裂解碳五組分尾氣回收工藝的研究

卜 群，徐文華，李明磊，楊 飛

(南京源港精細化工有限公司，江蘇 南京 210047)

在石油化工領域，裂解碳五原料是石腦油裂解制備乙烯過程中副產出來的，裂解碳五原料中碳四輕組分大約占了1%～10%，碳六及碳六以上重組份大約占了2%～10%，其余為碳五組分。碳五組分比較多，含量比較高的有異戊烷、正戊烷、異戊二烯、間戊二烯、環戊烷、環戊二烯等。裂解碳五中最有用的就是異戊二烯、間戊二烯和環戊二烯三種共軛二烯烴，為了更好的利用這三種共軛二烯烴，一般都是采用精餾的方法進行提純加工。在提純的過程中，首先要脫除碳四、碳六后再進行精餾加工。裂解碳五原料中碳四輕組分的平均沸點在0℃左右，碳五組分的沸點在25～45℃，其系列產品的儲存大多采用的壓力儲罐，運輸多采用壓力槽車，加工采用帶壓精餾。因為裂解碳五系列產品的沸點都比較低，在儲存、運輸、精餾加工、裝卸車的過程中，就不可避免的產生輕組分氣體逸出。逸出的氣體中含有大量的碳四、碳五組分，一般做為尾氣排向火炬管網直接燒掉，這樣不僅造成了碳五資源的浪費，還污染了環境。

在裂解碳五原料精餾加工的過程中，采用的是帶壓精餾，壓力基本維持恒定，壓力低了就補充氮氣，壓力高了就打開放空閥向火炬管網排放，這種排放基本上連續不斷的。裂解碳五系列產品儲存在壓力罐中時，因為儲罐進料和出料時的壓力控制是不同的，當壓力高到一定程度時才需要排除部分氣體，保證安全，其氣體排放是間歇的。裂解碳五系列產品裝車時需先把槽車的壓力排掉；卸車時需補充氮氣把產品壓到儲罐中，槽車壓空后，又需要把槽車的壓力降到一定的值，這樣槽車的排氣更不穩定，并且排出的氣體大部分是氮氣。因此開發裂解碳五尾氣回收技術，對裂解碳五尾氣進行有用資源的回收利用，可實現節能減排的雙重目的[1-6]。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

氣相色譜儀GC9890，六通閥進樣器，上海靈華儀器有限公司。

氮氣中異丁烷氣體標準物質，濃度：0.2%，1%，5%，10%，20%，40%(mol/mol)，南京紅健特種氣體有限公司。

1.2 分析方法

根據樣品中有機氣的含量，選擇不同的標準氣體，采用外標法定量分析。

1.3 槽車尾氣回收工藝的研究

1.3.1 槽車尾氣組成

裂解碳五系列產品的運輸槽車尾氣主要有：異戊二烯槽車尾氣、間戊二烯槽車尾氣、混合C4槽車尾氣、裂解碳五原料槽車尾氣等，其對應的有機氣含量各自不同，一般在5%～20%(V/V)，其余為氮氣。

1.3.2 回收設備及回收效果

1、槽車尾氣；2、液體二氧化碳罐；3、調節閥；4、火炬管網；5、冷凝塔；6、排污閥；7、回收油品儲罐。

圖1 槽車尾氣回收工藝流程圖

Fig.1 Recycling flow chart of tank truck exhaust gas

自制的回收設備，包括液體二氧化碳罐、冷凝塔、回收油品儲罐等，見圖1。槽車尾氣和液態二氧化碳從冷凝塔的中間稍下位置進入，兩者在冷凝塔內填料層充分接觸。通過調節閥控制進入冷凝塔的二氧化碳通入量，來控制冷凝塔內的溫度，以此來控制尾氣中有機氣的回收率。通過大量的實驗數據的分析，冷凝塔的溫度控制在0～5℃是比較適宜的，此溫度的下各種尾氣的回收率均可以達到90%以上，回收效果見表1。

表1 槽車尾氣的回收率

1.4 儲罐尾氣回收工藝的研究

1.4.1 尾氣組成

儲罐尾氣主要有：異戊二烯產品尾氣、間戊二烯產品尾氣、混合C4產品尾氣、裂解碳五原料尾氣等，其對應的有機氣含量各自不同，一般在10%～30%(V/V)，其余為氮氣。

1.4.2 回收設備及回收效果

自制的回收設備，包括液氮罐、列管冷凝器、回收油儲罐等，見圖2。

1、尾氣；2、液氮罐；3、溫度調節閥；4、冷凝器；5、去氮氣緩存罐；6、液相回收管道；7、儲罐；8、去火炬管網

圖2 儲罐尾氣回收工藝流程圖

Fig.2 Recycling flow chart of storage tank exhaust gas

儲罐尾氣進入列管冷凝器的管程；低溫液氮通向冷凝器的殼程，對管程內的尾氣進行冷凝；通過溫度調節閥控制流向列管冷凝器的液氮流量，以此來控制尾氣中有機氣的回收率。通過大量的實驗數據的分析，冷凝塔的溫度控制在-5～5℃是比較適宜的，回收效果見表2。

表2 儲罐尾氣的回收率

1.5 壓縮冷凝回收工藝尾氣裝置

1.5.1 尾氣組成

裂解碳五原料經精餾、萃取精餾制備異戊二烯、間戊二烯、雙環戊二烯等產品的過程中，要求壓力基本恒定，采取分程控制，其工藝尾氣變化不大，典型組分見表3。

表3 工藝尾氣典型組分表

1.5.2 回收設備及回收效果

1、工藝尾氣； 2、壓縮機； 3、分離罐； 4、液體回收； 5、低溫冷凝器； 6、低溫冷凝器； 7、制冷系統；8、分離罐；9、液體回收；10、排污；11、膜分離器；12、吸附塔；13、火炬管網

圖3 工藝尾氣回收工藝流程圖

Fig.3 Recycling flow chart of process exhaust gas

工藝尾氣回收裝置主要有壓縮機、分離罐、膜分離器等，見圖3。考察了尾氣進氣量、系統壓力、制冷溫度等因素對回收率的影響，最后得出壓力控制在0.75～0.8 MPa，溫度控制在0～4℃時，可以有效的回收工藝尾氣中的烴類物料，回收率達95%以上。

2 結論

采用了二氧化碳、液氮和壓縮冷凝工藝分別對裂解碳五系列產品的壓力槽車尾氣、儲罐尾氣和工藝尾氣進行了回收。壓力槽車回收率可以達到90%以上，儲罐尾氣回收率可以達到94%以上，工藝尾氣回收率可以達到95%以上。三種回收方法有效的回收了碳五烴類，變廢為寶，既節約了寶貴的石油資源，又降低了企業的生產成本，同時由于可燃性氣體排放減少，還降低了安全隱患和對環境的影響。目前每天可以回收3～5 t混合碳五，效益2萬元左右。