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MTO装置烯烃分离的工艺优化分析冯雷

发表时间：2020/6/1 来源：《基层建设》2019年第35期作者：冯雷张宪瑞

[导读] 摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。随着我国化工行业的不断发展，烯烃的需求量也不断增加，人们对烯烃分离技术的研究也不断深入，烯烃分离技术主要应用于石油化工行业。

        鲁西化工集团股份有限公司煤化工二分公司山东省 252000
        摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。随着我国化工行业的不断发展，烯烃的需求量也不断增加，人们对烯烃分离技术的研究也不断深入，烯烃分离技术主要应用于石油化工行业。为了满足人们对烯烃的需求，烯烃分离装置的研究使用对烯烃的生产具有重要的意义，目前，烯烃分离工艺主要是依靠MTO装置来进行烯烃分离工作的，但是MTO装置也存在一定的局限性，因此对MTO装置进行优化改进，可以使其更好的发挥作用，提高烯烃分离的效率，提高烯烃分离质量。本文就MTO装置烯烃分离的工艺优化展开探讨。
        关键词：MTO装置；烯烃分离；工艺优化
        引言
        化学工业事业的不断发展，增加的烯烃的需求量。随着烯烃需求量的不断加大，关于烯烃分离工艺的资金投入与能源投入相应增多。在当今高度重视生产质量与效率，提倡质量与安全、经济、节能协调发展的背景下，世界各国以及各石油化工企业针对烯烃分离技术及其分离装置的改进问题进行了深入研究。而MTO（甲醇制烯烃技术）的提出与实施，为实现烯烃高效率、低成本、低耗能分离提供了途径。
        1.MTO装置烯烃分离流程
        1.1MTO装置概述
        MTO是指甲醇制烯烃技术，甲醇制烯烃技术是目前石油化工行业常用的烯烃分离技术。该技术主要是利用煤或者天然气合成的甲醇，通过催化裂化装置进行烯烃分离反应，从而获得烯烃类产物，比如乙烯，丙烯等低碳烯烃。MTO和MTP分别为甲醇制烯烃和甲醇制丙烯技术，二者都是重要的化工行业的工艺，都是利用非石油资源进行丙烯，乙烯等低碳烯烃的加工生产。MTO装置是用来实现化工原料化学反应的场所，类似流化床反应，主要是得到乙烯丙烯类物质。
        1.2工艺流程
        烯烃分离装置主要包括以下几个组成部分：（1）压缩机系统；（2）酸性气与含氧有机物的脱除系统；（3）干燥系统；（4）高低压脱丙烷塔系统；（5）丙烷洗脱甲烷塔系统；（6）脱乙烷塔系统；（7）乙烯精馏塔系统；（8）丙烯精馏塔系统；（9）脱丁烷塔系统；（10）丙烯致冷压缩机系统。可见，装置组成十分复杂，不同系统在装置中具有不同功能，而且基本都参与到整个工艺流程。烯烃分离装置的工艺流程可简单总结为：从MTO装置产生的产品气到达装置后，先经压缩，再由水洗碱洗塔将酸性气体与含氧有机物等都脱除干净，然后由干燥器进行干燥脱水，到达脱丙烷塔开始分离。在脱丙烷塔的塔底进行重组和分送到脱丁烷塔，其塔釜将产生碳五及以上产品，而顶部将产生混合碳四产品。处于脱丙烷塔顶部分的轻组分物流，由压缩机进行四段压缩和冷却之后进入到脱甲烷塔系统中。该系统顶部产品为燃料气，由冷箱对冷量进行回收以后与燃料气管网相并入。而该系统底部物流进入脱乙烷塔实现碳二与碳三的分离，该系统顶部的碳二被送进乙烯精馏塔，其顶部产品是聚合级乙烯，乙烷则与燃料气管网相并入。碳三组分被送进丙烯精馏塔，其顶部产品是聚合级丙烯，丙烷最后进入到罐区。
        2.MTO装置烯烃分离工艺的优化
        2.1进一步整合脱丙烷系统
        为进一步提升分离效率，尝试整合MTO装置中的脱丙烷系统。由上述分析可知，现有的MTO装置中一共有两套脱丙烷系统，分别位于烯烃分离装置中的裂解模块与分离模块两个部分。从裂解模块与分离模块的工艺流程可知裂解模块中的脱丙烷塔属于复制设置，而导致这一问题形成的原因在于公司所采用的MTO装置，其烯烃分离模块与烯烃裂解模块多数由不同公司提供的工艺包，且彼此之间没有对整个装置系统进行综合分析与设计。

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而基于数据模型计算分析可知，适当的改变烯烃装置中的部分设备规格，可将两套脱丙烷系统进行整合，从而简化系统操作流程，实现生产过程中成本投资与能耗的有效控制。例如，取消烯烃分离装置中裂解板块中的脱丙烷塔系统，包括塔顶冷凝器、脱丙烷塔、回流泵、塔底重沸器与塔底泵等等。在此基础上，将裂解气压缩机二段分液罐输出的液相与裂解气压缩机三段输出的气相送至烯烃分离装置中分离模块的高压塔中（用以避免物料中存在的轻组织进入到C3分离字系统中，影响生产产品质量），物料经高压塔处理与低压塔处理，实现进一步分离，即高压塔顶气相进入到脱甲烷塔中，而高压塔底液相进入到低压塔中，C3经由低压塔顶被送到丙烯精馏塔中，C4经由低压塔底被送到裂解模块中。讲过核算分析发现，优化后的脱丙烷系统，高、低压脱丙烷系统指标如下：高压塔顶产品w（C4）<0.5%，低压塔顶产品w（C4）<0.04%，低压塔底产品w（C3）<0.2%，且所产生的聚合级烯烃产品满足相关生产要求，同时烯烃的回收率达到了百分之九十九以上。
        2.2去除脱甲烷塔中的冷循环泵
        为了有效改善烯烃分离工艺，对MTO装置进行改进，是目前化工行业首要任务之一。通常采取的改进措施主要是加强烯烃生产过程中对油的吸收作用。在MTO装置中脱甲烷塔系统采用中冷器是目前应用效果最好的方法，在实际进行烯烃分离流程中，脱甲烷塔中的油进行吸收时，往往采用冷循环泵强制油的循环流动，但是在进行改进装置的分析中发现，中冷器的使用可以使油的吸收效果更好，主要是设置中冷器处于一定的位置，就可以保证油液的自流动，从而代替冷循环泵的使用。这样不仅简化操作，并且冷循环泵的使用耗费能量大，间接降低了能耗，节约了成本。
        2.3对温度的控制效果进行优化
        在装置的原来设计中，是通过通过脱甲烷进料激冷器来实现对温度控制。这种控制方式在实际应用中，通常需要人工进行调整激冷器的液位，从而确保甲烷进料塔的温度。为了有效解决这个问题，给该急冷器采用了自动控制系统，采用PID温度闭环控制方法，实时对脱甲烷塔的温度进行采集，并及时调整激冷器的液位，保证甲烷进料塔的温度，从而保证进料温度与激冷器的稳定，保证生产的安全性，保证产品的产量。
        2.4优化装置中的绿油系统
        绿油主要是指生产过程中产生的聚合反应产物，乙炔低聚物。这种产物主要是由于在MTO装置烯烃分离工艺过程中进行乙炔加氢反应时，氢气数量不够，不足以使反应完全，或者反应温度太高，导致乙炔与氢气聚合反应生成。乙炔低聚物是不能进入到精馏塔中的，因此会设置相应的乙炔低聚物系统，也就是绿油系统，用来回收产生的绿油。在进入精馏塔之前，利用C2对绿油进行吸收，同时经过分离处理之后送入裂解板块，干燥之后即可送入精馏塔。由于在实际反应过程中，乙炔加氢反应再生周期较长，乙炔的数量相对较少，并且比较稳定，因此乙炔本身对生产绿油的影响并不大，要进行优化，就要对反应场所的温度进行控制，通过控制反应温度，限制绿油的产生，绿油产生的数量也能够满足工业要求，不会在精馏塔内聚集。
        结语
        通过对MTO装置烯烃分离工艺优化的分析可知，MTO装置烯烃分离工艺是甲醇制烯烃工业化项目中的重要工艺技术，虽然已有的烯烃分离装置已经具备了一定的运行安全性与稳定性。但是MTO装置烯烃分离工艺作为一种新型技术，仍具备一定的优化与改进空间。对此，我们可根据MTO装置烯烃分离工艺流程，从设备投资、操作能耗、烯烃收率等方面进行综合分析，制定具有一定特点的优化方案，并通过定量研究实现MTO装置烯烃分离工艺的优化，在保证生产质量与安全的基础上，提升生产效益。
        参考文献
        [1]杨浩.烯烃分离装置工艺流程及其优化分析[J].云南化工,2018,45(04):130.
        [2]史旭.浅析MTO装置烯烃分离工艺优化[J].化工管理,2018(06):106+108.
        [3]王宏乐,杜建刚,刘燕.MTO装置烯烃分离工艺优化[J].化工管理,2019(23):252.