乙烯装置分离冷区系统影响乙烯收率的因素分析研究.pdf
施晓雯+张锋刚+何维鑫
[摘 要]随着科学技术的进步，乙烯生产技术作为石油化工产业的核心技术，产业内对乙烯生产分离技术提出了更高的要求。本文通过对现阶段的乙烯装置分离冷区系统进行简单的分析，在工艺流程的基础上，详细讨论乙烯装置分离冷区系统对乙烯收率的影响，找出相关因素，并且提出对应的措施，提高乙烯收率的同时，提高石油化工产业的经济效益。
[关键词]乙烯收率；冷箱系统；脱甲烷塔
中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0015-01
引言
石油化工产业是国家生产发展的重点基础工业，乙烯生产技术是石油化工产业的核心技术，只有不断的完善乙烯生产技术，才能够保证国家的原材料工业进一步发展。在国家工业发展的过程中，乙烯工业也在不断地发展，但是中国的乙烯工业面临着严重的竞争压力和发展阻碍，应该全面提高乙烯收率，实现乙烯产业一体化，成为现代化产业，保证中国的乙烯产业不落后于世界。
一、乙烯装置分离冷区系统工艺流程
现阶段世界上的乙烯分离工艺主要有三种不同分离方式，顺序分离流程是按照裂解气中的不同的分摩尔质量进行分离，根据质量增加的顺序，进行分离，在分离过程中加氢的方法，在分离出甲烷后，分离氢气；而前脱乙烷分离流程是以脱乙烷塔作为分离主体，将乙烯中的物料分为轻馏分和重馏分两个部分，在分别对这两个部分进行分離，分别获得不同的烃类，选取工艺所需，和顺序分离法不同，前脱乙烷分离流程中的炔烃采取的是前加氢的方法；而前脱丙烷分离流程就是将脱丙烷塔作为分离依据，也是将乙烯中的物料分为两个不同部分，不同的是一个部分是丙烷和比丙烷更轻的物料，另一部分是碳四以及比碳四更重的物料，再对这两个地区的物料进行分离。但是在不断的发展过程中乙烯所使用的深冷分离法已经逐渐发展成熟，将裂解气中的甲烷和氢气意外的烃类进行冷凝，进而进行分离，也被称作低温精馏法。乙烯装置中的分离冷区系统，首先将裂解炉中释放出来的裂解气经过急冷降温后，再用碱洗和干燥等相关措施后，使用裂解气压缩机进行压缩，通过多个换热器进行降温冷却，最后进入分离罐进行气液分离。
二、乙烯装置分离冷区系统对乙烯收率的影响
（一）冷箱系统对乙烯收率的影响
1.冷箱对乙烯收率的影响
乙烯冷箱是低温分离的主要设备之一，核心技术是制板翅式换热器，在国家乙烯产业发展的初级阶段，乙烯设备大部分从国外引进，经过不断的发展，国家的乙烯冷箱设备逐渐被开发出来，并且取得了重大突破，乙烯冷箱是低温分离中的关键设备。在分离过程中使用冷箱可以讲乙烯的损失率降低一半，但是在压力符合条件的情况下，蒸发过程中，温度也无法达到所需要的要求，温度仍然较高，不是最为理想的换热效果，换热效果差直接导致后续步骤的温度全部提高，冷箱的温度不够低，又造成了了脱甲烷塔顶的温度较高，损失大量乙烯成分，形成恶性循环。
2.热泵原理对乙烯收率的影响
热泵采用的一种热泵原理技术，具体内容是指一种从低温热源中吸收热量，在高温中释放热量的技术，具有极强的技能效果。随着节能环保意识的逐渐普及，各行各业都在追求节能生产，热泵原理已经被广泛应用，国外已经研发出很多带有热泵技术的乙烯装置，但是热泵技术在中国还处于起步阶段，应用热泵技术后的前脱丙烷和前脱乙烷前加氢技术的分离技术具有很强的竞争能力。某石化企业就将热泵技术应用在乙烯精馏塔上，制冷系统和精馏塔组合形成了热泵系统，去掉塔顶的冷凝器，利用热泵技术中的热效率，节约出大量的冷量，进一步降低了乙烯装置的能耗的基础上，去掉了大量无用步骤，经过该企业的实际应用对分离出来的乙烯进行数据收集，发现乙烯损失极大降低。而热泵技术的所需要的成本较低，更为企业节省了大笔支出和投资。
（二）甲烷膨胀机对乙烯收率的影响
1.膨胀机的实际应用
在利用深冷分离系统对甲烷进行分离的过程中，想要从根本上减少甲烷中乙烯的含量，提高乙烯的回收率，就要在进行甲烷分离的工作时需要设备将温度降到-100℃以下，如果要求甲烷馏分和氢馏分都在95%左右，那么温度应该维持在-160℃到-170℃左右，膨胀机在乙烯装置中的作用就凸现出来，通过对甲烷进行焓节流膨胀，利用膨胀机制取出分离所需要的低温。当温度无法满足的时候，可以将部分的甲烷循环返回压缩机中满足冷量的需求平衡。
2.膨胀机对乙烯收率的影响
传统的乙烯分解装置中采用节流阀进行尾气膨胀，制冷效果不好，导致乙烯的收率较少，大量的乙烯成分，没有被分离出来，而甲烷膨胀机是用制冷膨胀的技术，在装置工作的过程中如果出现负荷较低的情况时候，物料量也会相对降低，膨胀机自动停机，改用调节阀进行节流膨胀制冷，而生产负荷较大的时候，自动启用膨胀机。某石化企业在乙烯分离装置系统中采用了甲烷膨胀机，膨胀制冷，让膨胀机分担压缩机的工作，减轻压缩机的负荷，节约分离中所需要的能耗，并且降低了分离系统对乙烯造成的损失。
（三）乙烯丙烯制冷剂对乙烯收率的影响
1.乙烯丙烯对乙烯收率的影响
传统的分离过程中造成脱甲烷塔乙烯损失较大的原因是因为塔顶的温度过高，而乙烯丙烯的冷剂温度就是直接原因，因为乙烯冷剂温度达不到要求，导致换热效果差。不能够提供合适所需温度，即便增加冷剂流量也没有明显下过，造成温度过高，乙烯不能够被冷凝下来。
2.乙烯丙烯在乙烯装置中应用
某石化公司在乙烯装置中的乙烯制冷压缩机改进使用了四段压缩工艺，提供出两个不同温度级别的冷剂给系统分离使用，通过这种方式加上热泵系统，能够形成制冷循环。在压缩的过程中，裂解气随着压力的增加，可以通过分离系统中间的冷却阶段和脱丙烷技术在裂解气中分离冷凝出重组分，进而减少深冷分离系统的工作负荷，进而降低低温冷冻系统的负荷，降低了冷剂的用量，进而提高乙烯的收率。
总结
经过上文的数据分析和实际实践的对比下，最终得出了要全面控制脱甲烷塔和冷箱系统的温度、压力等相关数据参数，才能够减少乙烯的损失量。加强对乙烯装置分离冷区系统的研究，继而优化生产装置，从根本上实现节能减耗，并且增加乙烯的收率，通过优化生产设备，进而对生产流程实现优化，追求更高的乙烯收率，提高相关企业的经济效益，降低石化企业的生产成本。
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