论文部分内容阅读
摘要：甲烷设计收率为14%，实际甲烷收率达到18-20%，尾气精馏塔塔顶气相量超过设计110%，回流罐液位达到95%以上，容易造成回流罐液位高高联锁和气相甲烷带液使甲烷膨胀压缩机损坏，增设一台压缩机把系统循环的甲烷氢直接送至界外燃料系统，增加裂解投油负荷，减轻甲烷塔压力，增加乙烯、丙烯产量。
关键词：乙烯装置；高负荷；螺杆压缩机；优化
一、研究的背景及意义
1.研究的背景
乙烯装置的裂解原料多样、复杂等原因和设计存在较大差异，原设计甲烷的收率为14%，而实际甲烷的收率达到了18-20%。为了获得较多的低位冷量，在原设计中有5.1吨/h的甲烷氢通过冷箱释放冷量后返回裂解气压缩机的二段吸入罐，在系统内循环。乙烯装置达到设计负荷297t/h时，装置运行相对稳定，若进一步提高加工负荷。主要存在以下问题：
1.1、尾气精馏塔气相量达到设计的110%，回流罐液位达到95%以上，容易造成回流罐液位高高联锁和气相甲烷带液使甲烷膨胀压缩机损坏。
1.2、脱甲烷塔负荷超设计，碳二中含有部分甲烷，致使乙烯制冷压缩机不凝气含量高而超压。
1.3、设计甲烷氢5.1吨/h返裂解气压缩机，不间断地在系统中加压、冷却，增加裂解气压缩机的负荷，且影响裂解负荷和冷区塔分离的效果。
1.4、为了获得足够的低位冷量和维持高负荷下的运行，低压甲烷氢出冷箱需要开40%阀位排放火炬，造成资源浪费及环境污染。
2、研究的意义
从工艺角度可以解决脱甲烷塔、预脱甲烷塔、尾气精馏塔、裂解气压缩机的负荷；从设备角度可以解决甲烷膨胀制冷压缩机的震动高的难题；从环保角度可以解决甲烷氢无序的排放。
螺杆压缩机是设计成对甲烷氢气体进行无油压缩，具有两个方面的优点：离心压缩机高可靠型和正位移（往复式）压缩机的无喘振。
工艺气体螺杆压缩机提供了可靠、紧凑、高效、低投资以及在工程应用中最少的维修工作，并在越来越多的领域有取代往复机和其他压缩机的趋势。在这点上，许多油气和石化承包商和用户极感兴趣。为此和设计单位商榷增设一台干式螺杆压缩机外加干气密封的组合方式，每年可以确保8000小时/a连续运行。
干式压缩机压缩机侧不含水、不含油，对后续系统不构成影响。
二、尾气系统优化
1、改造思路
把系统循环5.1t/h甲烷氢直接送至燃料气外管网，可以减少裂解气压缩机的负荷，降低冷分离进料中甲烷含量，优化脱甲烷塔和尾气精馏塔操作。
2、尾气精馏塔系统的流程
V-1415底部液体由液位LIC-14011控制，经E-1406加热后与V-1414底部经液位LIC-14009控制的液体汇合，再经E-1405加热后送至脱甲烷预分馏塔C-1410。V-1411底部液体由LIC-14003控制送入脱甲烷预分馏塔C-1410。
来自3号进料分离罐 V-1415的顶部气体被分成两股，其中一股经流量FIC-14015控制直接送往尾气精馏塔C-1413塔釜，另一股由压差PDIC-14011控制经尾气精馏塔冷凝器E-1413冷却后进入C-1413第11块塔盘。C-1413顶部上升气体经冷凝器E-1413冷却后进入尾气精馏塔回流罐V-1413。冷凝下来的液体靠重力流直接回流到尾气精馏塔顶部，V-1413中未被冷凝的气体分成两股：一股送往1号氢气换热器E-1426；一股由流量FIC14018控制送往膨胀机K-1420。FIC14018量与氢气最终出口压力PIC14051低压超驰。
2、膨胀机/再压缩机环路系统
膨胀/再压缩回路系统主要使用单级膨胀机。脱甲烷塔（210-C-1420）塔顶气体被脱甲烷接触塔（210-C-1415）塔顶气体预热后与来自HRS的部分尾气混合，HRS塔顶其余气体去氢气净化系统。尾气主要是脱甲烷塔（210-C-1420）塔顶气体，混合后的尾气经过甲烷膨胀机（210-K-1420）膨胀，继续在HRS单元、预脱甲烷塔2#、3#进料冷却器（210-E-1405/210-E-1406）、丙烯冷剂过冷器（210-E-1403）中预热回收冷量，并达到甲烷压缩机（210-K-1420）进口温度控制器设定温度。尾气经过再压缩后与来自氢回收系统的高压尾气混合，作为反应器与干燥器的再生气，送至燃料气系统。
3、进一步提高装置负荷尾气精馏塔出现的问题
乙烯装置裂解炉投油量在306t/h的负荷下（设计297t/h為满负荷），当冷分离进料气相负荷达到190t/h时，尾气精馏塔由于甲烷、氢气、碳二组分量大，会使尾气精馏塔的塔顶液面升高至95%以上，若系统波动或者再提高负荷，浮筒联锁液面就会高，达到联锁值触发联锁。
尾气精馏塔系统的操作弹性在65%-120%，塔系统的处理能力已到达最大值。按照装置运行最优化原则，在塔板效率，工艺工况不变的情况下，通过技术创新来实现高负荷下的最优化运行。
4、实施方案
低压甲烷设计约为5.1 t/h从冷箱E1403出口循环至裂解气压缩单元，再返回到分离进入深冷尾气精馏塔系统，始终在系统里面循环，我们的方案就是将这部分低压甲烷氢加压后送至再生气或燃料气系统
5、方案实施的主要内容
①工艺
当装置超过80%负荷时，通过新增螺杆压缩机210-K-1430把低压甲烷氢直接送至界外燃料气管网。当负荷低于80%时通过压缩机的旁路送至裂解气压缩机二段吸入罐。
②设备
撬装螺杆干式408压缩机一台，1000千瓦电动机一台，配套油路系统及干气密封系统。
③配套的公用工程
配套的循环水冷却系统及氮气吹扫系统。
6、对产品的影响
该项目实施后，可提高分离深冷系统的操作弹性，目前乙烯装置的总负荷已经提高至310吨/，对确保装置长周期平稳运行，并适用装置高负荷极为有用。
三、优化后的应用效果
1、经济效益
该方案已经实施并投产，在生产工况裂解深度不变的情况下，按照目前甲烷收率16%计算，5.1 t/h对应可以提高裂解负荷31 t/h；
目前裂解炉的总投油负荷由300t/h提至310t/h，共可以多产乙烯产品和丙烯产品共为约6t/h *48%=2.88/h
这样一年可以多产乙烯和丙烯为
2.88t/h*8000h=2.304万吨
按照5000元/吨计算，一年可以提供效益为
2.304万吨*5000元/吨=11520万元
2、社会效益及推广应用
该方案实施前，低压甲烷氢压力低并不进再生气或燃料系统，为了减轻分离冷区深冷系统的负荷，将多余的低压甲烷氢通过冷箱E1403出口压控阀放火炬系统烧掉来操作。实施后，对确保装置长周期平稳运行，并适用装置高负荷极为有用，即经济又环保。
四、总结
乙烯装置冷箱出口低压甲烷氢，因设计考虑裂解产物中轻组分较少，流程设置为循环至压缩系统，以满足冷箱对冷量的要求；但现实中裂解原料与设计偏差较大、装置负荷高，轻组分产率约为设计的120-130%，难以进一步提高进料负荷，新加一台压缩机将低压甲烷氢加压后送至再生或燃料气系统，可降低分离冷区的负荷，提高系统操作余量，解决冷区甚至整个装置负荷难以进一步提高这一瓶颈问题。
参考文献
[1]王松汉. 乙烯工艺与技术.北京：中国石化出版社，2012.
（作者单位：中国石油四川石化生产四部）
关键词：乙烯装置；高负荷；螺杆压缩机；优化
一、研究的背景及意义
1.研究的背景
乙烯装置的裂解原料多样、复杂等原因和设计存在较大差异，原设计甲烷的收率为14%，而实际甲烷的收率达到了18-20%。为了获得较多的低位冷量，在原设计中有5.1吨/h的甲烷氢通过冷箱释放冷量后返回裂解气压缩机的二段吸入罐，在系统内循环。乙烯装置达到设计负荷297t/h时，装置运行相对稳定，若进一步提高加工负荷。主要存在以下问题：
1.1、尾气精馏塔气相量达到设计的110%，回流罐液位达到95%以上，容易造成回流罐液位高高联锁和气相甲烷带液使甲烷膨胀压缩机损坏。
1.2、脱甲烷塔负荷超设计，碳二中含有部分甲烷，致使乙烯制冷压缩机不凝气含量高而超压。
1.3、设计甲烷氢5.1吨/h返裂解气压缩机，不间断地在系统中加压、冷却，增加裂解气压缩机的负荷，且影响裂解负荷和冷区塔分离的效果。
1.4、为了获得足够的低位冷量和维持高负荷下的运行，低压甲烷氢出冷箱需要开40%阀位排放火炬，造成资源浪费及环境污染。
2、研究的意义
从工艺角度可以解决脱甲烷塔、预脱甲烷塔、尾气精馏塔、裂解气压缩机的负荷；从设备角度可以解决甲烷膨胀制冷压缩机的震动高的难题；从环保角度可以解决甲烷氢无序的排放。
螺杆压缩机是设计成对甲烷氢气体进行无油压缩，具有两个方面的优点：离心压缩机高可靠型和正位移（往复式）压缩机的无喘振。
工艺气体螺杆压缩机提供了可靠、紧凑、高效、低投资以及在工程应用中最少的维修工作，并在越来越多的领域有取代往复机和其他压缩机的趋势。在这点上，许多油气和石化承包商和用户极感兴趣。为此和设计单位商榷增设一台干式螺杆压缩机外加干气密封的组合方式，每年可以确保8000小时/a连续运行。
干式压缩机压缩机侧不含水、不含油，对后续系统不构成影响。
二、尾气系统优化
1、改造思路
把系统循环5.1t/h甲烷氢直接送至燃料气外管网，可以减少裂解气压缩机的负荷，降低冷分离进料中甲烷含量，优化脱甲烷塔和尾气精馏塔操作。
2、尾气精馏塔系统的流程
V-1415底部液体由液位LIC-14011控制，经E-1406加热后与V-1414底部经液位LIC-14009控制的液体汇合，再经E-1405加热后送至脱甲烷预分馏塔C-1410。V-1411底部液体由LIC-14003控制送入脱甲烷预分馏塔C-1410。
来自3号进料分离罐 V-1415的顶部气体被分成两股，其中一股经流量FIC-14015控制直接送往尾气精馏塔C-1413塔釜，另一股由压差PDIC-14011控制经尾气精馏塔冷凝器E-1413冷却后进入C-1413第11块塔盘。C-1413顶部上升气体经冷凝器E-1413冷却后进入尾气精馏塔回流罐V-1413。冷凝下来的液体靠重力流直接回流到尾气精馏塔顶部，V-1413中未被冷凝的气体分成两股：一股送往1号氢气换热器E-1426；一股由流量FIC14018控制送往膨胀机K-1420。FIC14018量与氢气最终出口压力PIC14051低压超驰。
2、膨胀机/再压缩机环路系统
膨胀/再压缩回路系统主要使用单级膨胀机。脱甲烷塔（210-C-1420）塔顶气体被脱甲烷接触塔（210-C-1415）塔顶气体预热后与来自HRS的部分尾气混合，HRS塔顶其余气体去氢气净化系统。尾气主要是脱甲烷塔（210-C-1420）塔顶气体，混合后的尾气经过甲烷膨胀机（210-K-1420）膨胀，继续在HRS单元、预脱甲烷塔2#、3#进料冷却器（210-E-1405/210-E-1406）、丙烯冷剂过冷器（210-E-1403）中预热回收冷量，并达到甲烷压缩机（210-K-1420）进口温度控制器设定温度。尾气经过再压缩后与来自氢回收系统的高压尾气混合，作为反应器与干燥器的再生气，送至燃料气系统。
3、进一步提高装置负荷尾气精馏塔出现的问题
乙烯装置裂解炉投油量在306t/h的负荷下（设计297t/h為满负荷），当冷分离进料气相负荷达到190t/h时，尾气精馏塔由于甲烷、氢气、碳二组分量大，会使尾气精馏塔的塔顶液面升高至95%以上，若系统波动或者再提高负荷，浮筒联锁液面就会高，达到联锁值触发联锁。
尾气精馏塔系统的操作弹性在65%-120%，塔系统的处理能力已到达最大值。按照装置运行最优化原则，在塔板效率，工艺工况不变的情况下，通过技术创新来实现高负荷下的最优化运行。
4、实施方案
低压甲烷设计约为5.1 t/h从冷箱E1403出口循环至裂解气压缩单元，再返回到分离进入深冷尾气精馏塔系统，始终在系统里面循环，我们的方案就是将这部分低压甲烷氢加压后送至再生气或燃料气系统
5、方案实施的主要内容
①工艺
当装置超过80%负荷时，通过新增螺杆压缩机210-K-1430把低压甲烷氢直接送至界外燃料气管网。当负荷低于80%时通过压缩机的旁路送至裂解气压缩机二段吸入罐。
②设备
撬装螺杆干式408压缩机一台，1000千瓦电动机一台，配套油路系统及干气密封系统。
③配套的公用工程
配套的循环水冷却系统及氮气吹扫系统。
6、对产品的影响
该项目实施后，可提高分离深冷系统的操作弹性，目前乙烯装置的总负荷已经提高至310吨/，对确保装置长周期平稳运行，并适用装置高负荷极为有用。
三、优化后的应用效果
1、经济效益
该方案已经实施并投产，在生产工况裂解深度不变的情况下，按照目前甲烷收率16%计算，5.1 t/h对应可以提高裂解负荷31 t/h；
目前裂解炉的总投油负荷由300t/h提至310t/h，共可以多产乙烯产品和丙烯产品共为约6t/h *48%=2.88/h
这样一年可以多产乙烯和丙烯为
2.88t/h*8000h=2.304万吨
按照5000元/吨计算，一年可以提供效益为
2.304万吨*5000元/吨=11520万元
2、社会效益及推广应用
该方案实施前，低压甲烷氢压力低并不进再生气或燃料系统，为了减轻分离冷区深冷系统的负荷，将多余的低压甲烷氢通过冷箱E1403出口压控阀放火炬系统烧掉来操作。实施后，对确保装置长周期平稳运行，并适用装置高负荷极为有用，即经济又环保。
四、总结
乙烯装置冷箱出口低压甲烷氢，因设计考虑裂解产物中轻组分较少，流程设置为循环至压缩系统，以满足冷箱对冷量的要求；但现实中裂解原料与设计偏差较大、装置负荷高，轻组分产率约为设计的120-130%，难以进一步提高进料负荷，新加一台压缩机将低压甲烷氢加压后送至再生或燃料气系统，可降低分离冷区的负荷，提高系统操作余量，解决冷区甚至整个装置负荷难以进一步提高这一瓶颈问题。
参考文献
[1]王松汉. 乙烯工艺与技术.北京：中国石化出版社，2012.
（作者单位：中国石油四川石化生产四部）