輕烴裂解裝置配套干氣回收制乙烯的優勢分析

龐浩 張麗敏（黑龍江省龍油石油化工股份有限公司，黑龍江 大慶163000）

0 引言

乙烯產業是石油化工行業的核心部分，乙烯產量占全球石化產品總產量的75%以上，在國民經濟中占有重要的地位。截至2018年底，全球乙烯生產能力達到1.77億噸/年，2010～2018年產能年均增幅為2.58%。

近年來，全球乙烯原料呈現出多元化和輕質化發展趨勢。生產原料的選擇是一項重大的技術經濟問題。原料不同，裂解的難易也會不同，副產物分布也會有很大差異，在很大程度上影響了裝置投資和運行成本。預計全球乙烯原料中的石腦油路線產能占比將從2017 年的42%下降至2025 年的39%，乙丙烷路線則從38%升至42%。

煉廠干氣是煉油裝置在石油加工過程中所得到的氣體的總稱，其中包括催化裂化干氣、加氫裂化干氣、焦化干氣、重整干氣等。煉廠干氣中含有氫氣、甲烷、乙烷、乙烯等組分，過去因無合適的回收方法而只能作為燃料。如果能將這部分干氣合理利用，將會產生很大的經濟效益。

現有某在建裝置采用乙丙烷裂解配套干氣回收制乙烯的工藝路線，以下就幾個方面預估這種模式的優勢和競爭力。

1 輕烴裂解建設投資方面優勢

乙烯裝置的原料選擇對建設投資費用影響很大[1]。原料越輕質，產品組成較重質原料更簡單，裂解下游分離流程較為簡單。

1.1 急冷部分

輕烴裂解裝置由于原料輕質（主要以乙烷、丙烷、正丁烷為主，其中丙烷占比達到80%），所以裂解氣組成也比較輕質，急冷單元組成對比見表1

表1 不同原料的裂解氣組成（＞0.5mol%）

PGO PFO WATER 0.02 0 27.28 2.57 40.12 27.46

從上表中可以看出，輕烴裂解的裂解氣中C8及更重的占比為0.16，而傳統的石腦油裂解產品中重質組分約占43.04，所以輕烴裂解急冷單元不再設置急冷油塔，輻射段出來的裂解氣經過一急冷和二急冷之后直接進入急冷水塔底部。

1.2 壓縮單元

由于輕烴裂解中重質成分較少，因此在裂解氣中分壓較低，經過堿洗塔之后在塔頂冷卻，并不能將裂解氣中的重烴冷凝下來，因此干燥系統只需設置氣相干燥器。而傳統的石腦油裂解必須設置液烴干燥器，以干燥液相物料。

1.3 精餾單元

由于裂解氣的組成比較輕，C4+組分占比很小，所以脫丙烷塔只設置單塔精餾，即可避免精餾塔釜再沸器長周期運行不結焦。而傳統的石腦油裂解由于裂解氣組成較重，且丁二烯和戊二烯等二烯烴組分含量高，脫丙烷塔一般都設置高低壓脫丙烷塔雙塔精餾，才能實現塔釜再沸器長周期運行，不至于在很短時間內發生二烯烴聚合結焦現象。

綜合來看，輕烴裂解裝置在建廠投資方面優勢明顯。

2 輕烴裂解雙烯收率方面優勢

石油烴的熱裂解反應，是自由基的鏈式反應，即使是輕烴裂解，反應過程也極為復雜，裂解過程千變萬化。雙烯收的收率除了與操作參數有關外，受原料性質的影響很大。通常，原料氫含量是衡量原料裂解性能和乙烯潛在含量的重要特性。一般沸點較低的原料，氫含量也更高，原料從乙烷到柴油，氫含量依次降低，乙烯收率也依次降低。具體氫含量和乙烯收率見表2[1]。

表2 輕烴裂解氫含量和乙烯收率

從上表能清楚的看出，乙丙烷裂解的乙烯收率是非常高的，氫含量低的原料，裂解性能較差，雙烯收率較低。所以，輕烴裂解裝置在收率上有非常大的優勢。

3 輕烴裂解能耗方面優勢

衡量乙烯裝置的先進性，除了考慮可靠性、投資、環保等因素外，還應考慮另一重要因素，即裝置的燃料、動力綜合能耗。而裝置的能耗在很大程度上影響著產品的成本[1]。

全國傳統石腦油裂解裝置的能耗普遍在550～650KgEo/t乙烯左右，本套在建乙烯預估能耗437.4KgEo/t 乙烯，在能耗方面具有非常大的優勢。

4 干氣回收收率與能耗優勢

本套干氣回收裝置主要利用上游裝置催化熱裂解產生的干氣。干氣中含有大量的甲烷，氫氣，乙烯，乙烷，少量的丙烷和重烴。年處理干氣量約為28 萬噸/年，其中碳二餾分達到20萬噸/年，粗略估計可回收其中的乙烯量為12 萬噸/年，收益非常可觀。

4.1 流程簡介

由于干氣中氫氣、甲烷含量較高，如果不進行碳二提濃則會對乙烯裝置的冷分離造成非常大的影響，導致甲烷、氫氣在裂解氣中的分壓驟增，前冷系統和脫甲烷塔頂的冷量消耗也會隨之驟增，乙烯制冷壓縮機和丙烯制冷壓縮機的負荷會非常大。所以，干氣首先要經過變壓吸附單元，將干氣中的碳二組分進行提濃。之后經過脫氧反應器除掉O2 和NOx，經過脫碳系統，脫掉其中的二氧化碳和硫化物，再經過干燥器脫水，經過脫砷汞反應器脫除能使催化劑中毒的毒物，然后進入輕烴裂解裝置的堿洗塔。整個流程較為簡易，裝置的投資費用很低。簡易的工藝程見下圖所示。

4.2 干氣回收的能耗與排放

（1）利用了裝置內物料熱量，如溶劑再生塔釜溶劑熱量、脫氧反應器提濃氣熱量，用這些物料作熱源為其他設備提供熱量，優化了工藝，降低能耗。

（2）機泵采用安全節能型，同時選用高效率的電機。

（3）做好設備、工藝管道的保溫及保冷，以減少熱量和冷量損失。

（4）設置干燥器、脫砷汞反應器的旁路，當分析干氣中砷汞含量在可接受范圍時，可直接從脫碳塔頂進入乙烯裝置，省去了后面的精制流程。

（5）干氣回收裝置的能耗主要集中在由電機驅動的往復式壓縮機上，其余的精制部分基本沒有大的能耗用戶。

（6）干氣回收裝置精制單元除了定期會產生少量的廢胺液，基本無廢物產生。

4.3 干氣回收的收率

干氣回收裝置處理干氣量約為35t/h，提濃之后的產品氣約為23t/h，乙烯含量約占60%，回收率預估在93%左右。可以將干氣中絕大部分的乙烯、乙烷、丙烯、丙烷回收。

5 結語

綜上所述，輕烴裂解裝置在制備乙烯的各種路線中具有很明顯的優勢，具體表現在收率，能耗，裝置投資，運行維護等方面。而且隨著頁巖氣、油層氣的開發，輕烴裂解裝置受原料來源的影響越來越小，是今后幾年乙烯裝置發展的一個趨勢。越來越受投資者的青睞。干氣回收裝置一般出現在煉油裝置的下游，用來回收催化裂化裝置來的干氣。而目前建成的乙烯裝置，如果配套干氣回收裝置，一般都是傳統的石腦油裂解裝置。而本套在建裝置一改常規生產路線，采用輕烴裂解配套干氣回收裝置來制備乙烯屬國內首套，在乙烯收率和單耗兩方面有雙重的優勢，是非常成功和具有很大潛力的工藝路線。