陕西延长石油12万t／a乙苯装置设计与优化.pdf

第 4 O卷第 6期 2 0 1 1年 6月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V O ] ． 4 0 ． N o ． 6 J u n e，2 0 11 陕西延长石油 1 2万 t ／ a乙苯装置设计与优化 阚 昊 ， 1 ．辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 ； 金月昶 ，金熙俊 2 ．中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 6 摘 要介绍了催化干气制乙苯技术的特点及其在国内外的发展状况，并分别对设计过程中催化装置原料 掺渣比提高，乙苯原料干气 H s 含量急剧上升，乙苯中二甲苯含量要求越来越严格的新情况进行了阐述。采用 了干气脱硫新工艺，干气水洗除碱性物质 ，优化换热流程等技术措施来进行优化。 关键词 催化干气 ； 乙苯； 设计； 优化 中图分类号 T E 6 2 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 1 0 6 0 5 9 3 0 5 De s i g n a nd Op t i m i z a t i o n o f 1 2 0 kt ／ a Et h y l b e n z e n e Un i t i n S h a a n x i Ya n c h a n g P e t r o l e u m Co mp a n y K ANHa o ，J I NY u e c h a n g 2 J I NXi -j u n 1 ． L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， C h i n a ； 2 ． Ch i n a Hu a n q i u Co n t r a c t i n g En g i n e e rin g Co r p o r a t i o n Li a o n i n g Br a n c h ， L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 6 ， C h i n a Abs t r a c t Ch a r a c t e ris t i c s o f c a t a l y t i c d r y g a s p r o d u c i n g e t h y l b e n z e n e t e c h n o l o g y a n d i t s d e v e l o p me n t a t h o m e an d a b r o a d we r e i n t r o d u c e d ． An d s o me p r o b l e ms i n d e s i g n we r e d i s c u s s e d ， s u c h a s r a p i d l y i n c r e a s i n g o f H2 S c o n t e n t i n d r y g a s a s e t h y l b e n z e n e f e e d s t o c k wi t h r a i s i n g r e s i d u e b l e n d i n g r a t i o i n t h e c a t a l y t i c f e e d s t o c k ， mo r e a n d mo r e rig o r o u s r e g u l a t i o n s f o r x y l e n e c o n t e n t i n e t h y l b e n z e n e ． Ne w p r o c e s s t e c h n o l o g i e s i n c l u d i n g d r y g a s d e s u l f u r i z a t i o n ， r e mo v i n g a l k a l i s u b s t a n c e s i n d r y g a s wi t h wa t e r wa s h i n g a n d o p t i mi z i n g h e a t t r a n s f e r p r o c e s s we r e u s e d t o o p t i mi z e t h e e t h y l b e n z e n e p r o c e s s ． Ke y wo r d s C a t a l y t i c d r y g a s ； E t h y l b e n z e n e ； De s i g n ； O p t i mi z a t i o n 乙苯是重要 的化工原料 ， 主要用于生产苯乙烯。 目前， 我国苯乙烯需求量近 5 0 0 万 t／ a ， 2 0 0 6 2 0 0 8 年平均每年进 口 2 7 0万 t 。采用价值较低的稀乙烯 如炼厂催化裂化r c c 干气等 生产乙苯， 不仅充分 利用了资源， 还可降低乙苯的生产成本，具有重要的 意义 。 。催化干气制乙苯工艺技术也具有广阔的发 展前景。目 前 ，国内有大连、海南、锦西、林源、 抚顺、华北油田等多家石化企业建有催化裂化干气 制乙苯装置，炼厂气综合利用率较高，企业经济效 益非常可观。本论文以陕西延长石油公司催化干气 为原料 ，采用 国内催化干气制 乙苯第三代技术设计 一 套 1 2万 t ／ a乙苯装置 ，具有能耗低 ，催化剂寿命 长等特 点。 1催化干气制乙苯的特点及反应原理 催化裂化干气中含有 8 ％～ 2 0 ％的乙烯，国内 的大部分催化裂化干气作为炼油厂燃料气和民用瓦 斯白白烧掉，没有充分考虑化工资源的综合利用。 利用炼厂催化裂化装置副产的干气中的乙烯与苯烷 基化制取乙苯就是一条开发利用乙烯资源的新途 径。 这样既可以缓解塑料树脂工业原料短缺的矛盾 ， 又可以为后续重要化工原料苯乙烯的生产提供充足 原料，缓解国内苯乙烯供需矛盾。因原料来 自 炼油 厂尾气， 成本低廉 ， 回收催化裂化干气中的乙烯后 ， 剩余的副产气还可以作为燃料气使用，所以项 目投 产后，经济效益可观，市场前景非常广阔，与用纯 乙烯生产乙苯相比，每吨成本降低 1 0 0 0 元左右。 因此，炼油厂利用催化裂化干气生产乙苯是一条经 济可行的技术路线和炼厂气综合利用 的有效方法。 为 了合理利用干气资源 、缓解苯 乙烯供需矛盾 ，由 中国科学院大连化学物理研究所 、抚顺石化公 司石 油二厂等联合开发了催化干气制乙苯工艺， 已通过 国家级鉴定， 申请 了专利 。在干气与苯烷基化第一 和第二代技术基础上 一 ，开发了气相烷基化与液相 烷基转移结合的第三代技术，首先研制成 B 型分子 筛催化剂 3 9 8 4 ，并成功工业化，又开发了 Y型分子筛 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 4 2 2 作者简介 阚昊 1 9 8 6 一 ，男，辽宁沈阳人 ，2 0 0 9年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺专业，现为辽宁石油化工大学化学工艺专业 在读硕士研究生，目前从事乙苯装置设计和优化 的研 究。E - m a i l k a n h a o 7 8 1 6 3 ． c o m 。 5 9 4 当 代 催化剂 3 9 9 4 ， 在 中国石油抚顺石油二厂进行 了公斤 级 的 3 9 9 4催化剂液相烷基转移中试实验， 反应性能 与工业化 3 9 8 4催化剂相比，具有低温和高空速等特 点 。 乙苯装置 中有烷基化反应器及烷基转移反应器， 催 化裂化干气 中除了含 1 0 ％～2 0 ％的乙烯 ， 还含有 少量丙烯、 丁烯， 反应产物比较复杂。 在烷基化反应 器 中主要发生 乙烯与苯生成 乙苯及二乙苯的反应， 同时生成少量正丙苯 、异丙苯、丁苯 、二 甲苯。烷 基化反应是放热反应， 每种烯烃和苯结合都释放出 基本相同的热量， 因此，烷基化反应器设计为多段冷 激式，一般催化裂化原料干气采用三段进料， 以利于 反应所放热量的取出。为获得较高的乙烯转化率和 乙苯选择性， 在烷基化反应 中维持过量的苯。 多乙苯 烷基转移反应可逆 的二级动力学反应， 接近热力学 平衡，基本是等温反应，没有温度变化，反应平衡不随 温度变化而改变， 仅受反应物组成的影响。 同样， 在烷 基转移反应中也持过量的苯， 以获得较高的转化率 和乙苯选择性 。 2 乙苯装置的工艺设计 2 ． 1 技术路线 本装置采用的技术路线是中国寰球工程公司 辽宁分公司开发的催化干气制乙苯工艺及中科院大 连化物所和中国石油抚顺石化分公司联合研制的催 化干气制乙苯生产技术。 2 ． 2 工艺技术特点 f 1 1高温 的烷基化反应物用于加热循环苯 、烷 基转移反应器人 口物料 ，循环苯 的汽化由苯塔顶油 气加热完成，循环苯加热炉主要用于开工和乙烯浓 度较低时使用， 当乙烯浓度高于 1 8 ％ V 1 时循环苯加 热炉可停开； 2 二乙苯塔采用负压操作 ，塔顶不发生蒸汽 ， 设抽真空系统，降低塔底温度； 3 取消热载体系统，同时在苯塔底设再沸炉， 用苯塔底油作为各塔塔底再沸器的热源。 2 , 3 工艺流程简述 2 ．3 ． 1 烷基化及烷基转移系统 丙烯吸收塔顶的净化干气分三路进烷基化反应 器，与自反应器顶部进入的苯混合后进行烷基化反 应。烷基化反应产物经换热后进入粗分塔。粗分塔 底油经升压、换热后送人苯塔。粗分塔顶气经冷却 后进人烷基化尾气吸收塔，通过与塔顶的二乙苯吸 收剂逆流接触，吸收掉大部分重组分的烷基化尾气 送至厂内燃料气管网。烷基化尾气解吸塔底油做为 烷基转移料， 与循环苯混合后进入烷基转移反应器 ， 烷基转移反应产物也进入苯塔。烷基化反应器共 2 台，1台用来操作 ，另 1台用来再生 ，再生周期为 1 2 0天。烷基转移反应器 1 台，再生周期为 3 0 0天。 系统来的氮气与净化风按 比例混合后 ，经氮气 压缩机加压到 0 ． 9 5 MP a ，然后与再生烟气换热 2 9 6 o C、0 ． 9 MP a ，再经加热炉升温到 5 5 0 o C，从反应 器顶部进入反应器床层，自上而下烧焦。烧焦烟气 经过换热 、冷却后 ，进行分离 、干燥再进入压缩机 循环使用。 2 - 3 ． 2 乙苯精馏系统 粗分塔塔底物料经泵加压 、换热后进入苯塔 的 3 6 层塔板，烷基转移反应产物进入苯塔的2 8 层塔 板 。苯塔油气从苯塔塔顶蒸 出，部分冷凝后 的冷凝 液作回流， 不凝气进粗分塔。 苯从苯塔 2 8 层塔板抽 出， 一部分送入循环苯罐，另一部分送入烷基转移 料罐。苯塔底物料一部分进入乙苯塔 ，另一部分经 泵加压后作为脱 乙烯塔 、脱丙烯塔 、乙苯塔 、丙苯 塔 、二乙苯塔再沸器热源 ，最后经苯塔底重沸炉加 热后返回苯塔底 。 在乙苯塔，乙苯从塔顶蒸出，冷却后一部分作 回流，另一部分作为中间产品送人苯乙烯单元。塔 底物料加压后进入丙苯塔 ，丙苯从塔顶蒸出一部分 作 回流 ，另一部分作为产品冷却后送出装置 。丙苯 塔底物料作为二乙苯塔进料进入二乙苯塔。二乙苯 塔为真空操作 ， 二乙苯从塔顶蒸 出， 一部分作回流 ， 另一部分作为吸收剂与烷基化尾气吸收塔底物料换 热后进入烷基化尾气吸收塔 ，二乙苯塔底的高沸物 作为吸收剂送人苯乙烯部分。表 1 为乙苯主要装置 工艺操作条件表。 3 乙苯装置的优化 3 ． 1 工艺特点 丙烯吸收塔采用加压低温吸收技术 ，提高吸收 效率，能够延长催化剂寿命。副产的富丙烯气中丙 烯含量较高， 可作为化工原料输送至精细化工装置。 脱 乙烯塔 的进料采用催化裂化装置解吸塔进料流 程，即上冷下热双进料，减少设备投资，降低装置 能耗。 3 ． 1 ． 1 优化催化剂 的装填形式 第二代催化干气制乙苯技术中，烷基化反应器 采用五段等量装填，干气分四段注入，第五段催化 剂只在催化剂使用末期投用。而在实际生产运行中 第4 0卷第 6 期 阚 昊，等陕西延长石油 1 2万吨／ 年乙苯装置设计与优化 5 9 5 发现第五段催化剂没有起到应有的作用。 ℃后，以气相状态从顶部进入烷基化反应器；另一 表 1 乙苯主要装置工艺操作条件表 Ta b l e 1 M a i n o p e r a t i n g c o n d i t i o n s o f t h e e t h y l b e n z e n e u n i t 第三代催化干气制乙苯技术中，烷基化反应器 的催化剂根据反应进展深度采用四段不等量装填， 干气四路进料三段注入。当烷基化反应器第一段床 层催化剂因结焦而失活时，可以关闭第一段床层干 气入口阀、打开第四段床层干气进料阀。即增加了 操作的灵活性，又减少了设备和催化剂的投资。 3 ． 1 ． 2 优化换热流程 第三代催化干气制乙苯技术中，高温的烷基化 反应 物用于加热循环苯 、 烷基转移反应器入 口物料 ， 循环苯的汽化由苯塔顶油气加热完成， 循环苯加热 炉主要用于开工和乙稀浓度较低时使用，当乙稀浓 度高于 1 8 ％ V 时循环苯加热炉可停开；烷基化 反应物冷却至 1 4 0℃进入吸收部分。 3 ． 2工艺流程 由装置外来的新鲜苯分成二路 ，一路去吸收剂 罐， 一路与来自苯塔的循环苯混合f 图 1 和图2 。 混 合后的苯分成二路 ，一路送至循环苯缓冲罐，以苯 塔顶来的油气为动力，使循环苯缓冲罐中的苯先后 通过循环苯蒸发器，反应产物一 循环苯 1 换热器、 反应产物一 循环苯f 2 换热器与反应产物换热，汽化 过热至 3 2 0℃，然后进入循环苯加热炉加热至 3 3 0 路与从烷基转移料一 吸收剂换热器来的烷基转移料 混合后进人烷基转移进料罐，用烷基转移进料泵经 反应产物一 烷基转移进料换热器换热至 2 6 0 ℃，从 底部送人烷基转移反应器。 从丙烯吸收塔顶来的催化干气分四路 正常生 产时投三路 经流量控制进入烷基化反应器。当烷 基化反应器第一段床层催化剂因结焦而失活时，可 以关闭第一段床层干气人口阀、打开第四段床层干 气进料阀。 由烷基化反应器底部出来 的烷基化产物经多次 换热降温至 1 4 0℃后进入粗分塔下部。 来 自吸收塔底的烷基转移料经烷基转移料一 吸 收剂换热器换热后与循环苯混合后进入反烃进料 罐，混合后的烷基转移物料经烷基转移进料泵加压 后进入烷基转移反应器，发生液相烷基转移反应， 烷基转移反应产物直接进入苯塔 。 聚环苯 补 苯 催化干气 烷基化反应产物 烷基转移反应产物 1 一 烷基化反应器；2 - 循环苯加热炉 ；3 一 稳定塔进料加热器；4 一 循环 苯罐；5 - 软化水加热器；烷基转移进料罐 ；7 - 烷基化产物冷却器 ；8 一 烷基转移反应器 图 1 第二代催化干气制乙苯技术反应部分工艺流程图 Fi g ． 1 Th e pa r t p r o c e s s flo w o f t h e s e c o n d g e n e r a t i o n c a t a l y t i c d r y ga s e t hy l be nz e ne t ec hnol og y 烷基转移反应产物 烷基转移料 烷基化反应产物 1 一 烷基化反应器 ； 2 - 循环苯加热炉；3 一 循环苯蒸发器 ； 4 一 苯塔进料 加热器 ；5 - 循环苯罐 ；6 - 蒸汽发生器；7 - 烷基转移进料罐 ； 8 - 干气加热 器 ；9 - 烷基转移反应器 图 2 第三代催化干气制乙苯技术反应部分工艺流程图 F i g ． 2 Th e pa r t p r o c e s s fl o w o f t h e t h i r d g e n e r a t i o n c a t a l y t i c d ry g a s e t h y l b e n z e n e t e c h n o l o g y 3 ． 3 方案对 比 目前， 催化干气反应部分烷基化催化剂和烷基 转移催化剂的再生方式分为器内再生和器外再生两 种。器内再生用高温氮气和空气对反应器内的失活 催化剂进行再生 ， 器外再生指将失活催化剂卸下运 5 9 6 当 代 化 工 2 0 l 1年 6月 送至催化剂厂家进行再生 。 中国寰球工程公司辽宁分公司设计的林源炼油 厂 1 0万 t ／ a乙苯装置采用的是器内再生流程 ，而洛 阳石化工程公司设计的锦西炼化总厂6 万t ／ a 乙苯装 置采用的是器外再生流程。本次设计中通过对 2种 方案进行 比选 ，最终选择器内再生方式 。 采用器 内再生的原因主要有 1 根据大连化物所提供的催化剂使用性能， 烷基化催化剂使用初期再生时间为 6 9 个月； 但反 应末期 ，1 ～ 2个月就需再生 1次 ，1年需再生 3 ～ 5 次。频繁对催化剂装卸 ，会造成催化剂破碎和损失 该催化剂价格较贵 ； 2 催化剂第 1 次装填后，由于在生产、 运输、 装卸过程中吸人水分，使用时需要活化； 3 即使采用器外再生，再生装填后也必须进 行活化 ，原再生系统流程也不能取消； 4 H s 长期在反应器内积存， ’ 在高温下会生成 部分 F e S ，附在器壁上 ，如果反应器不经过再生直 接开人孔卸剂 ，F e S会 自燃 ，反应器 内还会有残存 的烷基化液及可燃气体会造成着火爆炸事故的发 生。因此卸剂必须在有氮封的情况下，由专业队伍 卸，费用会很大。 f5 如频繁采用器外再生，对运行中的装置安 全构成危害，而且装卸过程中催化剂的强度受到破 坏，受天气等自然因素影响，不能完全保证催化剂 的装填时间。 而采用器内再生， 虽然一次投资偏高， 但操作方便灵活，不受天气等 自 然因素的影响。 4 结束语 通过对工艺技术、产品方案及能耗经济评价等 因素综合研究表明 1 干气精制 中设置的水洗塔效果明显 ， 催化 干气 中 M D E A含量 由 1 0 0 X 1 0 降至 1 X 1 0 ～ ，减 少了催化剂中毒程度，延长了催化剂的使用寿命 ； 脱丙烯工艺设计合理， 脱丙烯率接近 9 9 ．9 6 ％， 有效 的保证了乙苯产品的纯度 ，而且乙稀损失率仅为 0- 3 7％ 。 2脘 基化和烷基转移催化剂具有较好的活性 稳定性。烷基化反应 的乙烯转化率达到 9 9 ． 0 ％，乙 苯选择性 8 5 ． 0 ％，烷基转移反应的多乙基苯转化率 达 6 5 ． 0 ％，生成乙苯选择性为 9 9 ． 0 ％，达到了国外 先进水平 。 3 j 亥工艺不仅解决了原 1 艺严重腐蚀设备和 污染环境等长期困扰装置稳定生产的问题，而且降 低 了生产成本，延长了开T周期 ，具有显著的经济 效益和社会效益。 参考文献 [ 1 ]李建伟， 王嘉， 刘学玲， 等． 催化干气制乙苯第 代技术的 h 应』 tl l J l 化工进展， 2 0 1 0 ， 2 9 9 2 0 2 4 ． [ 2 ]蔡丰． 粗乙烯为原料制取乙苯 』 艺的选择l J I_ 广东化工， 1 9 9 9 5 1 - 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