1综述
1.1形势背景
中国改革开放的三十多年间，国民经济发展迅速，GDP增长了15倍，而能源消费也增长了近4倍[1]，单位GDP消耗的主要资源和污染物排放远高于发达国家[2]。越来越大的节能减排和环保压力直接影响到中国的现代化进程，必须探索一条符合中国国情、资源节约型和环境友好型的绿色低碳发展路径。
1.2回收炼厂乙烯资源成套技术的工业应用
炼厂二次加工过程产生大量干气。通常的流化催化裂化装置(FCCU)气体产率为10%~20%；延迟焦化的气体产率一般为8%~10%；催化重整大约生产8%~15%的气体；加氢裂化产气率在8%左右[3]。C2回收装置建设的目的在于提浓这些原本用作燃料使用的气体中的C2及以上组份作为乙烯生产原料，提升资源综合利用水平、降低石油化工生产全流程综合能耗，符合资源节约型的国策。2002年美国德克萨斯贝塘石油化工区建成了世界上第一套炼厂—乙烯一体化的FCC干气乙烯回收系统[4]。2005年燕山石化干气回收乙烯装置投入运行，节省化工轻油12万吨/年[5]。该装置采用燕山石化、四川天一和SEI联合开发的回收炼厂乙烯资源成套技术，于2005年在燕山石化建成投产并于2006年通过中石化鉴定。回收炼厂乙烯资源成套技术包括变压吸附(PSA)、压缩、脱硫脱碳和微量杂质脱除4个工序，前两个工序为有效组分提浓部分、后两个工序为微量杂质净化部分。首先，利用两段变压吸附工艺，除去大部分氢气、甲烷、氮气、一氧化碳等弱吸附组分。一段吸附保证半产品气纯度，二段吸附提高乙烯回收率。富含乙烯、乙烷等C2及以上组分的半产品气经压缩升压后依次送往脱硫脱碳和微量杂志脱除部分进行胺洗、精脱硫、脱氧、碱洗，脱除硫化氢、二氧化碳、氧等有害组分，最终获得符合乙烯装置要求的富乙烯或富乙烷产品气。如图1所示。
1.3首套装置原始设计的不足
作为回收炼厂乙烯资源成套技术的开发装置，燕山石化干气提浓乙烯装置的原始设计和主要设备工程适应性存在不足[6]，主要表现为：(1)冷干机组分液能力不足，尤其当原料干气携带较多的水和较重烃类时，冷干效果较差，除影响PSA部分提浓效果外，还会缩短换剂周期并有可能造成吸附剂破碎；(2)压缩工序未设置精细过滤器且往复式压缩机无备机，上游吸附剂的破碎进而危害到装置的长周期运行；(3)作为PSA工序重要组成部分的抽真空系统中，承担较大负荷比重的罗茨真空泵采用两级串联泵头配双轴伸电机驱动型式，该机型首次应用于此类装置，在工程适应性上表现出一定欠缺，在燕山石化装置中反映出了较高的故障率。(4)真空泵能力配置偏低，在高负荷工况下吸附剂再生不够彻底。(5)吸收塔塔径偏小，高负荷工况下塔顶带液。
1.4应用范围的拓展需求
原料的适应能力是决定技术的生存能力的一个判断指标。回收炼厂乙烯资源成套技术开发之初专门针对催化干气，随着绿色经济、可持续发展观念深入人心，对更广泛的原料干气品种的回收处理提上工程层面，如焦化干气[6]、加氢干气等。相对催化干气而言，焦化干气中烷烃含量高、烯烃含量低，有机硫含量较高，是C2回收装置需要重点探讨的适应对象。
2工程设计的主要改进
继燕山石化之后，采用回收炼厂乙烯资源成套技术的工业装置先后在茂名石化、上海石化、武汉石化、四川石化、天津石化和扬子石化建成投产。十年间，在多套工业装置的工程实践中，工艺流程和工程设计得到不断完善和优化。
2.1冷干系统的优化
原料干气在上游装置经胺洗脱硫后，其水份呈饱和态，经管道输送自然降温析出的游离水会造成变压吸附剂的破碎和粉化，威胁后续气体压缩设备的运行安全。因此，需要设置冷干系统脱除原料中的部分水份。燕山石化干气提浓乙烯装置投运后逐渐暴露出冷干系统分液能力不足，结合后续装置的工程经验，2013年对冷干系统进行改造消除了装置运行瓶颈。冷干系统设计要点：(1)根据原料组成选取合理的冷冻温度；(2)根据凝液量计算分液罐尺寸规格；(3)根据变压吸附剂对目标组分的吸附—脱附特点设定适宜的回热温度。
2.2抽真空设备负荷配比调整
回收炼厂乙烯资源成套技术变压吸附提浓部分设置两段吸附以提高C2及以上组份的回收率，原料处理量20000Nm3/h以上装置的一段吸附采用罗茨真空泵与往复真空泵组合的方式抽真空。通过程控阀切换，在抽真空前期使用抽气量较大的罗茨真空泵、后期则使用往复真空泵保证较高的真空度。乙烯资源回收装置选用的罗茨真空泵为双轴伸电机驱动串联的两级泵头的型式，以适应较大抽气量和较大压比的复合工况。而该机型对于入口压力周期性变化而出口存在恒定背压的工况的适应能力有待进一步增强。根据装置运行实践经验，在装置设计过程中进行了调整罗茨真空泵与往复真空泵符合配比的探索。自燕山石化之后的装置，对处理量30000Nm3/h以上的装置，将往复真空泵单台抽气量能力由600L/s提高至1200L/s以减轻罗茨真空泵负荷、降低抽真空系统故障率。各装置投产后的运行实践表明，负荷配比调整后，罗茨真空泵故障率有所降低。
2.3罗茨真空泵型式改进
燕山石化和茂名石化装置的运行实践表明罗茨真空泵的原始选型在C2-PSA工况下故障率较高，质量难以满足装置长周期运行的要求。经与多家罗茨真空泵制造商交流选择合适的进口罗茨真空泵型式，并在燕山装置改造及后续装置装置上应用，取得了良好的效果。在罗茨真空泵的具体改进意见上，提出如下要求：(1)两级泵头与电机采用整体公用底座，以降低安装水平对泵组长周期安全稳定运行的影响；(2)泵头非驱动端设置止推定位轴承、对弹性联轴器预拉伸量进行准确计算，以降低轴承热变形造成泵组故障的风险；(3)限制级间冷却器和末级冷却器的冷却水温升和确保面积裕量，以保证逆冷效果和二级泵进气温度；(4)设置极限真空保护流程，以避免机组超载。
2.4压缩机入口设置精细过滤器
燕山石化和茂名石化干气提浓装置的压缩机入口总管没有设置精细过滤器，实际运行表明，微量吸附剂粉末会随气流带入后部的压缩机系统，尤其是装置投入运行的初期，造成往复压缩机活塞环磨损严重、气阀阻塞等问题[7]。后续装置工程设计过程中，在压缩机入口总管上设置了精细过滤器，实际运行表明，很好地解决了这个问题，没有再因此影响往复压缩机的运行周期。
2.5压缩配置的完善
对于往复压缩机备用率和装置占地面积之间的矛盾，燕山石化干气提浓乙烯装置置换气压缩机和半产品气压缩机原设计均未配置备用机组，实际运行中由于压缩机故障严重影响了装置的长周期运行。茂名石化干气提浓制乙烯装置采用的解决方案为将出口压力较高的半产品气压缩机备机通过加压方式同时为置换气压缩机备用；武汉石化和上海干气提浓装置则进一步优化采用了将置换气压缩机和半产品气压缩机合为一体，从级间抽出置换气的型式，减少了压缩机台数和占地；燕山石化干气提浓乙烯装置在后来的改造中也采用了同样的方案；天津石化C2回收装置处理能力较大的Ⅱ系列则选用级间抽出置换气的离心压缩机。
2.6原料适应性改进
回收炼厂乙烯资源成套技术传统流程能够适应加氢干气、焦化干气等原料工况。天津石化C2回收装置Ⅱ系列的净化部分选用了抚顺石化研究院的低碳烯烃加氢技术对提浓半产品气进行加氢精制(详见图3)，还可选用四川天一公司的加氢催化剂对焦化干气进行加氢预处理后再并入提浓原料(详见图4)。
2.7针对不同产品需求的工艺调整
图5为乙烯装置流程示意框图。C2回收装置产品气从不同工艺位置进入乙烯流程时，对产品气有不同的质量控制指标。一般，当原料以烯烃含量低而烷烃含量高的焦化干气和加氢干气为主要原料时，优选从裂解系统进入乙烯装置做裂解料；催化干气中烯烃含量较高，此时C2回收装置产品气优选从分离系统进入乙烯装置，根据具体情况可进入裂解气压缩机的三段入口(碱洗塔前)、或四段入口(碱洗塔后)。如从分离系统进入乙烯装置，对H2S含量有较高的要求；而从裂解系统进入时，由于乙烯装置为防止炉管渗碳而需要注硫，对C2回收装置产品气H2S含量要求就要宽松一些。根据C2回收装置产品气进入乙烯流程工艺位置的不同和乙烯装置自身配置的差异，燕山石化、上海石化的装置设有三段碱洗流程，茂名石化装置设一段碱洗，其它装置无碱洗流程。
2.8根据具体工况设置凝液回收系统
当原料干气中重烃(C4、C5)较多和产品气出装置压力较高的情况下，压缩机出口分液罐的凝液量较多，其中含有相当多的C2、C3组分，通过增设凝液回收系统，回收其中的C2、C3产品组分，提高了产品气收率约1~1.5个百分点。
2.9降噪方面
PSA单元因程控阀的周期性开启关闭，气流噪声大。根据我们对燕山、茂名装置运行的实地考察跟踪主要噪声源，并结合工艺过程对系统压降的不同要求，提出了在原设计仅均压管线上设有消音器的基础上，在逆放阀后和逆放缓冲罐内设置管道消音器的方案，该方案实施后效果明显，PSA单元的强噪声得到了明显地消减，改善了现场环境。
3工程设计的发展方向
3.1乙烯资源回收与氢气回收的联合应用
乙烯资源回收装置吸附废气中氢含量在15%~30%(v)范围，具有较高的回收价值。燕山石化为干气提浓乙烯装置吸附废气与炼厂其它含氢废气建设了膜分离装置，对其中氢组份初步提浓，再送往制氢装置PSA系统进一步处理；武汉石化将干气提浓装置吸附废气并入制氢装置原料压缩机入口；金陵石化、天津石化为吸附废气(或与其它含氢废气一起)单独设置PSA装置回收氢气。
3.2探索PSA技术与常温油吸收技术的结合
采用PSA技术回收干气中的C2，具有技术成熟、回收率较高、能耗低、操作条件缓和的优势，但其回收率和产品纯度不是很高，一般情况下，回收率在85%~89%，产品气中甲烷含量在8%~15%(随原料气中甲烷含量高低而变化)。在PSA技术的基础上，为了进一步同时提高回收率和产品纯度，PSA与常温油吸收相结合技术的研究和探索正在进行当中，在理论核算和研究上已取得了一定成果。新的工艺技术，可使回收率提升至90%以上，同时产品中甲烷含量降至5%以下，而且能耗与现有两段PSA法不相上下或仅略有增加。
4结束语
(1)建设乙烯资源回收装置回收炼厂干气中C2及以上组份作为乙烯生产原料，有利于提高石油资源综合利用水平，有利于降低石油化工生产全流程综合能耗、有利于促进行业可持续发展水平、有利于提升民族工业在国际市场的竞争能力。(2)回收炼厂乙烯资源成套技术工艺完善、技术成熟、装置能耗低、运行可靠，是建设C2回收装置的首选技术路线。(3)回收炼厂乙烯资源成套技术的模块化流程设置和系列化设计经验，使得该技术具有原料适应性强、产品品质调整灵活、装置规模体系完善的特点，基本达到标准化设计条件。(4)回收炼厂乙烯资源成套技术通过不断的完善改进，可靠性和先进性持续提高，是处于成长期的工业化技术，符合一般工艺技术优选原则。
作者： 韩振飞 单位：北京燕山玉龙石化工程有限公司
