可设置备用蒸汽加热再沸器满足满负荷生产运行目标。图2 丙烯精馏塔逆向补液流程。

                      图2 丙烯精馏塔逆向补液流程

  煤制烯烃项目投产后获得组成稳定的混合碳四产品，可对混合碳四产品深加工综合利用提高企业经济效益，根据二烯烃含量低特点制定深加工技术路线。将丁烯-2异构转化为丁烯-1产品，利用异构化方法脱除异丁烯和异丁烷，技术方案先进流程简单，具有反应条件温和、设备台数少能耗指标先进等优点。利用混合碳四中异丁烯成分与甲醇醚化反应技术生成MTBE产品，脱除少量二烯烃提纯丁烯-1产品工艺流程简单，但分离丁烯-1精馏塔板数目多能耗高，MTBE产品产量低适用于自用丁烯-1工厂。利用混合碳四中高含量丁烯成分，将混合丁烯与一氧化碳合成反应生成戊醛，在碱性条件下缩合生成PBA催化加氢精馏产出2-丙基庚醇产品，具有无腐蚀消耗低等优点。

结语

煤制烯烃生产聚烯烃产品可降低聚乙烯对外依存度，减少乙烯等聚烯烃的进口量，对降低我国石油对外依存度意义重大。近年来我国煤制烯烃行业不断发展，烯烃分离装置工艺流程持续改进。煤制烯烃项目建设对传统煤化工向石油化工延伸，间接提点石油等方面具有重要意义。深入分析煤制烯烃项目分离装置工艺合理优化可以缩短开工时间，有助于提升企业的经济效益。企业要加强烯烃分离装置工艺流程优化研究，促进我国煤化工行业的发展。

参考文献

[1]彭浩,张俊. 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程优化探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量,2022,42(06):196-198.

[2]周芳,郑渊,姚颖,赵丽,姜波. 煤制烯烃项目技术经济敏感性分析及对策[J]. 煤化工,2021,49(04):7-10.

[3]王顺金,苏景武. 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程优化研究[J]. 清洗世界,2020,36(06):31-32.

[4]张云涛. 烯烃分离装置工艺流程及其优化[J]. 山西化工,2017,37(03):63-65.