提高乙烯收率的优化方法研究

董金刚

摘要：本文针对乙烯装置的实际情况，探讨影响乙烯收率的主要因素，分析乙烯损失的来源，并对关键因素，重要参数进行调整优化，最终实现提高乙烯收率的目的。

        关键词：乙烯收率；关键因素；调整优化

        乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要的地位。因此，提高乙烯装置的乙烯收率正日益引起人们的重视。乙烯装置对含有氢气、甲烷、碳二、碳三和碳四的轻烃混合物均是采用压缩和深度冷却方法进行分离的[1]。在实际生产过程中，影响乙烯收率的因素较多，本文通过对前冷、预切割与脱甲烷系统、乙烯塔操作条件进行优化，达到提高乙烯收率，增加乙烯产量的目的。
        一、流程简述
        乙烯塔共三股进料：第一股进料来自脱甲烷塔底，经脱甲烷塔底料闪蒸罐闪蒸汽化后进入乙烯塔；第二股为来自脱乙烷塔回流罐的液相；第三股气相进料来自脱乙烷塔回流罐，经乙烯塔进料闪蒸罐闪蒸及乙烯塔回流过冷器汽化后，进入乙烯塔。
        乙烯塔存在两个再沸热源，一部分通过脱甲烷塔进料冷却器中冷却脱甲烷塔的进料获得，其余的热量靠乙烯塔再沸器冷凝乙烯蒸汽来提供。再沸器的乙烯蒸汽来自乙烯压缩机的二段排出，在中冷凝后的乙烯液相又经过用乙烯塔的进料过冷，然后作为乙烯塔的回流，这股回流占乙烯塔回流量的95％左右。另一回流来自乙烯缓冲罐，并经乙烯冷剂过冷器过冷后，作为乙烯塔的补充回流。
        二、乙烯损失来源分析
        在乙烯生产过程中影响乙烯收率的因素有很多，各因素之间彼此关联又相互制约。但受冷箱及脱甲烷塔甲烷中乙烯损失、乙烯精馏塔塔釜乙烷中乙烯损失等因素影响较为主要[2]。
        （一）冷箱及脱甲烷系统优化措施
        冷箱、脱甲烷系统中甲烷夹带乙烯是乙烯损失的主要原因。因此控制合适的冷箱温度及优化双塔的切割比是提高乙烯收率的关键。前冷系统采用逐级冷却，多股进料的方式，对脱甲烷塔顶气相设膨胀机回收冷量[3]。冷箱的低温主要由膨胀机的高压甲烷发生节流膨胀提供。乙烯冷剂、氢气节流和甲烷尾气节流也提供部分冷量。通过调节氢气并尾气调节阀使末级冷箱温度稳定在-160℃附近，适当调整节流阀开度，防止节流效果变差。
        脱甲烷系统的压力由膨胀机入口压力控制，膨胀机入口压力过低，会导致脱甲烷系统采出不畅，前冷气液闪蒸罐液位上涨，同时预切割塔与脱乙烷塔压差降低，同样会导致预切割塔塔釜采出不畅；膨胀机入口压力过高，会导致轻组分下移，塔釜漏甲烷，压力继续升高，会导致预切割塔、脱甲烷塔超压联锁。
        通过控制合适的灵敏板温度，调整切割比，减少进入脱甲烷塔的碳二组分，有效降低乙烯机一段的负荷，并使大量碳二组分经过预切割塔、脱乙烷塔进入乙烯塔，减少脱甲烷塔顶甲烷夹带乙烯的这部分损失。同时加强脱甲烷系统塔顶冷凝器的控制，通过提高冷剂侧液位，强化塔顶冷凝效果，减少塔顶甲烷夹带乙烯的量。但冷剂侧液位不能过高，导致回流量增大精馏塔过冷，一方面增加塔釜再沸负荷，另一方面轻组分下移影响乙烯产品纯度。
        （二）乙烯精馏塔的调整与优化
        乙烯精馏塔的主要任务是分离碳二组分中的乙烷和乙烯，塔顶分离出纯度≥99.95%的聚合级乙烯，塔釜分离出乙烯纯度＜1%的乙烷。因此乙烯塔提高乙烯产品收率的关键措施是通过优化乙烯塔的操作，在保证塔顶乙烯合格的同时，降低塔釜中乙烯损失。
        乙烯塔塔压对精馏的操作尤为关键。塔压升高，降低乙烷和乙烯的相对挥发度，造成塔釜乙烷中乙烯含量升高，损失加大。塔压降低会使塔釜的乙烷带到塔顶，影响产品质量。因此正常操作中，应该保持恒定的压力，通过稳定乙烯压缩机二段吸入压力保持乙烯塔压力的稳定，此外投用乙烯冷剂的用户调整时要缓慢操作，尽可能减少对压缩机的影响。
        稳定控制乙烯塔温度，不但能保证乙烯产品质量，同时能有效控制乙烯损失。乙烯塔通过调整气、液相进料量，同时对辅助回流量进行微调。温度上升，减少气相进料，增加液相进料，同时适当增加辅助回流量；温度下降则增加气相进料量，减少液相进料，同时适当减少辅助回流量。乙烯塔塔盘温度控制在-68℃左右，当温度发生变化，可通过调节辅助回流量进行调整。当温度上升时，可适当增大辅助回流量，温度下降时，降低辅助回流量，调整幅度不要过大，根据温度的变化趋势，进行缓慢调整。在乙烯塔的调整过程中，要兼顾塔顶乙烷、塔釜乙烯指标的变化。要以产品合格为关键点。在调整气相进料量的过程中，优先调整来自乙烯塔釜加热器的气相量。在增加气相量的同时，可降低主回流的温度，有效的提高乙烯塔的分离效果。增大前冷气液分离罐中去往乙烯塔的气相进料时，要加强分离罐液位的监控，防止液位过高，乙烯塔的气相进料带液，破坏气液平衡。

三、        结语
        本文以提高乙烯产品收率为目的，对前冷及脱甲烷系统、乙烯塔系统进行操作优化分析。通过稳定膨胀机运行，调整乙烯冷剂、氢气甲烷节流阀使末级冷箱温度达到合适范围，减少冷箱出口甲烷中所带乙烯含量。通过膨胀机控制脱甲烷系统的压力，控制合适的灵敏板温度，调整切割比，使脱甲烷系统负荷分配均匀。通过优化乙烯塔操作，合理匹配气液相进料，控制合适的塔盘温度及回流量达到提高乙烯产量的目的。
        参考文献：
        [1]吴兴松，王振维.乙烯装置深冷分离系统的优化和改进[J]  化工进展2019，21（10）
        [2]刘厚涛 提高乙烯收率有效措施的研究[J]  山东化工2020，43（05）114-116
        [3]孙贵欣，王勇.大庆乙烯新区装置工艺特点分析[J]  广东化工202014，41（05）