煤制烯烴行業烯烴分離尾氣回收技術

曹博雅，田濤(蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 蒲城 715500)

0 引言

蒲城清潔能源化工有限責任公司DMTO裝置分離單元工藝采用惠生工程公司設計的“預切割+油吸收”技術。

與國內引進的其他國外技術相比，惠生工程自主開發的“預切割+油吸收”烯烴分離技術是在傳統“油吸收”工藝之前增加了預切割塔，使C3+的回收率達到99.7%。

剩余無法回收的0.3%組分的工藝氣經過熱量交換后排放至燃料氣管網。所以燃料氣出界區中仍存在一定丙烯、丙烷等產品[1]。

通過公司大力提倡產品、產能的進一步釋放，強力推進技術革新與裝置挖潛增效等領導政策，通過對烯烴分離燃料氣冷箱技改新增尾氣回收裝置，填補了0.3%工藝氣無法回收的空白。

尾氣回收裝置采用無動力膨脹制冷設備，獲取低溫冷媒，回收燃料氣中高附加值的烴類產品，使燃料氣中C3+物料回收率達90%以上，進一步提高丙烯、丙烷收率，增加公司經濟效益。

1 原料氣組成

本裝置原料氣為油吸收塔頂尾氣，裝置設計基礎的原料氣組分如表1所示。

表1 原料氣涉及組成

2 裝置性能指標

(1)處理氣量：5 829 Nm3/h。

(2)年操作時間：8 000 h。

(3)操作彈性：70%～110%。

(4)C3+(丙烷、丙烯及以上)回收率：≥90%。

尾氣回收項目的原料為預切割油吸收后的尾氣。

3 工藝說明

3.1 工藝流程簡述

油吸收塔塔頂出來的甲烷尾氣在壓力控制閥前通過管線輸送至本裝置C3精餾塔，在精餾塔中與塔頂回流液進行傳熱輸送至本裝置C3精餾塔，在精餾塔中與塔頂回流液進行傳熱傳質，C3等重組分被冷凝下來，在塔底采出C3組分，經低溫液體泵升壓到3.25 MPa后與吸收塔洗液混合送往油吸收塔；輕組分經換熱器換熱后進入塔頂冷凝器，將其中的C3組分進一步分離出來，返回精餾塔作為塔頂回流液洗滌原料氣。從塔頂分離器分離后尾氣組分主要為甲烷、氮氣及氫氣等，送往專用膨脹機組進行等熵膨脹，膨脹后的低溫氣體送往換熱專用膨脹機組進行等熵膨脹，膨脹后的低溫氣體送往換熱器復溫后提供低溫分離所需的冷量，然后送至壓力控制閥，經原冷箱復溫后返回膨脹機制動端制動后送往燃料氣管網。系統所需冷量主要由膨脹機組提供，其將壓力能轉化為冷能[2]。

工藝流程簡圖如圖1所示。

圖1 工藝流程簡圖

3.2 裝置特點

(1)回收的C3+產品為過冷的低溫產品，返回后對油吸收塔的負荷基本無影響；

(2)通過精餾塔回收C3+產品，其組分與粗丙烯的組分類似，既不會對油吸收的運行產生影響，又可替代部分粗丙烯，減少粗丙烯洗滌液的流量，進而可以降低運行能耗；

(3)裝置所需冷量主要由膨脹機組提供，其將壓力能轉化為冷能；除C3+產品增壓泵外，無需其他消耗，C3+產品的回收成本低；

(4)尾氣提供完低溫區冷量后，繼續送往原冷箱進一步回收冷量，以減少新增裝置對原冷箱的影響；

(5)MTO專用膨脹機可充分利用系統壓力能，為系統提供充足冷量，以提高C3+產品的回收率；配置為兩用一備，可在線維修更換，保證裝置的長期穩定運行；

(6)冷箱為高度集成的整體撬裝模塊，采用標準化、模塊化設計，由于設備內部的連接、氣密性試驗、試壓出廠已經完畢，現場無大量的工程安裝施工。

4 主要設備

4.1 冷箱

冷箱由兩部分組成：一是鋼殼保溫箱，二是內部換熱器。在冷箱內，原料氣被冷卻，其冷卻和冷凝的過程均是通過換熱器實現的。所以，換熱器是冷箱設計和制造的關鍵技術。通常，冷箱內換熱器常用的有繞管式和板翅式兩種型式。本冷箱采用板翅式換熱器。

4.2 膨脹機

膨脹機是本項目提供深冷段冷量的主要設備，本項目選用氣體軸承透平膨脹機。主要原理是利用有一定壓力的氣體在透平膨脹機內進行絕熱膨脹對外做功而消耗氣體本身的內能，從而使氣體自身強烈地冷卻而達到制冷的目的。透平膨脹機輸出的能量由同軸的增壓機等消耗[3]。

4.3 輕烴泵

輕烴泵是將分離后的輕烴輸送至甲烷塔塔前分離器的設備，采用低溫屏蔽泵。

5 開車停車及注意事項

5.1 開車過程

(1)初次開車采用手動加量，穩定系統壓力，逐步將原料氣引至冷箱入口閥。

(2)在PLC上檢查設定所有調節閥參數。

(3)打開軸承氣供氣球閥開度，確認軸承氣供氣壓力＞0.5 MPa。

(4)緩慢開啟原料氣進氣閥V2801，將原料氣引入冷箱裝置，確定開啟相應制動端進出口閥門及旁通閥，緩慢開啟透平膨脹端旁通PV-2802及相應制動端進出口閥門及旁通閥，緩慢開啟透平膨脹端旁通閥PV-2802，注意保持油吸收塔壓力，逐漸將原料氣引入冷箱管道。

(5)緩慢開啟透平進氣閥HV-2801，同時關閉透平入口旁通閥PV-2802，注意透平轉速，轉速每升高10 000 r/min穩定運行2 min，直至透平升速至額定轉速。

(6)當塔頂冷凝器液位達到50%時，緩慢開啟V2802，直至控制液位穩定。

(7)打開輕烴泵回流及限流孔板旁通閥將低溫原料氣引入輕烴泵，預冷輕烴泵，預冷氣體從入口導淋處排出。

(8)當輕烴泵泵體掛霜，C3精餾塔塔釜有液位后，關閉泵導淋，打開輕烴泵入口閥，將低溫輕烴引入泵內。

(9)輕烴泵灌泵完成以后，確認C3精餾塔塔釜液位高度處于正常范圍(20%～70%)，泵的電氣接線及轉向正確。微開輕烴泵出口閥，啟動輕烴泵，觀察輕烴泵是否運行平穩，泵內無雜音。緩慢開啟出口閥，緩慢關閉限流孔板旁通閥，調整輕烴泵出口壓力及流量至設計值。

5.2 開車注意事項

(1)透平膨脹機開車時，保持軸承進氣壓力＞ 0.5 MPa。

(2)注意透平膨脹機轉速，防止超速。

(3)注意C3精餾塔塔釜液位(20%～70%)。

(4)注意塔頂分離器液位(40%～70%)。

(5)注意輕烴泵是否運行平穩，泵內無雜音。

5.3 停車過程

(1)停泵，打開輕烴泵安全閥旁通閥，關閉輕烴泵出口閥；

(2)緩慢關閉HV-2801，同時緩慢打開膨脹機旁通閥PV-2802，直至HV-2801完全關閉，透平停車后關閉膨脹機入口手閥；

(3)緩慢開啟原料氣原節流閥，將原料氣減壓送至原燃料氣管線，注意控制油吸收塔壓力；當允許切斷上游氣源時，關閉冷箱進口閥門V2801；

(4)如長時間停車，需關停輕烴泵，將塔頂分離器、C3精餾塔內的液體通過排污閥排放干凈，并用氮氣對冷箱進行熱吹，待冷箱內升至常溫后，保持冷箱內氮氣微正壓。

6 數據核算

6.1 關鍵運行參數

取72 h數據為參考標準，以8 h為時間間隔，取關鍵運行數據形成如表2所示。

表2 主要運行參數數據表

6.2 核算方法

C3回收率計算標準：設計C3回收率＞90%。

回收率=(回收的產品質量/燃料氣進料中產品質量)×100% (1)

式中：回收的產品質量為回收產品質量流量計每小時平均值，根據回收氣進行組分分析，計算C3的摩爾分數；燃料氣進料中產品質量為進燃料氣冷箱流量計每小時平均值。

分析檢測方法：外標法。

通過取72 h內分析數據可知：尾氣回收項目設施進氣C3指標在5.6～6.9 mol%；回收后C3指標在0.33～0.69 mol%，計算得C3回收率為92.30%。

分析結果：在MTO裝置負荷在110%情況下，尾氣回收項目進氣量在4 200 nm3左右，在確保進氣指標穩定范圍內，C3回收率為92.30%＞90%，指標符合要求。

7 結語

烯烴分離尾氣回收裝置自試運行以來，輕烴泵、透平膨脹機運行平穩，能夠回收尾氣中的丙烷丙烯，回收量穩定，根據取樣結果分析，丙烯回收率已達到90%，達到了裝置的設計指標。在運行過程中，可在DCS畫面監控裝置運行情況，操作簡單，正常的設備巡檢即可滿足裝置運行要求。尾氣回收技術進一步提高了油吸收塔頂甲烷與C3+的分離效率，在提高物料回收率、提高產量的同時，也減少了一定量CO2的排放，為企業“碳排放”總量的降低作出了貢獻，符合國家相關政策的要求，具有較高的推廣應用價值。