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综述炼化气体原料用于乙烯装置

发表时间: 2021-03-11 09:56:26

作者: 张水元

来源: 中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司

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摘要:镇海乙烯装置近些年一致致力于乙烯原料优化的工作,深挖炼油装置可利用的资源,提高乙烯原料的轻质化率,本文重点讲述了镇海乙烯装置轻质原料干气资源、富乙烷气资源以及液化气资源的利用情况,同时讲述了乙烯原料轻质化后给装置运行带来的一些问题,针对这些问题提出了的应对措施。

关键词:乙烯原料;富乙烷气;二元制冷压缩机

1 简介

镇海乙烯装置裂解炉采用中石化科技开发公司/鲁姆斯(ST/LUMMUS)合作开发的裂解炉技术,回收部分采用鲁姆斯公司的深冷顺序分离流程专利技术。目前裂解炉区共有12台裂解炉,均采用中石化科技开发公司/鲁姆斯(ST/LUMMUS)合作开发的SL-Ⅰ、SL-Ⅳ型裂解炉:其中1台产能为12万吨/年的气体原料(循环乙烷/丙烷)裂解炉(BA-101)、9台产能为10万吨/年的液体原料裂解炉(BA-102~104和BA-109~110为轻质原料裂解炉,BA-105~108为重质原料裂解炉),1台产能为15万吨/年的轻质原料裂解炉(BA-111A/B),以及2016年6月份投产的年产15万吨/年可裂解气相及轻烃原料的裂解炉(BA-112A/B)。

在原油价格相对较高的阶段,轻质的裂解原料尤其是气相原料(含有较高含量的直链烷烃)拥有相对较高的裂解效益,镇海乙烯采用“分子管理”理念,对各种现用的、潜在的乙烯原料开展裂解性能评价,来充分挖掘企业内部各类裂解原料资源的创效潜力,近些年,公司在挖掘乙烯轻质原料方面加大投入,大大提高了轻质原料比例,减少了乙烯原料对石脑油的依赖度。同时在提高乙烯原料品质上下功夫,近些年镇海乙烯裂解轻质化率年统计最高达到31.3%,双烯收率增至50.32%,名列中国石化首位,同时也促进了乙烯能耗的大幅下降,提高了整体效益的最大化。

2 轻质原料资源利用情况

镇海乙烯原料主要包括石脑油、加氢裂化尾油、柴油、轻烃、干气、液化气等。按照乙烯裂解原理,生产乙烯最好的原料就是碳二、碳三等直链烷烃,目前公司乙烯轻质原料的利用情况如下: 

2.1 干气资源

利用公司两套催化装置的干气资源,通过乙烯干气预精制单元提纯,得到富乙烯气体直接进入乙烯装置分离单元回收乙烯及乙烷,两套催化干气量约17t/h,经提纯后得到富乙烯气约5t/h,效益可观。

2.2 富乙烷气资源之轻烃富乙烷气

利用两套重整装置的富气、歧化装置尾氢等气体经PSA吸附氢气后得到解析气,再与歧化装置汽提塔顶气资源经轻烃回收单元分离后得到富乙烷气体直供乙烯裂解炉,在富乙烷气质量的控制上要求加强Ⅱ轻烃来富乙烷气原料管理,要求关注上游装置水洗段及过滤器的工况,轻烃富乙烷气出装置前过滤器以及炉前总管过滤器加密至20目,为降低裂解炉管催化结焦程度,控制其中烯烃含量不大于1%(v/v),氧含量不大于0.01%(v/v),同时在富乙烷气出装置前以及进乙烯装置前增加分液罐,脱除可能夹带的重烃及水分。通过优化,轻烃富乙烷气中乙烷+丙烷含量可达到70%(v/v)以上,大大提高了目标产物氢气、乙烯、丙烯的收率。

2.3 富乙烷气资源之焦化富乙烷气

公司为了提高乙烯气相原料资源,提高加工效益,新增了焦气回收装置,用来回收三套焦化装置的干气尾气,经吸附分离后得到焦化富乙烷气直供乙烯裂解炉,之前焦化装置的干气是放燃料气系统,经回收后可产富乙烷气约7t/h大大提高了整体效益。同时为确保裂解炉长周期运行,降低炉管结焦程度,对富乙烷气原料提出了烯烃、氧、一氧化碳以及硫含量的质量指标控制要求,通过优化,该股富乙烷气中乙烷+丙烷含量可达90%(v/v)。

近些年来,公司继续加大乙烯原料的优化工作,不断提高乙烯气体原料的质量,创效增益。公司新增ⅣPSA装置,回收富含有氢气原本进乙烯裂解气压缩机入口的裂解汽油加氢尾气,吸附得到氢气进炼油氢气管网,这样既降低了乙烯分离部分冷箱的负荷,又可以提高公司的氢气资源;同时ⅣPSA装置又回收富含氢气原送炼油瓦斯系统的干气预精制装置尾气,同样回收了尾气中的氢气资源。同时将歧化装置部分尾氢进ⅣPSA吸附,得到氢气送炼油氢气管网。

歧化汽提塔顶气富含乙烷、丙烷,是很好的裂解原料,但设计是进轻烃回收提浓后再进裂解炉,这样既增加了轻烃回收单元的负荷,也损失了部分乙烷,通过新增压缩机,直接将歧化汽提塔顶气加压后进裂解炉,做乙烯原料,效益同样显著。

图1 乙烯当前气体资源利用情况简图

2.4 液化气资源

饱和液化气中含有较高含量的丙烷及丁烷,也是很好的裂解原料,镇海的液化气原料裂解性能仅次于富乙烷气,近几年来,公司同样深挖液化气资源,Ⅰ套常减压常顶二级、常顶瓦斯以及Ⅱ套常减压常顶瓦斯直供Ⅰ轻烃回收,产出液化气;Ⅲ、Ⅳ套重整装置及Ⅲ常减压液化气经催化新脱后产出液化气;同时催化气分丙烷、Ⅲ、Ⅳ重整产液化气、Ⅰ、Ⅱ加氢裂化产液化气、Ⅰ、Ⅱ气分装置产丙烷等都可供乙烯裂解做裂解原料。

3 目前存在的问题

通过优化原料结构,大幅度拓宽乙烯原料来源,减少了乙烯原料对石脑油的依赖度,乙烯原料改善的同时,装置乙烯产率也大幅度提高,装置能耗随同下降,但原料轻质化的提高,同样对装置运行带来一些问题。

3.1 炼厂富乙烷气原料中甲烷、氢气含量高

炼厂富乙烷气中主要是“乙烷+丙烷”,是较好的乙烯裂解原料。但除了有效组分“乙烷+丙烷”,其他约22%(体积)的“甲烷+氢气”无效组分需经过冷箱冷却,并分离出氢气、甲烷,增加了部分二元制冷压缩机的负荷,该机组目前实际负荷已在设计值的120%运行,造成装置提负荷受限。

3.2 冷箱负荷高

裂解气中的甲烷、氢气组分含量的提高,造成冷箱负荷大,自装置开工以来,裂解气在冷箱中的换热温度始终未达到设计要求,裂解气换热温度达不到设计值,2016年标定运行情况见下表:

表1.冷箱换热器数据对比

由于裂解气组分、以及换热温度偏高的影响,低压甲烷量、中压甲烷、氢气的产量较设计值偏大很多。

3.3 其他问题

近些年公司深挖炼油可利用的气相乙烯资源,大大提高了裂解炉加工效益,增加了公司效益,但原料轻质化的提高,同样也增加了二元机以及冷箱负荷,裂解气在冷箱温度始终达不到设计温度,脱甲烷塔各路进料温度均较设计偏高,塔顶冷凝温度也未达设计值,导致脱甲烷塔顶乙烯损失高,经过优化二元机操作,调整一二三段冷量分配,同时对脱甲烷塔进料换热器进行切换,目前乙烯损失有所好转。

原料轻质化程度提高后,甲烷氢一号分离罐一直处于满液位状态,甲烷氢产量较之前明显增加,超出甲烷压缩机的设计负荷,通过增加低压甲烷至火炬气回收压缩机入口的管线,经火炬气压缩机回收后送炼油瓦斯管网,回收过剩的低压甲烷,防止火炬排放,降低损失。

4   措施构想

4.1 富乙烷气的提浓设想

目前Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ焦化干气经气体回收中心,提浓后的富乙烷气中乙烷及丙烷含量较高,可达90%(v/v),是很好的气相原料,而轻烃富乙烷气中的乙烷及丙烷含量只有70%,其中氢气含量偏高。继续寻求高性能炼厂富乙烷气提浓技术完善方案,以降低其中氢气和甲烷的含量,提高富乙烷气纯度至90~95%(v/v),优化裂解原料质量。

4.2 将裂解汽油加氢尾气改出装置

裂解汽油加氢装置有一股高压尾气进乙烯装置回收氢气,流量700kg/h,该股尾气中氢气含量高,达93%(v/v),直接进裂解气压缩机三段入口,这股料进后续分离系统增加了GB201和GB651运行负荷,该股气体设计可以进新建的ⅣPSA回收氢气。通过相关部门攻关后,目前已经实施,效果显著,二元制冷压缩机的负荷有所降低,裂解炉负荷可提高3t/h石脑油,乙烯产量提高1t/h,预计年增产乙烯8700吨,增加了效益。

5 小结

为实现公司最大效益,乙烯原料轻质化程度越来越高,同时乙烯装置需保持高负荷运行,而二元制冷压缩机出现了运行瓶颈,裂解单元进料量就受限,攻关组通过长周期运行攻关及乙烯原料的优化,保持下游装置稳定运行和生产负荷稳定,尽量减少低温罐送下游装置量,以此降低乙烯送低温罐量,通过技措增加气相乙烯直供下游企业来降低乙烯送低温罐量等等措施来降低二元机负荷从而进一步增加原料加工量。

总体上乙烯裂解原料轻质化后,尤其像富乙烷气这种气体资源的利用对公司整体效益贡献明显,目前行业内乙烯装置原料多呈现多元化,如何把控好乙烯各原料的质量以及进一步提炼有效的裂解组分是我们当前需要重点攻关的方向,也是降低乙烯装置后系统压力、保证乙烯装置安稳长运行以及进一步提高装置效益的有效手段。

Summary  of  Utilization  of  Gas Raw  Material  Resources  in  Ethylene  Plant

Author:ZHANG SHUIYAN (Production Departmen ,Sinopec Zhenhai Refining and Chemical Company,Ningbo,Zhejiang,P.C.316200)

Abstract:Zhenhai ethylene plant  has been committed to the optimization of ethylene feedstock in recent years, deepening the available resources of oil refining equipment and improving the light rate of ethylene feedstock. This thesis focuses on the utilization of dry gas resources, rich ethane gas resources and liquefied petroleum gas resources of Zhenhai ethylene plant, and also introduces the problem  which the ethylene feedstock lighted  to the  the device’s operation ,and put forward the response to these problems.

Key words:ethylene feedstock ;rich ethane gas ;binary refrigeration compressor

作者:张水元(中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司生产处)

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