EO/EG 裝置對(duì)標(biāo)啟示及優(yōu)化

陳順

（中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波315207）

鎮(zhèn)海煉化環(huán)氧乙烷/乙二醇（EO/EG）裝置采用美國(guó)陶氏（DOW）化學(xué)的METEOR EO/EG工藝技術(shù)專利。該裝置以乙烯和氧氣為原料，在METEOR銀催化劑、甲烷或氮?dú)庵路€(wěn)劑作用下，在2.0 MPa左右壓力和224℃左右初始溫度條件下，乙烯與氧氣在列管式固定床反應(yīng)器中直接反應(yīng)生成環(huán)氧乙烷，同時(shí)生成副產(chǎn)物二氧化碳和水。環(huán)氧乙烷（EO）一部分通過EO精制塔產(chǎn)出EO產(chǎn)品，剩余環(huán)氧乙烷隨塔釜液進(jìn)入乙二醇反應(yīng)器生成MEG，副產(chǎn)DEG、TEG及以上重醇組分。2013—2014年裝置進(jìn)行了EO擴(kuò)能改造，通過更換EO精制塔內(nèi)件，同步新增一套10 萬t/a EO 儲(chǔ)罐和裝車設(shè)施，將EO 生產(chǎn)能力由10萬t/a擴(kuò)大到17萬t/a。

1 對(duì)標(biāo)情況

國(guó)內(nèi)采用陶氏化學(xué)工藝生產(chǎn)EO/EG 的裝置只有兩套，鎮(zhèn)海EO/EG裝置雖獲陶氏化學(xué)多項(xiàng)運(yùn)行紀(jì)錄，但乙烯單耗、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)在全球范圍內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)力并不清楚。為了解裝置的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，明確優(yōu)化方向，提高運(yùn)行水平，按計(jì)劃選取2017 年度、第二運(yùn)行周期裝置運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)參與由美國(guó)飛利浦湯森公司（PTAI）組織的全球EO/EG裝置對(duì)標(biāo)。

PTAI 是一家全球性的對(duì)標(biāo)公司，成立于1972年，總部位于美國(guó)德克薩斯州休斯頓市，對(duì)標(biāo)產(chǎn)品包括聚烯烴、芳烴等35個(gè)品種。此次績(jī)效對(duì)標(biāo)本著實(shí)事求是的原則，經(jīng)雙方多次溝通討論相關(guān)參數(shù)，PTAI 給出了最終對(duì)標(biāo)報(bào)告，并于2019 年11 月派技術(shù)人員進(jìn)行了對(duì)標(biāo)結(jié)果講評(píng)。由對(duì)標(biāo)結(jié)果得知裝置運(yùn)行平穩(wěn)性好，檢維修費(fèi)用低，EO 催化劑運(yùn)行性能指標(biāo)處于世界領(lǐng)先水平，但能源消耗、催化劑攤銷費(fèi)用偏高。

2 對(duì)標(biāo)結(jié)果分析

2.1 裝置運(yùn)行損失少，檢維修費(fèi)用低，EO 催化劑選擇性下降速率慢

分析原因?yàn)檠b置運(yùn)行平穩(wěn)且周期長(zhǎng)，且四年大修減少了催化劑更換等費(fèi)用支出。根據(jù)EO 催化劑性能預(yù)測(cè)曲線及實(shí)際運(yùn)行情況及時(shí)調(diào)整液氨和二氯乙烷的加入量，使催化劑維持在較高選擇性，降低了乙烯單耗，當(dāng)然這也與裝置負(fù)荷有關(guān)。

2.2 催化劑攤銷費(fèi)用偏高

根據(jù)對(duì)標(biāo)結(jié)果分析催化劑攤銷費(fèi)用偏高的原因有：EO/EG裝置所使用的催化劑銀含量高，該周期使用的EO銀催化劑原料采購(gòu)時(shí)國(guó)際銀價(jià)偏高，經(jīng)過一個(gè)運(yùn)行周期后國(guó)際銀價(jià)處于低位，雖然廢催化劑銀回收率較高，但價(jià)差造成了總攤銷費(fèi)用偏高。而國(guó)外部分生產(chǎn)裝置廢催化劑銀回收后作為下一批次催化劑制作原料，只需采購(gòu)少量損失的銀補(bǔ)充即可，避免了銀價(jià)波動(dòng)帶來的催化劑成本上升。由于DOW化學(xué)工藝催化劑對(duì)水含量的特殊要求，目前還無法使用國(guó)產(chǎn)催化劑。裝置一方面是探索國(guó)產(chǎn)催化劑適應(yīng)性改造的可能性與經(jīng)濟(jì)性，另外一方面針對(duì)只能購(gòu)買國(guó)外催化劑的現(xiàn)狀，建議相關(guān)采購(gòu)部門根據(jù)國(guó)際銀價(jià)波動(dòng)情況，統(tǒng)籌規(guī)劃，尋找合適的時(shí)機(jī)采購(gòu)銀催化劑原料，降低催化劑原料采購(gòu)成本。核算2018年大修后使用催化劑成本，總費(fèi)用下降22%左右。

2.3 能源消耗偏高

根據(jù)對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)能源消費(fèi)偏高的最大原因是水合比遠(yuǎn)高于國(guó)際裝置平均水平。一方面是裝置原始設(shè)計(jì)水合比偏高（水合比高有利于提高M(jìn)EG 的選擇性，但相應(yīng)增加脫水能耗），鑒于EO/MEG 產(chǎn)品綜合效益，2013—2014 年對(duì)EO 精制塔及配套設(shè)施進(jìn)行改造增產(chǎn)EO產(chǎn)品，造成塔釜水合比進(jìn)一步提高，雖然EO 水合反應(yīng)生成乙二醇選擇性上升，但相應(yīng)乙二醇脫水能耗增加。另一方面對(duì)標(biāo)年按生產(chǎn)計(jì)劃裝置運(yùn)行負(fù)荷偏低，自產(chǎn)蒸汽較少，相應(yīng)外界蒸汽補(bǔ)入量增加，導(dǎo)致蒸汽耗量偏大。

3 改進(jìn)優(yōu)化措施

3.1 增加DEG 精制塔C-6851 尾液后路改入PGU精制塔C-6221 的流量

措施實(shí)施后，隨著重組分物料進(jìn)入PGU精制塔C-6221 流量增加，MEG 側(cè)線產(chǎn)品產(chǎn)量增加，有效提高了EOE產(chǎn)量。具體變化如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著改進(jìn)C-6221重組分的增加，MEG產(chǎn)量增加。考慮DOW化學(xué)工藝多乙二醇產(chǎn)品中仍含有55%左右的MEG/DEG組分，且使用新型催化劑后無需注氨，多乙二醇產(chǎn)品中雜質(zhì)含量下降。因此，下一步計(jì)劃對(duì)多乙二醇產(chǎn)品中的MEG/DEG進(jìn)行回收，進(jìn)一步提高裝置產(chǎn)品收率。

圖1 C-6221側(cè)線產(chǎn)品量隨改進(jìn)重組分流量增加的變化趨勢(shì)

3.2 減少裝置甲烷使用量

由于氧氣進(jìn)料攜帶的氬氣會(huì)導(dǎo)致循環(huán)氣系統(tǒng)壓力升高且影響系統(tǒng)撤熱。氬氣正常通過乙烯膜回收系統(tǒng)除去，以保證循環(huán)氣中氬氣含量穩(wěn)定。EO/EG裝置在膜回收系統(tǒng)正常投運(yùn)情況下氬含量一直維持在較低水平，但循環(huán)氣系統(tǒng)仍需排放少量循環(huán)氣才能維持壓力的穩(wěn)定。分析原因主要是致穩(wěn)氣甲烷含量偏高，如降低甲烷的注入量則可減少循環(huán)氣的排放，同時(shí)降低乙烯損失。經(jīng)核實(shí)，焚燒爐甲烷、EO反應(yīng)器熱電偶吹掃甲烷氣調(diào)整余地不大。在保證EO產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下嘗試降低EO精制塔汽提甲烷注入量，調(diào)整結(jié)果如表1所示。

經(jīng)驗(yàn)證，降低汽提甲烷未對(duì)EO 產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，于是降低了系統(tǒng)甲烷注入量。下一步在保證脫碳單元穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，優(yōu)化CO2閃蒸罐汽提甲烷量，以進(jìn)一步減少甲烷消耗量。

表1 EO 精制塔汽提甲烷調(diào)整前后對(duì)比

3.3 降低再吸收水流量，降低EO 水合比，降低脫水單元的蒸汽耗量

由對(duì)標(biāo)結(jié)果可以看出，裝置水合比明顯高于國(guó)際平均水平，由于EO效益相對(duì)較好，最大限度采出EO產(chǎn)品，可以調(diào)整吸收水流量。維持循環(huán)氣氧濃度和EO產(chǎn)量不變，保證EO吸收效果的前提下分步降低EO再吸收水流量，監(jiān)控再吸收塔填料壓差和塔頂氣出口EO濃度。調(diào)整情況如表2、圖2所示。

從圖表可以看出，隨著再吸收水流量下降，EO水合比降低，MEG脫水單元蒸汽耗量降低。該次調(diào)整吸收水降低了20 t/h，水合比降低了0.32，MEG脫水單元蒸汽耗量降低了7.0 t/h左右。建議下一步繼續(xù)降低再吸收水流量或嘗試降低再吸收水溫度保證EO 再吸收效果，進(jìn)一步降低再吸收水流量，亦可考慮降低EO放空氣吸收塔C-6955吸收水量以降低EO水合比，最終降低裝置的蒸汽消耗量。

表2 脫水單元蒸汽耗量隨再吸收水流量變化情況

4 對(duì)標(biāo)啟示

通過此次對(duì)標(biāo)，發(fā)現(xiàn)了裝置運(yùn)行中存在的不足之處，優(yōu)化操作后取得了一定成效，但后續(xù)還需進(jìn)一步挖掘節(jié)能降耗潛力，比如降低裝置水合比、回收多乙二醇產(chǎn)品中的MEG/DEG 產(chǎn)品。為了配合上游乙烯裝置4年大修的計(jì)劃，EO/EG裝置通過精細(xì)操作、優(yōu)化催化劑運(yùn)行，保持了催化劑高選擇性長(zhǎng)周期運(yùn)行，但同時(shí)犧牲了部分生產(chǎn)能力，裝置負(fù)荷相對(duì)較低，這也是能源消費(fèi)偏高的原因之一。建議核算2～3年更換催化劑的經(jīng)濟(jì)性和可行性，尤其是在國(guó)內(nèi)大型EO/EG 裝置陸續(xù)開工、競(jìng)爭(zhēng)加劇的情況下，保持EO 催化劑整個(gè)運(yùn)行周期高負(fù)荷、高選擇性運(yùn)行對(duì)降低裝置單耗、提高整體效益具有重要意義。

5 結(jié)論

此次對(duì)標(biāo)客觀反映了鎮(zhèn)海煉化EO/EG裝置運(yùn)行績(jī)效水平，為裝置的操作優(yōu)化提供了依據(jù)，明確了改進(jìn)方向，通過降低再吸收水流量等操作優(yōu)化，蒸汽消耗量減少，能耗降低，提高了裝置整體競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2 脫水單元蒸汽耗量隨吸收水量、水合比變化趨勢(shì)