干氣資源的案例
煉油廠干氣資源綜合利用的流程優(yōu)化
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 煉油與化工 山東三維石化
作 者 | 王大同 譚建平
關(guān)鍵詞 | 煉廠 干氣資源 綜合利用
共 1842 字 | 建議閱讀時間 9 分鐘
DAO DU
導(dǎo)讀
煉油化工行業(yè)是以煤或原油為基本原料，生產(chǎn)石油燃料及下游化工產(chǎn)品。在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量煉油廠干氣，主要組分為氫氣和低碳烴類化合物。
煉油廠干氣中氫氣作為煉油廠較為重要的化工原料，現(xiàn)多以天然氣制氫工藝獲得；低碳烴類中C2、C3作為乙烯裝置原料，回收低碳烴類產(chǎn)品可有效降低乙烯裝置原料成本，提高裝置經(jīng)濟(jì)效益。
現(xiàn)階段煉油企業(yè)對煉油廠干氣資源已進(jìn)行一定程度回收，但隨煉油規(guī)模擴(kuò)大，煉油廠干氣資源愈加豐富，現(xiàn)有干氣回收設(shè)施不能滿足需求，仍有部分干氣資源未能得到有效利用，多被排至燃料氣管網(wǎng)作為燃料，造成氫氣及輕烴資源的浪費。
目前，對于煉油廠干氣中氫氣資源，可通過變壓吸附、低溫冷凝、膜分離等方法獲得產(chǎn)品氫氣；對于干氣中輕烴資源，則通常采用深冷分離、變壓吸附、油吸收分離等方法來提濃回收其中的輕烴組分。
煉油廠干氣資源回收現(xiàn)狀
01
煉油廠干氣資源
某煉油廠隨著改造項目投產(chǎn)，將副產(chǎn)飽和干氣和不飽和干氣，其中飽和干氣約35.41×104t/a，主要包括2#焦化干氣、1#PSA解吸氣、1#加裂干氣和2#加裂干氣及新增3#干裂干氣；不飽和干氣大約為19.80×104t/a，主要包括1#催化裂化干氣、2#催化裂化干氣。目前干氣資源合計約55.21×104t/a，各股干氣物流組分詳見表1、2。
展開 煉廠輕烴的來源、組成及其綜合利用
可以看出，催化裂化干氣中C2資源豐富，乙烯和乙烷體積分?jǐn)?shù)高達(dá)60%，尤其是DCC干氣中的乙烯體積分?jǐn)?shù)高達(dá)40%，因此在煉化企業(yè)中常常回收得以利用。對比幾種工藝的液化石油氣組成，可以發(fā)現(xiàn)DCC液化石油氣中丙烯和異丁烯含量最高，而MIP和MIP-CGP工藝的異丁烷含量較高，這主要歸因于這幾種工藝氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)的差異。液化石油氣收率較高，輕烴類型多，其綜合利用一直是企業(yè)關(guān)注的重點。
對于延遲焦化和加氫裂化裝置，工藝類型對氣體輕烴的組成影響不大。下表列出兩類裝置的典型氣體輕烴組成。
延遲焦化裝置所產(chǎn)干氣中甲烷和乙烷含量較高，液化石油氣中丙烷和丁烷含量遠(yuǎn)高于同碳數(shù)的烯烴含量，并且正丁烷含量也遠(yuǎn)高于異丁烷含量，這與催化裂化裝置的氣體輕烴組成差異較大。與延遲焦化相比，加氫裂化裝置的氣體輕烴為飽和輕烴，液化石油氣中異丁烷含量略高于正丁烷。由于這兩類裝置的氣體輕烴組成不同，在煉油廠的用途也有較大的差別。
煉廠輕烴該如何綜合利用呢？
01
干氣資源的利用
煉油廠干氣資源包含飽和干氣和不飽和干氣，干氣收率為原油加工總量3%～5%，其中常減壓塔頂氣和加氫處理裝置的飽和氣體收率較低，一般常作為裝置的燃料自用。但隨著加工量的增加和加氫原料比例的提升，這部分氣體資源產(chǎn)量也大幅增加。因此，大型煉油廠和新建煉油廠一般都配套設(shè)置了輕烴回收裝置，回收部分高價值的飽和輕烴資源，剩余干氣再作為裝置燃料或制氫原料，從而實現(xiàn)資源的高效利用，同時保證企業(yè)的安全生產(chǎn)。
對于煉油廠的不飽和干氣資源，如延遲焦化干氣和催化干氣等，傳統(tǒng)煉油廠和小型煉油企業(yè)一般作為燃料自用。
展開 PDH、MTO、原油直接制乙烯誰更牛？
乙烷在煉化企業(yè)干氣資源中較豐富，但通常作為燃料使用，造成極大的資源浪費。
乙烷氧化脫氫(ODH)制乙烯的核心思想是通過化學(xué)方法將乙烷脫氫過程生成的氫氣從反應(yīng)區(qū)移去，以促進(jìn)乙烯的生成。乙烷直接氧化脫氫(O2-ODH)、乙烷二氧化碳氧化脫氫(CO2-ODH)和乙烷化學(xué)鏈氧化脫氫(CL-ODH)是目前的研究熱點。
2.1 乙烷直接氧化脫氫制乙烯
在乙烷直接氧化脫氫制乙烯(O2-ODH)過程中，乙烷在催化劑作用下被氧氣部分氧化為乙烯和水，其反應(yīng)過程為C2H6+O2 C2H4+H2O。
目前用于該過程的催化劑研究較多的主要有兩類，包括鉑基催化劑和混合金屬氧化物催化劑(由鉬、釩、碲和鈮組成)。在鉑基催化劑作用下，碳?xì)浠衔锖脱醴磻?yīng)放出熱量，同時引發(fā)選擇性氣相ODH反應(yīng)。混合金屬氧化物催化劑在 600～650 ℃時具有高達(dá)65%的乙烷轉(zhuǎn)化率和較高乙烯選擇性，而在比較低的反應(yīng)溫度(360 ℃)下可獲得90%以上的乙烯選擇性[5]。
與傳統(tǒng)的乙烷蒸汽裂解工藝相比，乙烷O2-ODH過程由于是放熱反應(yīng)以及較低的操作溫度預(yù)計可節(jié)能30%以上[6]。然而，該技術(shù)的應(yīng)用也面臨許多挑戰(zhàn)。一方面，COx和焦炭等副產(chǎn)物的形成比乙烯的形成更具有熱力學(xué)優(yōu)勢，這對催化劑的選擇性提出了較大挑戰(zhàn)；另一方面，乙烷O2-ODH反應(yīng)過程需要大量惰性氣體稀釋以使反應(yīng)混合物遠(yuǎn)離易燃區(qū)，增加了安全風(fēng)險并大幅提高了設(shè)備投資和操作費用。
2.2 乙烷二氧化碳氧化脫氫制乙烯
乙烷二氧化碳氧化脫氫制乙烯(CO2-ODH)過程采用低成本弱氧化劑代替氧氣，既可以避免燃燒有價值的碳?xì)浠衔铮矡o需大量惰性氣體的稀釋。另外，CO2-ODH過程利用了二氧化碳，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面具有很大吸引力。
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2.1 乙烷直接氧化脫氫制乙烯
在乙烷直接氧化脫氫制乙烯(O2-ODH)過程中，乙烷在催化劑作用下被氧氣部分氧化為乙烯和水，其反應(yīng)過程為C2H6+O2 C2H4+H2O。
目前用于該過程的催化劑研究較多的主要有兩類，包括鉑基催化劑和混合金屬氧化物催化劑(由鉬、釩、碲和鈮組成)。在鉑基催化劑作用下，碳?xì)浠衔锖脱醴磻?yīng)放出熱量，同時引發(fā)選擇性氣相ODH反應(yīng)。混合金屬氧化物催化劑在 600～650 ℃時具有高達(dá)65%的乙烷轉(zhuǎn)化率和較高乙烯選擇性，而在比較低的反應(yīng)溫度(360 ℃)下可獲得90%以上的乙烯選擇性[5]。
與傳統(tǒng)的乙烷蒸汽裂解工藝相比，乙烷O2-ODH過程由于是放熱反應(yīng)以及較低的操作溫度預(yù)計可節(jié)能30%以上[6]。然而，該技術(shù)的應(yīng)用也面臨許多挑戰(zhàn)。一方面，COx和焦炭等副產(chǎn)物的形成比乙烯的形成更具有熱力學(xué)優(yōu)勢，這對催化劑的選擇性提出了較大挑戰(zhàn)；另一方面，乙烷O2-ODH反應(yīng)過程需要大量惰性氣體稀釋以使反應(yīng)混合物遠(yuǎn)離易燃區(qū)，增加了安全風(fēng)險并大幅提高了設(shè)備投資和操作費用。
2.2 乙烷二氧化碳氧化脫氫制乙烯
乙烷二氧化碳氧化脫氫制乙烯(CO2-ODH)過程采用低成本弱氧化劑代替氧氣，既可以避免燃燒有價值的碳?xì)浠衔铮矡o需大量惰性氣體的稀釋。另外，CO2-ODH過程利用了二氧化碳，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面具有很大吸引力。
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