两种裂解气分离流程的对比

丑韭搬恭

乙烯工业２００８，２０（２）２８～３３

ＥｎＴＹＩＥＮＥ

ＩＮＤＩｍＹ

两种裂解气分离流程的对比

张

炜１，刘慧敏２

（１．中国石油化工股份有限公司化工事业部，北京，１０００３ｌ；

２．中国石油化工股份有限公司科技开发部，北京，１０００３１）

摘要：用蛳Ｐｌｌｌｓ软件对顺序分离和前脱丙烷前加氢两种裂解气分离流程进行了模拟计算，并结

合实际生产情况，全面分析和对比了两种流程，得出两种流程能耗基本相同，对装置流程选择、生产优化、技术改造等方面提出了建议。

关键词：分离流程；分凝分馏器；能耗

在乙烯装置中，分离系统的运行状况不仅直馏器技术（ＡＲｓ）和预脱甲烷塔；低压乙烯精馏、乙接影响到产品的回收率，而且对装置的总能耗有烯精馏塔多股进料，乙烯精馏塔与乙烯制冷组成着举足轻重的影响，因此有必要认真分析和计算开式热泵［１｜。

不同分离流程，并将它们进行对比，以便深入了解

各种流程的特点，指导实际操作和技术改造。

１两种流程的简介

目前，我国各乙烯装置采用的裂解气分离流下面简要介绍两种分离流程，顺序分离流程

程主要有两种：一种是顺序分离流程，其主要特点以抚顺乙烯为例，但脱丙烷改为低压脱丙烷，丙烯

是五段裂解气压缩，三段出口碱洗；前端低压脱甲

精馏塔采用丙烯侧线采出形式；前脱丙烷前加氢烷；碳二、碳三后端加氢。另一种是前脱丙烷前加流程以茂名乙烯为例。氢流程，主要特点是裂解气五段压缩，四段出口碱

１．１顺序分离流程

洗；前端双塔脱丙烷，前端乙炔加氢；采用分凝分

顺序分离流程（以下称为流程１）如图１所示。

图１顺序分离流程示意

１裂解气压缩机前三段；２碱洗塔；３裂解气压缩机后二段；４分离罐；５系列冷凝器；６冷箱；７脱甲烷塔；８脱乙烷塔；９碳二加氢反应器；１０乙烯精馏塔；１ｌ丙烯精馏塔；１２脱丁烷塔；１３碳三加氢反应器；１４脱丙烷塔；１５凝液汽提塔

来自急冷水塔的裂解气首先进入裂解气压缩收稿日期：２０ｃｒ７一１２—２９；修改稿收到日期：２００８一０４一１３。

机，并在三段压缩后碱洗。压缩后的裂解气经冷

作者简介：张炜（１啪一），男，高级工程师，１９９２年毕业于北京

化工学院化学工程专业，获学士学位，现从事化工生产管理工作。

凝进入分离罐，液相到凝液汽提塔汽提出Ｃ２馏分

两种裂解气分离流程的对比

第２０卷

张炜等．两种裂解气分离流程的对比

后，作为脱丙烷塔的一股进料，气相部分经苯洗和系列冷级的换热器冷却后在冷箱中分离出氢气，冷凝出的液相进脱甲烷塔脱除甲烷。脱甲烷塔与

甲烷压缩机构成开式制冷系统，脱甲烷塔底物料进入脱乙烷塔。脱乙烷塔顶气体加氢脱炔后进入

段，压缩后的气体进入前加氢反应器脱除乙炔，然

后经冷却进入分离罐。液相进入预脱甲烷塔，气相进入深冷系统和分凝分馏器分离出氢气和液体物料【２］，部分液体物料进预脱甲烷塔。预脱甲烷

塔顶气相进入脱甲烷塔，脱甲烷塔顶气体进膨胀机产生低于一１００℃的温度，用于氢气分离；塔底液体经回收冷量汽化后进乙烯精馏塔。预脱甲烷

乙烯精馏塔，分离出液体乙烯产品和乙烷，脱乙烷

塔釜物料进入脱丙烷塔。脱丙烷塔顶液相经碳三

加氢脱除ＭＡ／ＰＤ后送入丙烯精馏塔，分离出丙烯和丙烷，脱丙烷塔釜物料进入脱丁烷塔，产出混合Ｃ４和粗汽油。

１．２前脱丙烷前加氢流程

前脱丙烷前加氢流程（以下称为流程２）如图２所示。

来自急冷水塔的裂懈气首先进入裂解气压缩机，四段压缩后进行碱洗，然后进入高压脱丙烷

塔底液体进脱乙烷塔，脱乙烷塔顶液体Ｃ２也进入

乙烯精馏塔。乙烯精馏塔与乙烯制冷系统组成开式热泵。脱乙烷塔底物料进入碳三加氢系统，高压脱丙烷塔底液体经冷却后进人低压脱丙烷塔。

低压脱丙烷塔底物料到脱丁烷塔分离出混合Ｃ４和粗汽油，塔顶出料也到碳三加氢系统。经碳三加氢系统脱除舰∥ＰＤ的物料进入丙烯精馏塔，丙

烯由侧线采出，丙烷由塔底第二板采出，塔底含Ｃ４液体循环回低压脱丙烷塔。

塔。高压脱丙烷塔顶气体进入裂解气压缩机五

图２前脱丙烷前加氢流程示意

１裂解气压缩机前四段；２碱洗塔；３高压脱丙烷塔；４裂解气压缩机五段；５前加氢反应器；６系列冷凝器；７分离罐；８深冷系统和分凝器；９膨胀机；１０脱甲烷塔；１１乙烯精馏塔；１２乙烯制冷系统；１３脱乙烷塔；１４丙烯精馏塔；

’

１５预脱甲烷塔；１６碳三加氢系统；１７低压脱丙烷塔；１８脱丁烷塔

切关系，因此，只有在相同计算基准下进行各流程

２流程的模拟计算和对比

模拟计算，结果才具有可比性。本文中来自急冷

流程的比较涉及多方面问题，诸如能耗、投

资、产品回收率、产品质量、可操作性、弹性及稳定性等，不能单凭一项指标作出肯定或否定。本文

水塔的裂解气流量按１２５∥ｈ计算（相当于３００

ｋ∥

ａ乙烯装置）；来自急冷水塔的裂解气组成按裂解原料为石脑油并参考文献值虚拟（见表１）。乙烯产品按相同的送出条件回收冷量计算，循环乙烷和丙烷按回收冷量后进裂解炉计算，甲烷按回收冷量后进燃料气系统计算。因两种流程甲烷化系统基本相同，本文不进行对比，流程模拟只计算到产出相同温度、压力的粗氢为止。经循环水冷却

使用流程模拟软件对两种流程进行模拟计算，对

比计算结果，重点从能耗角度分析它们的优缺点。２．１计算基准和计算方法Ｌ３ｊ

乙烯装置的能耗与装置规模、裂解原料、裂解

深度、产品规格、循环水温度、机泵效率等有着密

两种裂解气分离流程的对比

乙烯工业第２０卷

后的工艺物料温度取相同数值，所有压缩机、泵的效率均按７２％计算，换热器的压力降一般取Ｏ．２

计算使用的软件为ＡｓｐｅｎＰｌｌｌｓ，状态方程主要

选用Ｓｏａｖｅ—Ｒｅｄｉｃｈ—Ｋｗｏｎｇ方程，但丙烯精馏塔和高压乙烯汽化系统用了Ｐｅｎｇ—Ｒ０ｂｉｎｓｏｎ方程，迭代

方法用ｂｍｙｄｅｎ法。

％

Ｃ３｜ｉ４

０．５６

ｋ咖ｍ２，两种流程均不考虑裂解气胺洗系统压力

降。另外，本文使用的压力一律为绝对压力。

表１虚拟的裂解气组成

裂解气组成

４０℃１．３５

Ｈ２

１４．０９

ｃ地

２５．１６ｃ５Ｈ１００．９３Ｌ／ｈ；

Ｃ２Ｈ２

Ｏ．５３ｃ５Ｈ１２０．１２

ｃ２Ｈ４

２８．６７

Ｃ２Ｈ６５．７６

白心

１０．３２

Ｃ３地

１．３６

Ｃ４战

１．５２

Ｑ地

１．３６Ｈ２ｓ０．１３

ｋ∥ｃ秆（绝）

裂解气组成

４０℃１．３５

Ｃ４Ｈｌｏ

Ｏ．２９

ｃ６Ｈ６

２．６９

Ｃ６ＮＡ

Ｏ．１６

ｃ７心

Ｏ．６６

Ｇ７ＮＡ

Ｏ．０９

ｃ８Ｈｌｏ

０．５６

Ｈ２０

５．０４

ｋ∥ｃ井（绝）

注：①组成为摩尔百分含量，流量为１２５

②因不计算甲烷化系统，且ｃ０、ｃ０２对计算结果影响可忽略不记，故未考虑它们的含量；

③ｃｘＮＡ表示碳ｘ组分非芳烃；

④两种流程进行对比计算时，有同分异构体的都按同一种计算。

２．２能耗对比乙烯精馏塔、脱乙烷塔、脱丙烷塔、乙烯制冷系统以及裂解气冷却提供冷量；乙烯制冷系统主要为

裂解气冷却、甲烷制冷系统和乙烯尾气回收系统提供冷量；甲烷制冷系统主要为低压脱甲烷塔提

“三机”的能耗占裂解气分离系统能耗的绝大

部分，下面重点对“三机”能耗进行对比。２．２．１裂解气压缩机功耗对比

两种流程均需将裂解气压缩（绝）到３８．５ｋｇ／

供冷量。

表２顺序分离流程裂解气压缩系统计算结果

项目

温度／℃

嗫入压力（绝）／（ｋｇ’ｃ１１１＿２）～

流量／（ｔ．ｈ“）

１段

４０．Ｏｌ ３５

１２５

ｃ辞左右，并采取逐级压缩逐级冷凝的办法，将凝

液逐级返回前一级吸入罐。流程１中，三段出口

２段

３７．９

３段４段５段

３６．８５ ００

１１８

气体经冷凝分离后进碱洗塔，五段出口气体经冷

凝后的油相进凝液汽提塔，汽提出Ｃ２后送脱丙烷

３７．５９ ３０

１２７

３９．Ｏ１８ ８０

１２ｌ

２ ５０

１２２

塔，汽提出的气体进压缩机四段吸入罐。流程２中，四段出口气体经冷凝分离后进入碱洗系统脱

除酸性气体，然后进高压脱丙烷塔，高压脱丙烷塔顶不含Ｃ４的气体进压缩机五段压缩，五段出口气

兰塑坌量量垄：兰堑：兰箜：！堑：！箜：鱼

排出篙篙Ｍ婿。１≥雩≥；麓粼裁

功率／ｋｗ

３４８１

３５６０

３３４２

３４８ｌ

３３０９

表３前脱丙烷前加氢流程裂解气压缩机系统计算结果

项目

温度／℃

１段

４０．Ｏ

体经部分冷凝后的液相一部分作为高压脱丙烷塔回流，为保证该塔塔顶不含Ｃ４，回流比约为ｏ．３３。

因此，流程２与流程１相比压缩机节能因素为：一

２段

３８．０

３段

３７．Ｏ

４段

３８．１

５段

６．１

是少了凝液汽提塔顶气体在压缩机内循环；二是压缩机五段不需压缩高压脱丙烷塔底分出物料。

与流程１相比，流程２压缩机能耗增加因素为：一是高压脱丙烷塔回流增加了压缩机五段吸人量；二是高压脱丙烷系统产生的压力降造成五段压缩

吸入嚣东簟Ｐ。２’苫譬苫翟１嚣

垩望坌王量

垄：兰垄：！堑：！垄：！望：！

排出篙徭Ｍ虮。叼鬻麓鬻黼耋三

功率／ｋｗ

３２６０

３

３０４３２０４３０８８４２８２

表４几股重要物流计算结果

物流名称

功耗增加。具体计算结果见表２～表４。总体来说，两流程裂解气压缩系统能耗相当，流程１压缩

机总功耗为１７

１７１３８

１７３

潜／）繁／譬罢写磬

１３．４

２６．２

流程１中凝液汽提塔顶循环量

９．７５

１５．１０

３７．３５６．９３２．３

ｋＷ，流程２压缩机总功耗为

流程２中高压脱丙烷塔底流量２１．１流程２中高压脱丙烷塔回流量３０．２

７９．Ｏ

—１７．１

Ｉ【Ｗ，流程１较流程２高３５ｋＷ。

３５．５０

２．２．２制冷压缩机功耗对比

流程ｌ采用丙烯制冷压缩机、乙烯制冷压缩机和甲烷压缩机复叠制冷。丙烯制冷系统主要为

流程２采用丙烯制冷压缩机和乙烯制冷压缩机复叠制冷。丙烯制冷系统主要为脱乙烷塔、两

座脱丙烷塔、乙烯制冷系统以及裂解气冷却提供

两种裂解气分离流程的对比

第２０卷张炜等．两种裂解气分离流程的对比

冷量；乙烯制冷系统主要为乙烯精馏塔和裂解气

冷却提供冷量。由于采用了高压脱甲烷，不需设

甲烷压缩机提供更低温度级别的冷量，制氢所需低温冷量由脱甲烷塔顶气体和一部分裂解气进膨胀机制冷来产生。另外，由于采用了分凝分馏器技术乜Ｊ，使裂解气冷却过程中传热、传质同时进行

也有利于氢气分离。流程２与流程１相比主要节

能因素有：

（１）采用前脱丙烷流程，将Ｃ４以上组分在进

深冷系统之前脱出，降低了深冷系统负荷；采用前

加氢技术，避免了脱乙烷塔顶物料为进出反应器而重复加热和冷却造成能量损失。

（２）采用分凝分馏器、预脱甲烷塔等渐进分离技术，将大部分氢气、甲烷由分凝分馏器分出，较大幅度地降低了脱甲烷塔的负荷，并且脱甲烷塔底物料不含Ｃ３组分，可直接进入乙烯精馏塔，使乙烯精馏塔有两股进料，不但降低了脱乙烷塔负荷，而且起到初步分离乙烯的作用，降低了乙烯精

馏塔负荷。

（３）乙烯精馏塔采用低压操作，提高了乙烯和乙烷相对挥发度，使回流比大幅度降低。

流程２较流程１使能耗增加的因素有：（１）因前脱丙烷塔处理量大，且进料中含有大量轻组分，造成冷量消耗增加较多，冷剂温度要求更低，增加了分离能耗。

（２）高压脱丙烷塔顶气体冷量无法完全回收，

塔顶气体进裂解气压缩机五段前温度为６℃左

右，造成了冷量损失。

（３）高压下甲烷和乙烯相对挥发度降低，预脱

甲烷塔和高压脱甲烷塔能耗较高。

（４）虽然低压乙烯精馏降低了回流比，节省了塔顶所需冷量，但乙烯制冷压缩机处理量却大幅增加。而乙烯制冷压缩机出口物料的冷凝除用乙烯精馏塔再沸器外（再沸器提供的冷量低于塔顶所需冷量约２

９００

ｋｗ），其余冷量均需由丙烯冷剂

提供，特别是主要用一４０℃丙烯冷剂冷凝，这也会

使丙烯制冷压缩机负荷增加。

经计算，流程２制冷压缩机功率略大于流程

１，主要计算结果见表５～表９。

表５顺序分离流程丙烯制冷系统各冷级用户负荷ｋＷ

用户名称脱乙烷塔冷凝器骂鬻

乙烯冷剂冷凝器

负荷３

７２８２２４７

３

２３２

合计９斯

冷级一７℃

用户名称苯洗塔冷凝器

脱丙烷塔冷凝器

负荷７３

３８３６

合计３

９０９

冷级

１５℃

表６前脱丙烷前加氢流程丙烯制冷系统各冷级用户负荷

ｌ【Ｗ

表７顺序分离流程乙烯制冷系统各冷级用户负荷ｋｗ

冷级

一１００℃

合计７０３冷级一７５℃

用户名称脱甲烷塔进料４号深冷器

负荷１６５９合计１

６５９

冷级

一６３℃

用户名称脱甲烷塔进料３号深冷器乙烯精馏塔出口冷凝器

两种裂解气分离流程的对比

乙烯工业

表８前脱丙烷前加氢流程乙烯制冷系统各冷级用户负荷

ｋＷ

第２０卷

２．２．３总能耗对比

分离系统的能耗除“三机”外主要还有循环水、加热和泵的能耗。这里将各种能耗转换为功耗进行比较。

合计６６４冷级用户名称负荷

脱甲烷塔进料预冷器

７６６

１

一８３℃

（１）循环水。

第一分凝分馏器

ｌ

因两种流程“三机”功率相差不大，压缩机抽

汽量和复水量又与蒸汽管网结构密切相关，而本

２１６

合计

冷级用户名称负荷

第一分凝分馏器

１２１６

９８２

一６５℃

文主要是对比两种分离流程能耗，所以压缩机复

１２９００

乙烯精馏塔冷凝器虚拟负荷１）

水器循环水用量按相同考虑，不做计算。循环水温升按８℃计算，每小时每吨循环水功耗按０．１８ｋＷ计算。

（２）加热。

两种流程中所需加热介质温度级别基本相当，因急冷水热量普遍过剩，对急冷水用户的热负

合计

负荷总计

１４１１６１６７６２

１）：因乙烯精馏塔采用开式热泵，塔顶无间接换热的冷凝器，乙烯精馏塔冷凝器虚拟负荷按塔顶气体完全冷凝所需冷量计算。

表９两种流程制冷压缩机总功耗对比ｋＷ

荷不做对比计算，两流程中脱乙烷精馏塔加热按

全用急冷水考虑。其它热用户的耗能，按２．８５ｌ（Ｗ热负荷相当于１ｋｗ功耗折算。

（３）泵的功耗。

泵的功耗在全部功耗中所占比重不大，在泵的功耗方面，流程２较流程１主要是节省了脱甲烷塔底输送泵和乙烯精馏塔回流泵，因此本文将

上述两台泵的功耗作为两种流程泵功耗的差值。

表１０列出了两种分离流程的功耗对比情况。

如果将功耗价格按电价计算，假如每度电价格为０．６元人民币，每年运行时间为８０００小时，这样就分离系统能耗而言，流程２比流程１每年多支出操作费用约７６万元。

表１０两种分离流程功耗对比ｋＷ

２．３其它方面的对比

２．３．１产品回收率和产品质量方面

量，一部分来自第二分凝分馏器含大量氢气的裂解气需和脱甲烷塔顶甲烷一起进膨胀机制冷，这部分裂解气最终进入燃料气系统作为燃料。另

外，没有甲烷压缩机也使流程２冷箱中氢气分离

乙烯、丙烯、Ｑ等产品两种流程的回收率和质量基本相同，不再进行比较。但流程１的氢气回

收率和纯度均高于流程２，主要原因是流程２未设

部分温度高于流程１，造成氢气纯度偏低。根据计

算，流程１氢气纯度大于９７％，流程２氢气纯度约

甲烷压缩机，流程２中第二分凝分馏器所需低于一１００℃的冷量要由膨胀机提供。为保证这股冷

为９５％。而对于炼化一体化的企业来说，高纯度

两种裂解气分离流程的对比

第２０卷张炜等．两种裂解气分离流程的对比

氢气无疑是宝贵的资源。２．３．２操作和运行方面

流程ｌ裂解气压缩机各段出口温度较流程２普遍偏高（见表２、表３）。在相同条件下，流程１中压缩机内双烯烃容易聚合结垢，不利于长周期运行。

流程２采用了前加氢技术，乙炔加氢不受氢气产出的限制，有利于缩短开工时间；另外前加氢

注重技术经济方面的评价，因笔者缺乏这方面的数据，未做技术经济评价。但通过流程的技术对

比，希望对新建乙烯装置流程的选取以及老装置

技术改造有一定的参考价值。首先，两种裂解气分离流程能耗基本相当，在新装置流程选择时，可根据企业具体情况，进行投资、产品回收、操作等方面的全面比较后选择。其次，流程２中分凝分馏器技术用于老装置的改造，可大幅度降低脱甲

烷塔负荷。第三，将计算结果与实际操作情况对比，有助于发现操作中的不足，有助于找出装置瓶颈，为装置技改提供依据。

反应器使用周期长，不需定期再生，避免了后加氢

反应器因定期切换可能造成的损失。但另一方

面，前加氢催化剂对裂解气中ｃＯ含量十分敏感，

ＣＯ含量突然增加会引起反应器出口乙炔含量超标，ＣＯ含量突然减少会引起反应器飞温。而裂解原料和裂解炉操作条件的变化极易引起裂解气中ＣＯ含量变化。一旦反应器大量漏炔，因下游系统较大，置换起来十分困难，对于裂解原料来源比较复杂的企业，流程２有明显缺点。３结论

完全评价一个流程，不仅包括技术方面，也要

参考文献：

［１］陈滨．乙烯工学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９７．

２１ｌ一２１３．

［２］王松汉，何细藕．乙烯工艺与技术［Ｍ］．北京：中国石

化出版社，２０００．５６８—５７６．

［３］倪进方．化工过程设计［Ｍ］．北京：化学工业出版社，

１ｑ１９９

３３６—４２５

氆烯雀线

实施技术改造，减少丙烯损失，提高“双烯＂收率

茂名乙烯自２号裂解装置投料以来，裂解原料紧缺加剧。２０ａｒ７年开始，１号裂解装置增加轻烃原料

裂解，投用３台轻烃炉时，由于裂解炉未进行轻烃裂解适应性改造，丙烷转化率低，造成１号丙烯精馏系统分离效果下降，塔釜丙烷中丙烯含量高达２５％以上。为减少丙烯损失，提高“双烯”收率，通过技术改造，１号裂解碳三加氢出口部分物料引至２号裂解碳三加氢出口项目３月份开始经过１个月的配管施工，于４月１日投入使用。投用此线后，ｌ号丙烯精馏系统由于进料负荷降低，塔盘分离能力提高，塔釜丙烷中丙烯含量由原来的约２５％降至３％左右。通过此项改造，不仅有利于１号裂解生产负荷的进一步提

高，也大幅提高了经济效益。按丙烯损失量每小时减少约５００ｋｇ，年操作时间８０００小时计，年收益约３

２００万元。与此同时，２号裂解丙烯收率均在１６％以上，有效提高了“双烯”收率。

摘自《乙烯工业快报》２００８年第４期

两种裂解气分离流程的对比

两种裂解气分离流程的对比

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

张炜， 刘慧敏

张炜(中国石油化工股份有限公司化工事业部,北京,10003)， 刘慧敏(中国石油化工股份有限公司科技开发部,北京,100031)乙烯工业

ETHYLENE INDUSTRY2008，20(2)1次

参考文献(3条)

1.倪进方 化工过程设计 1999

2.王松汉;何细藕 乙烯工艺与技术 20003.陈滨 乙烯工学 1997

相似文献(1条)

1.学位论文 郭兴平 乙烯分离装置中的吸收分离和分凝分馏技术的研究 1998

该文针对乙烯分离装置中的吸收分离和分凝分馏技术做了以下两方面的工作:一、对Brown & Root公司新近提出的ALCET(A Low Capital EthyleneTechnology)油吸收分离流程进行了模拟计算.通过计算结果,对该流程进行评价,并对所用吸收剂进行了比较计算;二、在对Stone & Webster乙烯工艺中的分凝分馏器进一步探讨的基础上,把分凝分馏器与填料塔相结合,提出分凝分馏塔新概念,进一步提高了传质和传热效率.模拟计算显示,在脱甲烷过程中,用分凝分馏塔代替常规激冷,可降低脱甲烷塔负荷,降低冷量消耗,同时使流程得到简化.

引证文献(1条)

1.赵路.张炜.徐心茹.杨敬一.赵晓军 乙烯装置甲烷-丙烯二元混合制冷系统有效能分析[期刊论文]-计算机与应用化学 2010(6)

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