[摘要] 石化企业为了提高经济效益和资源再利用，通常会对炼厂干气中的乙烯进行回收。本文使用ASPEN PLUS和HYSYS软件对乙烯气的三种进料位置进行了模拟分析和优化探讨，最终得出可能的进料位置有两个：在保证进料温度低于0℃的条件下，可以考虑从脱甲烷塔进料；如果所含的氮氧化物的沸点高于C3组分，可以在裂解气压缩机一段吸入罐进料。
[关键词]流程模拟 炼厂干气 乙烯回收 进料位置 优化
1问题的提出
石化企业为了提高经济效益和资源再利用，通常会对炼厂干气中的乙烯进行回收。本文采用高效吸附/膜分离组合工艺从干气中回收乙烯气产品，每年回收的量大约有2万吨左右。现拟将条件为25℃，0.04Mpa的物流（见表1.1）作为裂解装置的进料，在确保裂解装置安全、平稳操作的前提下，选择最佳并入乙烯气的进料位置，实现回收乙烯组分的目的。
表1.1 炼厂干气进料组成数据
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2问题的分析
乙烯气由小分子气体组成，没有必要进入到裂解炉当中。且温度为常温，所以进料位置应选在急冷工段之后。同时，由于乙烯塔的进料中不能含有C3组分，而乙烯气组成中含有大约3%左右的C3以上组分，所以进料位置又只能选择在乙烯塔之前。根据上述制约因素，通过对裂解装置流程进行考察，得出可能的进料位置共有3个：脱乙烷塔、脱甲烷塔及裂解气压缩机一段吸入罐。
根据化工知识和经验，加入新的进料后，会引起装置生产负荷的增加，进而可能对塔温、塔压及产品纯度造成影响。为此，我从装置生产实时数据入手，使用ASPEN PLUS和HYSYS流程模拟软件，建立裂解装置分离工段及压缩工段的流程模拟模型，将混入乙烯气前和分别从上述三个位置进料后的模型计算结果进行比对，考察装置生产运行数据可能发生的变化。
3. 模型计算结果分析
3.1从脱乙烷塔并入乙烯气进料
如果从脱乙烷塔进料，进料组成是对系统造成影响的重要因素。从炼厂干气进料组成数据表（见表1.1）可以看到，乙烯气产品中含有体积分数大约为4.7%的甲烷气体(质量流率为0.06t/h)、一定量的H2和N2。如果从脱乙烷塔进料，这些组分会作为不凝气体存在，最终进入到乙烯塔塔顶，导致乙烯塔超压，同时带上相应量的乙烯组分进入塔顶。所以反应到模型计算结果上是：乙烯塔顶物流的流量会有增加，而侧线采出的乙烯产品物流的流量则没有显著增加。若将进料组成中甲烷的质量流量作为自变量，使其在0-0.06t/h的范围内变化，将侧线采出的乙烯产品流量作为因变量进行工况研究则会发现：随着进料组成中甲烷含量的增加，侧线采出的乙烯产品流量呈现下降趋势（见图2.1）。所以要想回收到进料中的乙烯组分，必须在进入到乙烷塔之前除掉甲烷组分。
图2.1 乙烯产品随进料甲烷含量变化图
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3.2 从脱甲烷塔并入乙烯气进料
从脱甲烷塔并入乙烯气进料，对脱甲烷塔主要的影响因素是进料温度。由于脱甲烷塔的操作温度非常低，如果在常温条件下从脱甲烷塔进料，则进料会带进来很多的能量，造成脱甲烷塔塔顶超温，进而给冷箱的操作带来影响。只有当进料温度降到0℃以下后，才能符合各项操作指标。并且因为除掉了甲烷等轻端组分，所以提高了乙烯产品的产量。另外，在甲烷塔中，H2是作为不凝气出现的，如果进料中含有较多的H2，同样会引起塔顶压力超高（原理同脱乙烯塔中的甲烷），因此脱甲烷塔进料中的H2含量也不宜过多。
3.3从裂解气压缩机一段吸入罐并入乙烯气进料
从裂解气压缩机一段吸入罐并入乙烯气后，进料流量的变化对各段的排出压力造成了不同程度的影响。若将一段吸入罐压力作为自变量，使其在0.01Mpa至0.1Mpa的范围内变化，将其它各段排出温度作为因变量进行工况研究则会发现，随着一段吸入压力的增加，各段出口温度呈现线性增加趋势（见图2.2及2.3），且前三段均保持正常操作指标范围内，只有第四段出口温度在一段吸入压力超过0.04Mpa情况下超出了120℃。
图2.2 裂解气压缩机一段、二段出口温度随一段吸入压力变化图
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图2.3 裂解气压缩机三段、四段出口温度随一段吸入压力变化图
另外，根据装置人员提供的信息，进料中含有少量的氮氧化物，如果氮氧化物进入冷箱，会在超低温条件下结晶发生爆炸，造成生产事故。基于上述原因，必须在原料气进入冷箱前除去氮氧化物，避免未经处理的乙烯气产品进入冷箱。
4结论
综合上述分析得出以下结论。脱乙烷塔的进料中含有甲烷，要想回收到进料中的乙烯组分，必须在进入到乙烷塔之前除掉甲烷组分。而实际进料中乙烯气原料含有的甲烷较多，所以不适合在脱乙烷塔进料。
如果从脱甲烷塔进料，在乙烯气进料温度低于0℃的前提下，甲烷组分可以从塔顶脱除，实现提高乙烯产品产量的目的。所以可以考虑从这个位置并入乙烯气。
从裂解气压缩机一段吸入罐并入乙烯气进料优势较多，可以不对原料温度、压力、组成进行过多处理，只需要在操作中注意控制一段吸入压力小于0.04Mpa，即能够符合各项工艺控制指标，但必须在原料进入冷箱前除去氮氧化物；通过对裂解装置整个流程的研究发现，压缩工段的凝液汽提塔可以分离出大部分C3以上组分，并不进入冷箱。如果炼厂干气所含的氮氧化物的沸点高于C3组分，则可以在这个位置上得到分离，从而实现乙烯气在一段压缩机入口进料，且不会引起氮氧化物在冷箱中凝结而发生爆炸。
因此，为了实现回收炼厂干气中乙烯组分的目的，可能的进料位置有两个：在保证进料温度低于0度的条件下，可以考虑从脱甲烷塔进料；如果所含的氮氧化物的沸点高于C3组分，可以在裂解气压缩机一段吸入罐进料。
[参考文献]
[1]张敬升,李东风.炼厂干气的回收和利用技术概述[J].化工进展,2015(09):6-14.
[2]刘晶晶,李鑫钢.从催化干气中回收C2的工艺模拟与优化[J].化工学报(8期):3476-3480.