煤制烯烃工艺分离装置的流程分析_李宁.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 5 期 24 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 5 月 煤制烯烃工艺分离装置的流程分析 煤制烯烃工艺分离装置的流程分析 李 宁，周 清（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277500）摘 要：摘 要：在煤制烯烃生产工艺过程中，烯烃分离装置是重要的核心设备，对于煤制烯烃最终产物的生产效率有着较大的影响，直接影响到企业的经济效益。本文对煤制烯烃工艺分离装置的流程进行了分析，并且对煤制烯烃工艺分离装置的流程进行了优化设计，从而可以降低煤制烯烃生产过程中的能源和资源消耗，提高企业的经济效益。关键词：关键词：煤制烯烃工艺；分离装置；工艺流程 煤制烯烃工艺是重要的烯烃生产方式，在石油价格不断增长的背景下，煤制烯烃的经济性不断提高，但是在激烈的市场竞争下，煤制烯烃企业需要不断优化工艺，提高自身竞争力。在煤制烯烃工艺中，分离装置具有重要应用，通过加强分离装置工艺流程的研究，实现装置的统筹规划和合理部署，对工艺流程进行有效的优化，降低项目投资，提高生产效率，从而提高煤制烯烃项目的经济效益，推动煤制烯烃行业的可持续发展。1 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程简述 1 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺流程简述 本文以某公司煤制烯烃生产流程为例，对煤制烯烃分离装置工艺流程进行简单的介绍：在该煤制烯烃工艺中，分离装置的核心部件主要包括以下装置：产品气压缩机、脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯制冷压缩机。在煤制烯烃工艺中，具体的工艺流程如下：（1）首先，由于压缩机对产品气进行压缩处理，在压缩机三段结构体系的压力作用下，产品气会被进行一系列压缩处理，使产品的气的压力达到 0.8MPa。在产品气压力的作用下，系统能够自动运行水洗、碱洗等净化工艺，清除产品气中含有的氧化物、酸性气体等杂质。（2）完成压缩和氧化物、酸性气体杂质的处理以后，产品气会被输送到脱丙烷塔中，进行分离处理；脱丙烷塔底部的组分会被输送到脱丁烷塔中，进行自动分离。（3）在脱丁烷塔顶部能够产出 C4 产品，底部会产出C5 及以上产品。在顶部还有 C3 和以下组分，这些组分在系统装置的作用下进入到压缩机四段中，由于压缩机进行压缩处理。（4）产品气在完成冷却工作以后，会依次进入脱甲烷塔和脱乙烷塔，脱除甲烷和乙烷，使产品气达到分离的要求。（5）脱乙烷塔顶部的 C2 组分会被输送到乙烯精馏塔中，在其中完成聚合反应，最终得到乙烯产品；相应的 C3组分会被输送到丙烯精馏塔，最终得到丙烯产品。2 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺的流程及其优化措施 2 煤制烯烃项目烯烃分离装置工艺的流程及其优化措施 2.1 碱洗塔与水洗塔优化 在煤制烯烃工艺流程中碱洗塔和水洗塔的主要作用是将产物中的氧化物、酸性气体等杂处理掉。在具体的工艺中，产品首先从烯烃分离装置中输送出来，然后通过管道运输的方式输送到水洗塔中，通过水洗去除其中含有的甲醇、乙醇以及丙酮等氧化物；然后产品气会被输送到碱洗塔中进行下一步处理，在其中进行三段碱洗和一段水洗工艺，从而使产品气中含有的酸性气体杂质和碱液进行中和反应。从而将其中的酸性气体脱除掉。在实际运行过程中，煤制烯烃项目烯烃分离装置在运行一段时间以后，经常会出现水洗塔堵塞的问题，在烯烃分离系统中，水洗塔是重要的装置，若其出现堵塞的情况会导致产品气中的氧化物脱除效率较低，这样进入到碱洗塔中的产品气中氧化物含量就会超出工艺的要求，使碱洗塔中生成超出设计标准的黄油量，使塔盘出现堵塞，在严重的情况下，直接影响到整个装置不能够进行正常的生产。在产品气的水洗和碱洗工艺流程中，会产生废碱以及黄油等物质，在通常情况下会将这些废产物通过焚烧炉进行焚烧处理，建设焚烧炉需要较高的资金投入，成本较高，在建成投入运行以后，检修、维护工作等也需要较多的人力和物力消耗。通过对生产过程进行研究发现，净化水中催化剂颗粒经过长时间循环以后，会在塔盘上不断沉积，随着沉积量的不断增加，塔盘就会被堵塞。从而对生产的正常运行造成不利的影响。为了解决这一问题，可以采取以下优化措施：（1）优化设计，提高塔盘的抗堵塞性能，可以将水洗塔设计成筛板塔，这样其抗堵塞性能就能够得到显著的提升。（2）优化塔体直径，这样可以将塔内气体流速控制在合理范围内，提高氧化物去除效率，这样进入到碱洗塔中的产品气氧化物含量会显著降低，碱洗塔内黄油的产量也会有效降低。（3）对水洗塔进行优化设计，在其气相进料管线上安装阀门和增设扩线装置，通过这样的方式来减少水洗塔堵塞对整个工艺装置运行的影响。在水洗塔出现堵塞的问题以后，工作人员可以启用阀门和跨线装置，同时进行水洗塔的抢修工作，从而在水洗塔出现堵塞问题以后不会使整个装置停工，降低水洗塔堵塞造成的影响。2.2 压缩机组的优化 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.048 李 宁：煤制烯烃工艺分离装置的流程分析 25 在实际生产工艺过程中，可以采取以下措施对压缩机组进行优化：（1）如果煤制烯烃项目建立在水资源比较短缺的区域，那么在进行压缩机组的设计和建设过程中，可以通过空冷机组来代替水冷机组，从而有效地降低压缩机运行过程中造成的水资源消耗。（2）应用国产压缩机组来代替进口设备，当前国产设备的质量不断提高，压缩机组的性能可以满足日常生产的需求，而且价格低廉，相较于国外压缩机组设备，采用国产压缩机组设备。可以节约约 2000 万的建设成本。同时，在后续运行过程中，检修、维护的成本也会显著降低。2.3 干燥器的优化 煤制烯烃工艺中产出的产品气首先由压缩机压缩，产品气经过压缩以后会被压缩成气相和液相两类；不同相的样品将会被放入不同类型的干燥器中脱水，分别由气相、气相干燥器进行脱水处理，然后输送到丙烷塔中进行处理，通过这样的工艺，能够节约能源；不过在实际使用过程中在液相干燥器存在再生剂切换难度大的问题，实际切换过程中会导致物料的额外损耗。在实际应用过程中，可以通过调整负荷的方式降低液相干燥器的使用，提高气相干燥器的负荷，减少液相再生剂更换的工作量和物料损耗，这样会使脱丙烷塔负荷增加；为了避免液相干燥器再生以及切换过程中出现的问题，可以采用直接增加气相干燥器负荷强度的方式，通过应用气相干燥器来代替液相干燥器功能，降低工作人员的操作量，不过这样会导致脱丙烷塔的负荷增加。为了降低气相干燥器的负荷，可以改进气相干燥器改到压缩机组四段出口的位置，通过这样的方式能够避免气相干燥器负荷大幅度的增加，不过产品中的含水量会更高，需要更多次的球罐脱水。2.4 脱甲烷塔的优化 在煤制烯烃工艺中，脱甲烷塔的作用是脱除产品气中的甲烷和氢气，在塔顶安装有冷却器、回流罐和回流罐，利用这些装置能过实现甲烷组分冷凝回流。这种方案具有需要的设备多、能耗高等方面的问题，还会导致比较大的乙烯损失，经济效益比较低。针对脱甲烷塔乙烯损耗高、经济效益低的问题，提出了以下改进方案：（1）在塔顶安装降膜冷却装置，在该冷却装置中进行甲烷冷却，并在重力的作用下回流到甲烷塔中，通过这样的设计，可以去除之前方案中应用的回流罐以及回流泵等设备，减少设备的使用量。（2）改造管线，使脱乙烷塔底 C3 物料直接流进脱甲烷塔的上部，使 C3 物料的回流效率得到提升，降低甲烷塔顶乙烯损失。（3）设置换热器，实现甲烷塔顶部尾气中富余冷量的回收，从而提高冷量应用，减少冷箱数量，从而降低总体建设费用。在实际生产过程中，将甲烷塔富余的尾气流经换热器，通过其来对丙烷进行冷却，可以提高能源的利用效率，降低系统的能耗。2.5 丙烷塔系统的优化 脱丙烷系统中包括了高压和低压去丙烷塔两部分措施，其中，在高压脱丙烷塔装置中，气相组分会分别在四个阶段实施压缩。丙烷塔塔底的温度通常设置在较低水平，这是由于传统乙烯生产技术下，裂解气中不饱和烯烃含量较高，较低温度可以避免其在塔底聚合；煤制烯烃分离装置的丙烷塔一开始也沿用了这一设计，但是由于煤制烯烃生产工艺中，产品气中的不饱和二烯烃所占的比例很低，因此不必担心丙烷塔底不饱和二烯烃发生聚合的问题，因此在实际应用过程中可以根据实际情况对丙烷塔进行优化。具体的优化方案如下：通过针对高压、低压丙烷塔的整合工作，实现对塔釜温度的有效控制，使温度被控制在于80以下，这样可以降低丙烷塔内部压力，从而方便对 C3组分进行预分离。同时，由于塔釜温度控制在 80以下，能够抑制丁二烯聚合反应，从而控制丁二烯聚合物的占比不超过工艺要求。通过这样的设计，可以不应用低压、高压脱丙烷塔回流系统，从而减少换热器、回流泵和回流罐等的应用数量，降低建设费用。2.6 水换热器的设计优化 水换热器的优化主要从以下两方面进行：（1）采用水洗水换热装置代替部分急冷水换热器的，减少急冷水换热器的数量。在传统的煤制烯烃生产工艺中，流化床换热器的催化剂破损问题经常出现，对生产有比较大的影响。若发生催化剂破损的问题，会导致催化剂跟随产物进入到急冷塔、水冷塔等部位，长时间处于此状态下，会导致换热器内部固体含量增加，换热器内部出现沉积垢，对换热器造成较大的影响。在这样的情况下，需要加大换热器检修次数和维修频率，增加运行成本，减少水冷换热器使用量，则能够显著降低换热器的运行成本。（2）将水洗水换热器设计为平盖管箱，并且水走管程。通过这样的方式能够有效地降低水体中固体颗粒的沉积；定期对换热器的水洗水侧进行清理作业，通过这样的方式能够更加方便地进行换热器的清洗。通过将换热器设置为盖管箱，这样能够降低换热器检修流程，减少检修工作量，缩短检修时间，降低运维成本。2.7 阻聚剂注入系统的优化 由于煤制烯烃中产物中丁二烯含量较低，而加入的阻聚剂含量较多，会导致药物浪费，为了降低成本，因此可以对阻聚剂量进行优化，根据实际需要加入合适的量，阻聚剂价格是比较高的，通过减少应用，可以降低生产成本。通过对生产实践进行研究发现，可以减少压缩机前三段的阻聚剂、脱丙烷塔的阻聚剂和脱丁烷塔的阻聚剂的使用量，从而降低成本。3 结 论 3 结 论 随着我国煤制烯烃行业的快速发展，烯烃分离装置工艺流程不断优化和改进，提高了煤制烯烃分离装置的效率，降低生产成本。通过对煤制烯烃项目烯烃分离装置的工艺流程进行深入研究，采取措施对烯烃分离 （下转第 30 页）（下转第 30 页）30 郑朱平：聚丙烯生产过程的质量保证 3.2 聚合装置集成 实施的集成过程方法包括从操作聚合过程收集的过程数据仓库、相应的基于规则的知识发现工具和带有图形界面的过程模拟器。工艺数据仓库集成：在聚丙烯技术中，DCS 具有通过其工艺历史数据库模块存储大量工艺数据的功能。它仅通过基本的可视化应用程序进行扩展，以帮助流程工程师进行日常工作。由于存储容量有限，只有最后 6 个月可用，以前的数据保存在数据盘上并单独存储；PHD 模块中无法访问过程变量的边界；任何产品类型生产的设定点都难以逐一收集。手动上传在线实验室测量结果。创建的过程数据仓库已在MySQL 数据库服务器中实现，它由以下数据源组成，以克服DCS 的所有缺点。过程模型：实验室动力学、热力学、传输现象和实验的综合应用，将工厂放大参数嵌入不同的过程单元模型，从而形成多尺度模型，其复杂性取决于当前技术/工艺；其部分可以通过第一原理、黑箱或半机械（混合）建模方法实现。产品模型：附属于过程模型的模型，因此在许多应用中，它们不是单独考虑的，但产品模型与产品属性的关系比过程模型更密切；e、g.如果过程模型定义了反应器液相输出流的组成，则可能的产物模型可以估计输出混合物的沸腾曲线。它们也可以通过不同的建模方法进行建模。过程控制模型：使用调节过程控制系统的设计结构、受控和扰动变量、可能状态和操作范围的信息；在复杂系统的情况下，通常分布式控制系统（DCS）在本地确保技术的安全和安全运行，并通过先进的基于模型的过程控制计算机（过程计算机）进行扩展，该计算机计算 DCS 的操作设定点（OP）。测量数据收集：DCS 测量和存储的选定技术变量的过滤和可靠值筒仓，以及变更储存桶的原因和日期，储存桶包含产品转换信息每种产品类型的生产参数（设定值、报警水平等）。离线实验室质量测量：用于不同采样频