乙烯装置分离技术进展分析

赵亚鹏

惠生工程（中国）有限公司北京分公司 北京 100020

摘要：本文从顺序分离工艺技术、前脱丙烷工艺技术、前脱乙烷工艺技术以及其他技术几方面入手，分析了当前乙烯、丙烯生产中乙烯装置主流分离技术的特点，并对乙烯装置分离技术的进展进行说明。

关键词：乙烯装置分离技术；顺序分离；前脱丙烷；前脱乙烷

引言：乙烯产量与国家的石油化工行业发展整体水平息息相关，就当前的情况来看，我国在年度乙烯产能方面位居世界第二。对于乙烯生产来说，其工艺具有极高的复杂性，半个世纪以来始终由Lummus、S&W、KBR、Linde、Technip五大专利商垄断。随着长时间的研究与发展，我国在乙烯装置分离技术方面取得了较好进展。

一、乙烯装置分离技术的概述

乙烯装置是以石油或天然气为原料，以生产高纯度乙烯和丙烯为主，同时副产多种石油化工原料的石油化工装置。裂解原料在乙烯装置中通过高温裂解、压缩、分离得到乙烯，同时得到丙烯、丁二烯、苯、甲苯及二甲苯等重要的副产品^[1]。对于乙烯装置分离技术而言，其本质上属于分离提出反应，对轻质烃的的化学特性进行充分利用，以此达到乙烯分离的效果。

二、乙烯装置主流分离技术的特点

（一）顺序分离工艺技术

顺序分离工艺技术路线的特点是裂解气混合组分分离第一个分离塔是脱甲烷塔，先分离出甲烷，再将脱甲烷塔釜液混合组分按照由轻到重的次序进行分离。顺序分离工艺技术中所包含的关键技术较多，包括顺序分离低压脱甲烷技术、KBP顺序分离高压脱甲烷技术等等。其中，顺序分离低压脱甲烷技术主要以分子中所包含碳原子数量的多少为顺序展开分离。实践中，相比于传统的乙烯分离技术来说，顺序分离低压脱甲烷技术的主要特点为：流程与设备使用更为简单，对原有系统中包含的第四段与第五段压缩进行取消；将裂解气压缩机由以往五段三缸转变为三段二缸的形式，提升了与低压脱甲烷塔实际运行条件的匹配程度，生产成本更低、压缩机功率下降。

KBP顺序分离高压脱甲烷技术主要使用了五段裂解气压缩，在四段出口引入碱洗操作，前端高压脱甲烷塔，而后端C2、C3加氢。该技术的主要特点在于：当脱甲烷塔的压力稳定在低中压条件时，实际运行中所需要的总压缩功率达到最低；当脱甲烷塔的压力稳定在中高压、高压条件时，丙烯与乙烯制冷机的功率呈现出增大趋势。

（二）前脱丙烷工艺技术

前脱丙烷工艺技术路线的特点是裂解气混合组分分离第一个分离塔是脱丙烷塔，脱丙烷塔塔顶为C3及更轻组分，塔釜为C4及更重组分，两股物流分别再按照由轻到重的次序进行分离。当前，常使用的前脱丙烷工艺技术包括急冷油粘度控制技术等。对于急冷油粘度控制技术而言，其主要依托乙烷炉的裂解气作为汽提介质实现，相比与传统使用蒸汽作为汽提介质的技术，该技术的特点具体如下：有着更低能耗，可以实现对急冷油塔内塔釜温度的提升，促使设备尺寸下降；实现对急冷油实际黏度的有效调控，避免急冷油黏度上升，降低操作困难问题的发生概率；防止急冷油黏度在运行中增大，促使裂解汽油精馏塔的塔釜温度长时间稳定于设计温度水平，提升系统的使用年限。

（三）前脱乙烷工艺技术

前脱乙烷工艺技术路线的特点是裂解气混合组分分离第一个分离塔是脱乙烷塔，脱乙烷塔塔顶为C2及更轻组分，塔釜为C3及更重组分，两股物流分别再按照由轻到重的次序进行分离。通常情况下，前脱乙烷工艺技术主要指分离流程的第一切割塔为脱乙烷塔，实践中，来源于裂解炉的裂解气通过急冷、压缩后完成预冷处理，并进入脱乙烷塔内，促使重量低于C2的组分、高于C3的组分分离；C2及轻组分加氢，并传递至冷箱与脱甲烷塔系统；由于在脱甲烷塔釜液中仅包含C2，因此直接转移至乙烯塔；脱乙烷塔的塔釜物转移至脱甲烷塔内，在塔顶区域展开加氢处理后进入丙烯塔。

（四）三种分离流程的比较

技术优势方面：（1）顺分离流程中，需要先对裂解气进行五段压缩，然后采用三段式手法完成出口碱洗，加氢方式为后端加氢。通过低压脱甲烷手段促进脱甲烷塔完成回流过程，通过脱乙烷技术完成多股进料，乙烯精馏塔联合乙烯冷冻系统，而脱乙烷塔也与乙烯塔结合，节能效果良好。（2）前脱乙烷流程则可通过初分馏塔完成废热再利用，裂解气五段压缩使用特制冷却器，节能降耗，同时因为所用脱乙烷塔釜无结垢困扰，有效节能，脱甲烷、深冷系统等也有效控制了乙烯损耗。此流程中，采用乙炔加氢方式，基于裂解气自身氢气成分完成乙炔转化，对加氢方式要求不高，可节省原料。（3）前脱丙烷流程可利用急冷油塔系统完成热量回收，无需绿油洗涤，而且在其流程中，回流泵可被省略，丙烯制冷机任务量较少，塔釜温度较低，不易结焦。

技术特点方面：（1）顺序分离流程对原料要求较低，可用多种原料。加氢时，适合后端加氢。操作时，稳定性较低，应加强运行监测，裂解气环节操作较为复杂，甲烷 制冷系统操作难度较高，涉及的流程、设备相对复杂，需要长期开车。（2）前脱乙烷流程对原料要求较高，通常使用轻烃，丁二烯含量过高的裂解气对其不适用。适合选择前加氢方式，但后加氢也有可行性。所用设备简单，流程较短，但需要长期运转。（3）前脱丙烷流程中，对原料挑剔度较低，可完成瓦斯油馏分处理，对裂解气的处理能力也较强。前后加氢都可作为其加氢方式。流程稳定性较高，不易发生工艺波动。

功率能耗方面：在三种流程中，裂解气压缩机性能比较，前脱丙烷的功率最低，功率最高的为顺序分离流程。丙烯制冷压缩机性能比较，功率最高的是前脱丙烷。乙烯制冷压缩机性能比较，前脱乙烷功率最高。比较相对功率消耗量，顺序分离流程功率最小，而总能耗最低的为前脱丙烷流程。

三、乙烯装置分离技术的进展分析

就当前的情况来看，乙烯装置分离技术的国产化为相应技术研究的主要课题，其重点在于对乙烯分离装置的分离反应机理展开研究。在此过程中，应当重点确定乙烯分离装置所应用的催化剂。结合催化剂的不同，可以将乙烯分离装置的反应机理划分为两种类型，这也是当前乙烯装置分离技术的两种主要研究方向，即乙烯分离装置的国产化动力学研究机理、乙烯分离装置的分离机理。需要注意的是，在进行乙烯装置分离技术的机理研究中，装置内部的分离氧化膜在分离处理的过程中，会对性质不同的成分进行分离，并在装置内部形成链式反应，最终达到装置内部传质的效果。

乙烯分离装置动力学模型的研究也现阶段乙烯装置分离技术的主要研究方向，在此过程中，要着重关注装置动力学数据的获取。目前的研究结果表明，动力学数据的提取要参考乙烯分离装置发生内部反应条件变化情况完成，以此确保所获取的数据信息具有更高的代表性。实践中，出于对数据提取准确性的考量，普遍会选择正交试验中得到的数据信息，为后续形成乙烯分离装置优化设计模型提供参考，推动乙烯分离装置运行效率效果的提升。

另外，我国在近几年对乙烯分离装置反应器的研究程度也进一步加深，对乙烯分离装置实施物质传递中所使用的传递动力学公式更为关注。在乙烯分离装置模型设计方面，促进乙烯分离效率效果提升的条件成为主要研究对象，而这也逐步成为乙烯装置分离技术国产化的主流研究趋势。

总结：综上所述，顺序分离工艺技术、前脱丙烷工艺技术、前脱乙烷工艺技术是当前乙烯、丙烯生产中所应用的主流乙烯装置分离技术，经过长时间的发展，相应工艺技术得到进一步拓展，且形成了更新的技术，为乙烯、丙烯生产反应效率的提升提供支持。

参考文献：

[1]田峻,李琰,廖丽华,等.乙烯装置深冷分离系统的优化研究[J].石油石化绿色低碳,2019,4(05):22-28.

[2]王盛加.乙烯装置深冷分离系统的优化和改进[J].化工管理,2017(22):24.

[3]陈文亮,刘阳.乙烯装置分离技术及国产化研究开发进展[J].企业导报,2015(13):86+11.

[4]陈明辉,王俭,李勇.国际先进乙烯装置分离技术的进展[J].化学反应工程与工艺,2005(06):542-550.