催化干氣制乙苯裝置的技術改造研究

＊曾偉 賈金鋒 易娟 隗小山 廖有貴 薛金召

（湖南石油化工職業技術學院 湖南 414012）

催化干氣制乙苯裝置主要是為實現對原油資源有效且充分利用，使得生產后續的苯乙烯生產裝置能夠擁有充分的原材料，采用催化干氣與石油苯烷基化制乙苯技術，即通過使用煉廠中催化裂化裝置所產生出來的干氣中的乙烯作為原料和石油苯通過反應來生產乙苯。這種技術與用純乙烯生產乙苯方法相比，每噸產品的成本可降低1000元左右，在很大程度上提高了企業的經濟效益[1-2]。

中石化長嶺分公司目前擁有2套催化裂化裝置，合計產催化干氣17.24萬噸/年，其中干氣中乙烯含量約3.28萬噸/年，如果干氣中的乙烯得不到有效利用而作為燃料氣燒掉，造成乙烯資源的浪費；另一方面，目前國內乙烯資源短缺，我國乙苯/苯乙烯一直供不應求。長嶺分公司催化干氣制乙苯裝置，是為了有效利用干氣中的乙烯，制取乙苯供下游苯乙烯裝置使用。干氣由兩套催化裝置提供，苯由重整裝置提供，苯不足部分外購[3]。

干氣進入裝置后進水洗和脫丙烯系統后進入烷基化反應器，在催化劑的作用下，乙烯與苯反應生產乙苯及副產物，得到的產物先后經過尾氣吸收塔、循環苯塔、脫非芳烴類塔，進入產品分離部分，從乙苯塔頂得到產品乙苯，塔釜液進入丙苯塔、多乙苯塔，在多乙苯塔塔頂得到多乙苯，再進入烷基轉移反應器與苯反應生成乙苯，提高乙苯產量[4-6]。干氣制乙苯裝置工藝流程如圖1所示。

圖1 干氣制乙苯裝置工藝流程Fig.1 Process flow of dry gas to ethylbenzene plant

由于干氣中乙烯含量與裝置干氣中乙烯設計值之間的差別較大，所以裝置一直處于低負荷狀態下運行，對裝置生產帶來很多不便，所以提高裝置干氣量成為急需解決的問題。

表1 乙烯含量設計值與實際值比較Tab.1 Comparison of design value and actual value of ethylene content

1.乙苯裝置低負荷運行現狀

催化干氣制乙苯裝置開工以來一直處于低負荷運行狀態，2016年至2019年運行情況顯示，乙苯裝置產生干氣中乙烯含量一直維持在7.5%-8.5%（V），遠低于裝置設計值13.24%（V）。

裝置長期處于低負荷運行，裝置能耗持續較設計值偏高，能耗較大；裝置機泵同樣長期處于低流量狀態下運行，對設備損耗較大；同時給生產操作帶來不利影響，對裝置的長周期運行帶來巨大隱患。為了改變裝置長期處于低負荷運行，裝置能耗較高的現狀，對該裝置進行了一系列技改。

表2 2016-2019年乙苯裝置運行情況Tab.2 2016-2019 Ethylbenzene Plant Operation Status

2.針對乙苯裝置低負荷運行的技改措施

針對乙苯裝置低負荷運行狀況，為了減少對裝置平穩生產帶來的影響，降低裝置的平均能耗，降低設備損耗，消除隱患，對裝置實施了一些技改措施。主要包括干氣進R101前增加一臺與E117來的低溫熱水換熱器E125、火炬回收氣在精制單元增加單獨的脫硫系統、增設污水罐D110、低流量運行機泵增加返罐線等。

(1)干氣進R101前增加一臺與E117來的低溫熱水換熱器E125

增加干氣換熱器E125，進而增加干氣進反應器溫度，從而減少循環苯加熱爐F102熱負荷。在干氣進R101前增加一臺與E117來的低溫熱水換熱器E125，進反應器的干氣溫度從25℃提高至100℃左右。

(2)火炬回收氣在精制單元增加單獨的脫硫系統

火炬回收氣在精制單元增加單獨的脫硫系統，脫硫后直接進入瓦斯系統，減少對干氣乙烯含量的影響。

表3 火炬回收氣中烴類組成（單位：%(V)）Tab.3 The composition of hydrocarbons in the gas recovered from the flare（%(V)）

由表可以看出，火炬回收氣中乙烯含量只有1.33%（V），C3以上含量較催化干氣較高，火炬回收氣的來量大概有2500～3000Nm3/h，這部分干氣以前是和3#催化干氣一起進入精制單元脫硫塔，經過脫硫后進入乙苯裝置，將會嚴重拉低干氣中的乙烯含量，增加脫丙烯系統負荷，增大脫丙烯系統中的非芳烴類烴類含量，如果這部分非芳烴類烴類帶入反應器中，會裂解成丙烯、丁烯等組分，增加裝置苯耗，副產物二甲苯、丙苯、丁苯等的生成增多，對裝置生產十分不利。

由表4、表5可以看出將火炬氣改出乙苯后，干氣中的乙烯含量明顯上升，乙烯質量空速有所增加，而乙烯空速越高，在反應器中停留時間越短，副反應就會越少，同時副產物就會減少，尤其是可以減少二甲苯的生成，提高產品質量。

表4 火炬氣改出前后乙苯D101干氣組成對比（單位：%(V)）Tab.4 Comparison of ethylbenzene D101 dry gas composition before and after flare gas recovery（%(V)）

表5 火炬氣改出前后乙苯T101頂干氣組成對比（單位：%(V)）Tab.5 Comparison of dry gas composition of ethylbenzene T101 before and after flare gas recovery（%(V)）

同樣C3以上重組分含量的減少，可以減緩吸收劑中的非芳烴類烴類含量的增加速度，降低吸收劑置換速度，降低乙苯損耗。并且減少了進反應器干氣中非芳烴類的攜帶量，減少丙苯、丁苯等副產物，同時可以減少對后續循環苯塔和分離塔的負荷，降低裝置能耗。

(3)增設污水罐D110

增設污水罐D110,瓦斯罐D116脫液直接轉入D110，減少地下罐D118帶水。因為乙苯裝置最初設計時，瓦斯罐D116脫液是到地下罐D118，而D118同時也是所有機泵、采樣器等排放烴化液的容器，但由于瓦斯罐帶水嚴重，所有導致D118內水含量非常高，當回煉地下罐D118烴化液至循環苯塔T104時，會對循環苯塔T104的操作帶來影響，由圖2可以看到循環苯塔T104第59塊靈敏板溫度會在回煉地下罐D118時，溫度從205℃降至165℃左右，這樣就會導致循環苯塔中的非芳烴類和苯等輕組分進入循環苯塔塔底，從而帶入乙苯塔T106中，最終這部分輕組分會進入乙苯產品中，將會導致乙苯產品純度下降。

圖2 地下罐D118回煉至循環苯塔T104時T104靈敏板溫度變化Fig.2 The temperature change of the T104 sensitive plate when the underground tank D118 is recycled to the circulating benzene tower T104

經過研究，將瓦斯罐D116脫液改至油水分離罐D110，經過油水分離后，再將油水分離罐D110中的油組分脫至地下罐D118，從而減少地下罐回煉帶水對循環苯塔的影響，確保裝置平穩，保證產品質量。

(4)低流量運行機泵增加返罐線

由于裝置一直處于低負荷運行，導致產量偏少，機泵長期處于低流量情況下運行，達不到機泵的最小流量，會減少機泵運行壽命，所以裝置對低流量運行下的機泵中增加返罐線，保證機泵在最小流量以上安全平穩運行。

3.技改后乙苯裝置目前運行情況（技改效果）

裝置經過2020年技改后，即增加干氣換熱器E125、增加單獨的脫硫系統、增設污水罐D110、低流量運行機泵增加返罐線等，效果顯著，干氣加工量增至22000Nm3/h，循環苯量67t/h，側線苯純度99.31%，每天產乙苯260～270t。

表6 乙苯裝置目前主要技術指標對比Tab.6 Comparison of current main technical indicators of ethylbenzene plant

干氣制乙苯裝置經過技術改造后，干氣中乙烯含量基本可以維持在11.01～12.2%(V)，比較接近于設計值，但是根據目前情況來看，裝置加工負荷依然較低，大概69%左右，還需要提高裝置加工量，增加乙苯產量。

4.結論

(1)在烷基化反應器前增加干氣換熱器可減少循環苯加熱爐F102熱負荷；即干氣進R101前增加一臺與E117來的低溫熱水換熱器E125，進反應器的干氣溫度從25℃可以提高至100℃左右。

（2）火炬回收氣在精制單元增加單獨的脫硫系統，脫硫后直接進入瓦斯系統，可減少對干氣乙烯含量的影響。干氣中的乙烯含量明顯上升，并減少二甲苯的生成，提高產品質量。

（3）增設污水罐D110，瓦斯罐D116脫液直接轉入D110，減少地下罐D118帶水。瓦斯罐脫液直接轉入污水罐，減少地下罐回煉帶水對循環苯塔的影響，確保裝置平穩，保證產品質量。延長機泵運行壽命。

（4）低流量運行機泵增加返罐線有利于機泵在最小流量以上安全平穩運行。