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摘要：本文论述了炼厂干气轻烃回收的意义，介绍了干气回收轻烃的常用的深冷分离、变压吸附、中冷油吸收和NORP四种方法，并进行了对比，提出了选择的标准。
关键词：炼厂干气 轻烃回收
炼厂干气主要来源于原油的二次加工，其中以催化裂化（FCC）产生的干气量最大。多数炼厂将干气作为燃料气烧掉，造成了极大的能源浪费和环境污染。随着催化裂化装置生产规模的不断扩大，从炼厂干气中回收乙烯和其它有用组分可获得的经济效益越来越显著。因此，开发成熟高效的炼厂干气回收轻烃的工艺技术也越来越引起业内的重视。
据统计，我国已经建成的催化裂化装置有120余套，现有催化裂化装置年生产能力100Mt，每年生产的催化裂化干气约4.14Mt，其中含乙烯730kt、乙烷720kt、丙烯110kt、丁烯40kt、丙烷和丁烷等烷烃组分110kt、氢气110kt。若催化裂化干气回收轻烃技术在国内全面推广，每年可以节约用于乙烯生产的轻质油4.15Mt，经济效益上百亿元。因此从炼厂干气中回收乙烯可适当弥补国内乙烯供应的巨大缺口，作为国内乙烯生产的有益补充。
1 干气回收轻烃的关键技术
1.1 轻烃提浓
催化裂化干气的组成与裂解干气有很大差别，裂解气中不含N2，而催化干气中含有10～20%的N2。还含有大量的H2、CH4等轻组分，如不经预处理，不但压缩和深冷时能耗高，而且还有危险。因此从干气中回收轻烃，一般需要轻烃浓缩。
1.2 轻烃净化
干气中含CO2、H2S、NH3、NOX、O2以及砷等有害杂质。CO2在低温下可形成干NOX与O2在低温下反应生成N2O3（蓝冰）和N2O4，并与NH3反应生成固体硝酸铵和亚硝酸胺；在低于-115℃的低温条件下，NO2可以与一定量的烯烃反应生成硝化树脂，且温度越低，越容易生成。这些物质即使在深冷低温下，也是极不稳定的，受热或受力冲击，都有发生爆炸的危险。因此干气进入乙烯分离系统前，必须将有害杂质除去。
2 国内外现状
国内外炼厂从干气中回收轻烃经常采用的方法有：深冷分离法、变压吸附法、中冷油吸收法以及新近出现的新型中冷油吸收法。
2.1 深冷分离法
深冷分离法起初主要用于乙烯生产，20世纪80年代末用于炼厂干气回收乙烯，并取得了一定的效果。美国石伟公司开发的ARS技术即可用于乙烯裂解气分离回收乙烯，也可用于FCC干气提纯乙烯。该技术主要采用膨胀机制冷来获取冷量，并在分凝分馏器中同时完成传质和传热，达到惰性气体与烯烃分离的目的。
20世纪90年代，法国壳牌乙烯厂发生了冷箱爆炸事故，原因是NO2与一定量的烯烃反应生成硝化树脂，受热或受力冲击而发生爆炸。
爆炸使人们意识到干气不经处理直接送入乙烯装置分离系统可能带来安全隐患，这促使一些知名工程公司竞相开发改进干气回收乙烯工艺。
2.2 变压吸附法
变压吸附工艺（PSA）是利用吸附剂在一定温度下或一定温度范围内具有对不同气体组分吸附容量不同的特性，利用吸附剂吸收干气中的乙烯、乙烷等轻烃，从而实现轻烃的分离与净化。此工艺需要多个吸附器联合操作，通过吸附、脱附之间不断的切换来分离浓缩轻烃。1992年UOP公司提出用PSA方法从炼厂干气中回收和浓缩乙烯等组分，同时分离出N2、H2和CH4等轻烃组分。所用的吸附剂有硅胶分子筛、活性氧化铝和活性炭。国内四川天一公司也掌握了此技术，并取得了一定的效果。
一个典型的变压吸附装置，包括10～16台吸附器，每个吸附器经过吸收、置换、逆放、抽空、升压等步骤。该工艺存在设备投资高、操作复杂、能耗高等问题。同时由于工艺限制，该方法乙烯回收率约80%、产品纯度较低，并且产品中N2含量约1～5%。
2.3 中冷油吸收法
中冷油吸收技术利用吸收剂对干气中各组分的溶解度不同来分离气体混合物。一般利用吸收剂吸收C2及以上的重组分，分理出甲烷、氢和氮气等不凝气，再用精馏方法分离吸收剂中的各组分。此工艺的最低操作温度-70～-60℃，一般操作温度-40～-20℃，不需要-100℃的深冷分离，因此称为中冷油吸收法。此工藝具有不受气体组成影响，不需耐低温材料、投资省等优点。同时，此工艺也存在乙烯回收率只有85%、产品纯度低等缺点。
2.4 新型中冷油吸收法-NORP
针对传统中冷油吸收法存在的不足，上海东化环境工程有限公司开发了新型中冷油吸收工艺-NORP。增设了膨胀机和冷箱，降低了传统中冷油吸收法尾气中乙烯的含量，增加了乙烯的回收率。
NORP工艺乙烯回收率达到了90～98%，且能耗与传统中冷油吸收工艺比较降低了10～15%。
该工艺具有流程简单、烯烃回收率高、原料适应性强、能耗低等特点。
3 工艺技术比较与选择
深冷分离法、变压吸附法、中冷油吸收法及NORP几种工艺技术特点比较见表1。从表1中可以得出，深冷分离工艺可得到聚合级乙烯产品；变压吸附法只能用来浓缩乙烯，可用于炼厂和乙烯联合装置回收乙烯；NORP即可以浓缩干气中的轻烃，又可以制得聚合级乙烯，可用于单独的炼厂或炼化一体化装置回收乙烯。从操作条件分析，深冷分离法、变压吸附法和中冷油吸收法均要求在一定的温度和压力下进行，对设备材质要求各不相同。此外，深冷分离法还要有制冷系统，投资高、能耗大；变压吸附流程复杂，动静设备多。
在上述干气回收轻烃工艺中，国外常用深冷分离法和中冷油吸收法。深冷分离法更能体现规模效益，只适合大型炼厂聚集区干气回收乙烯。中冷油吸收法由于存在回收率低和能耗高问题，其应用一直受到一定限制。NORP法既适合干气中乙烯提浓，又可以得到聚合级乙烯，可用作聚乙烯单体或聚丙烯共聚体，对于单独炼厂的聚丙烯装置而言，可生产档次、附加值更高，应用范围更广的共聚聚丙烯产品，带来更多的经济效益。
4 结论
随着炼厂规模和FCC规模越来越大，选择合适的轻烃回收技术，从干气中回收有价值组分带来的经济效益将越来越显著。
作者简介：
张海峰，工程师，1998年毕业于大庆石油学院，长期从事石油化工建设项目和设计管理。
关键词：炼厂干气 轻烃回收
炼厂干气主要来源于原油的二次加工，其中以催化裂化（FCC）产生的干气量最大。多数炼厂将干气作为燃料气烧掉，造成了极大的能源浪费和环境污染。随着催化裂化装置生产规模的不断扩大，从炼厂干气中回收乙烯和其它有用组分可获得的经济效益越来越显著。因此，开发成熟高效的炼厂干气回收轻烃的工艺技术也越来越引起业内的重视。
据统计，我国已经建成的催化裂化装置有120余套，现有催化裂化装置年生产能力100Mt，每年生产的催化裂化干气约4.14Mt，其中含乙烯730kt、乙烷720kt、丙烯110kt、丁烯40kt、丙烷和丁烷等烷烃组分110kt、氢气110kt。若催化裂化干气回收轻烃技术在国内全面推广，每年可以节约用于乙烯生产的轻质油4.15Mt，经济效益上百亿元。因此从炼厂干气中回收乙烯可适当弥补国内乙烯供应的巨大缺口，作为国内乙烯生产的有益补充。
1 干气回收轻烃的关键技术
1.1 轻烃提浓
催化裂化干气的组成与裂解干气有很大差别，裂解气中不含N2，而催化干气中含有10～20%的N2。还含有大量的H2、CH4等轻组分，如不经预处理，不但压缩和深冷时能耗高，而且还有危险。因此从干气中回收轻烃，一般需要轻烃浓缩。
1.2 轻烃净化
干气中含CO2、H2S、NH3、NOX、O2以及砷等有害杂质。CO2在低温下可形成干NOX与O2在低温下反应生成N2O3（蓝冰）和N2O4，并与NH3反应生成固体硝酸铵和亚硝酸胺；在低于-115℃的低温条件下，NO2可以与一定量的烯烃反应生成硝化树脂，且温度越低，越容易生成。这些物质即使在深冷低温下，也是极不稳定的，受热或受力冲击，都有发生爆炸的危险。因此干气进入乙烯分离系统前，必须将有害杂质除去。
2 国内外现状
国内外炼厂从干气中回收轻烃经常采用的方法有：深冷分离法、变压吸附法、中冷油吸收法以及新近出现的新型中冷油吸收法。
2.1 深冷分离法
深冷分离法起初主要用于乙烯生产，20世纪80年代末用于炼厂干气回收乙烯，并取得了一定的效果。美国石伟公司开发的ARS技术即可用于乙烯裂解气分离回收乙烯，也可用于FCC干气提纯乙烯。该技术主要采用膨胀机制冷来获取冷量，并在分凝分馏器中同时完成传质和传热，达到惰性气体与烯烃分离的目的。
20世纪90年代，法国壳牌乙烯厂发生了冷箱爆炸事故，原因是NO2与一定量的烯烃反应生成硝化树脂，受热或受力冲击而发生爆炸。
爆炸使人们意识到干气不经处理直接送入乙烯装置分离系统可能带来安全隐患，这促使一些知名工程公司竞相开发改进干气回收乙烯工艺。
2.2 变压吸附法
变压吸附工艺（PSA）是利用吸附剂在一定温度下或一定温度范围内具有对不同气体组分吸附容量不同的特性，利用吸附剂吸收干气中的乙烯、乙烷等轻烃，从而实现轻烃的分离与净化。此工艺需要多个吸附器联合操作，通过吸附、脱附之间不断的切换来分离浓缩轻烃。1992年UOP公司提出用PSA方法从炼厂干气中回收和浓缩乙烯等组分，同时分离出N2、H2和CH4等轻烃组分。所用的吸附剂有硅胶分子筛、活性氧化铝和活性炭。国内四川天一公司也掌握了此技术，并取得了一定的效果。
一个典型的变压吸附装置，包括10～16台吸附器，每个吸附器经过吸收、置换、逆放、抽空、升压等步骤。该工艺存在设备投资高、操作复杂、能耗高等问题。同时由于工艺限制，该方法乙烯回收率约80%、产品纯度较低，并且产品中N2含量约1～5%。
2.3 中冷油吸收法
中冷油吸收技术利用吸收剂对干气中各组分的溶解度不同来分离气体混合物。一般利用吸收剂吸收C2及以上的重组分，分理出甲烷、氢和氮气等不凝气，再用精馏方法分离吸收剂中的各组分。此工艺的最低操作温度-70～-60℃，一般操作温度-40～-20℃，不需要-100℃的深冷分离，因此称为中冷油吸收法。此工藝具有不受气体组成影响，不需耐低温材料、投资省等优点。同时，此工艺也存在乙烯回收率只有85%、产品纯度低等缺点。
2.4 新型中冷油吸收法-NORP
针对传统中冷油吸收法存在的不足，上海东化环境工程有限公司开发了新型中冷油吸收工艺-NORP。增设了膨胀机和冷箱，降低了传统中冷油吸收法尾气中乙烯的含量，增加了乙烯的回收率。
NORP工艺乙烯回收率达到了90～98%，且能耗与传统中冷油吸收工艺比较降低了10～15%。
该工艺具有流程简单、烯烃回收率高、原料适应性强、能耗低等特点。
3 工艺技术比较与选择
深冷分离法、变压吸附法、中冷油吸收法及NORP几种工艺技术特点比较见表1。从表1中可以得出，深冷分离工艺可得到聚合级乙烯产品；变压吸附法只能用来浓缩乙烯，可用于炼厂和乙烯联合装置回收乙烯；NORP即可以浓缩干气中的轻烃，又可以制得聚合级乙烯，可用于单独的炼厂或炼化一体化装置回收乙烯。从操作条件分析，深冷分离法、变压吸附法和中冷油吸收法均要求在一定的温度和压力下进行，对设备材质要求各不相同。此外，深冷分离法还要有制冷系统，投资高、能耗大；变压吸附流程复杂，动静设备多。
在上述干气回收轻烃工艺中，国外常用深冷分离法和中冷油吸收法。深冷分离法更能体现规模效益，只适合大型炼厂聚集区干气回收乙烯。中冷油吸收法由于存在回收率低和能耗高问题，其应用一直受到一定限制。NORP法既适合干气中乙烯提浓，又可以得到聚合级乙烯，可用作聚乙烯单体或聚丙烯共聚体，对于单独炼厂的聚丙烯装置而言，可生产档次、附加值更高，应用范围更广的共聚聚丙烯产品，带来更多的经济效益。
4 结论
随着炼厂规模和FCC规模越来越大，选择合适的轻烃回收技术，从干气中回收有价值组分带来的经济效益将越来越显著。
作者简介：
张海峰，工程师，1998年毕业于大庆石油学院，长期从事石油化工建设项目和设计管理。