CN111116289B - 烯烃催化裂解装置扩能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烯烃催化裂解装置扩能的方法，主要解决现有技术中烯烃裂解装置生产能力存在瓶颈的问题。本发明通过采用低温冷剂或冷冻水替代循环冷却水作为压缩机各段入口前冷却器的冷却介质，根据温度和扩能比的关联公式确定压缩机各段入口温度的技术方案较好地解决了上述问题，可用于低碳烯烃的工业生产中。

Description

烯烃催化裂解装置扩能的方法
技术领域
本发明涉及一种烯烃催化裂解装置扩能的方法。
技术背景
乙烯装置、催化裂化装置和甲醇制烯烃装置都副产大量的碳四碳五烃类，其中60％以上是烯烃。以这些副产烃类为原料进行催化裂解生产乙烯和丙烯等低碳烯烃是提高装置效益的重要途径。烯烃催化裂解技术由烯烃催化裂解反应技术和产物分离技术组成。反应技术的核心是催化剂的研制和反应器的开发，分离技术的核心是根据烯烃裂解产物分布的特点设计流程合理和经济可行的分离工艺。
目前在国内获得工业应用的烯烃催化裂解技术有中国石化上海石油化工研究院的 OCC成套技术和LUMMUS公司的OCT技术。OCC技术采用ZSM-5分子筛催化剂，高选择性的把碳四碳五烯烃转化为乙烯和丙烯，副产少量的碳四和粗汽油。OCT技术则将乙烯和碳四烯烃转化为丙烯。随着近年丙烯价格下降，中石化的OCC技术获得了广泛的关注，实现了越来越多的工业化应用。
CN1915924公开了一种涉及C4烯烃催化裂解生产丙烯的方法，主要解决现有技术中存在分子筛催化剂粘结剂影响产物丙烯转化率和选择性和空速性能的问题。该方法采用一种高结晶度的ZSM分子筛催化剂，在反应温度为400～600℃，反应压力为0～0.15MPa，重量空速为2～50小时-1条件下与催化剂接触发生催化裂解来生产丙烯，可用于C4烯烃裂解生产丙烯的工业生产中。
CN1962579涉及一种含碳烯烃裂解产物的分离方法，通过采用先将含碳烯烃裂解产物通过压缩至1.0～4.0MPa，进入第一分离塔，塔顶得到乙烯，塔釜釜液进入第二分离塔，塔顶得到C5及C5以下馏分，塔底得到的C6以上馏分；C5及C5以下馏分进入第三分离塔，塔顶得到的C3馏分进入第四分离塔；塔釜釜液为C4及C5馏分；第四分离塔侧线抽出得到重量浓度为90～99％的丙烯，塔釜得到重量浓度为80～95％的丙烷。该方法从第三分离塔塔釜分离的C4及C5馏分20～80wt％循环作为裂解反应原料。
由于烯烃催化裂解装置中碳四碳五烃类转化为高附加值的乙烯丙烯选择性高，经济效益好，因此存在迫切的进一步提高低碳烯烃产能的需要。现有烯烃催化裂解装置为了扩大产能，通常采用提高原料处理量的方法。这种方法虽然可以有限地提高低碳烯烃产量，但是存在重组分生成量增大、催化剂结焦加快、再生周期缩短等问题。分析原因，在于受压缩机处理气量的限制，原料处理量提供的同时必须降低循环气量，导致循环比下降。因此解决压缩机处理量的瓶颈是解决扩大产能过程中碳四碳五烯烃原料的低碳烯烃选择性降低和扩能效益不高的问题的关键。
现有技术均存在烯烃裂解装置生产能力存在瓶颈的问题，本发明有针对性的解决了上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中烯烃裂解装置生产能力存在瓶颈的问题，提供一种新的烯烃催化裂解装置扩能的方法。该方法具有扩能方法简单和改造投资低的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种烯烃催化裂解装置扩能的方法，一种烯烃催化裂解装置扩能的方法，采用低温冷剂或冷冻水替代循环冷却水作为冷却介质控制压缩机各段入口温度。
上述技术方案中，采用低温冷剂或冷冻水替代循环冷却水作为冷却介质控制压缩机各段入口温度，并根据下述公式确定压缩机各段入口温度的最大值，T＝MIN(40,－22.1×K +18.3×N－17.5)，其中T为第N段压缩机的入口温度,单位为摄氏度，K为扩能比，即在原装置最大产能的基础上增加的产能百分比，N为压缩机段数。
上述技术方案中，所述烯烃裂解装置的原料为碳四碳五烃类，优选的，为甲醇制烯烃装置副产碳四碳五烃类。
上述技术方案中，所述低温冷剂或冷冻水的温度低于T，低温冷剂选自乙烯冷剂和/ 或丙烯冷剂，优选的为丙烯冷剂。
上述技术方案中，优选的，所述扩能比K＝10％～50％
上述技术方案中，优选的，所述压缩机为三段压缩机。
采用本发明的方法，可以有效解决压缩机气量瓶颈的问题。通过降低压缩机入口温度，使扩能后增加的烃类气体部分在压缩机入口缓冲罐冷凝，从而降低压缩机入口进气量，使压缩机各段的进气量达到设计值。显然，扩能的需要越大，扩能比越高，则满足扩能需要的压缩机入口温度的最大值越低。非显而易见的是，对于不同的扩能需要，不同的反应原料组成，和不同的循环比，压缩机入口温度是不同的。并且，对于多段压缩机，各段相应的入口温度也是不同的。本发明提供了一种简单可靠的方法，用于确定不同扩能需要下，压缩机各段入口的温度。
显然，对压缩机各段入口的温度影响增大的因素是装置的扩能比K。反应原料组成和循环比对入口温度T的影响则综合地体现在反应器进料组成的影响上，这是由于反应器进料是反应原料和循环烃类的混合物，反应器进料组成直接影响压缩机入口的设计温度，而反应原料和循环比则通过影响反应器进料组成起到间接影响的作用。因此，认为扩能比和反应器进料组成是压缩机各段入口设计温度的两大重要影响因素。以扩能比和反应器进料组成作为变量、以压缩机的各段气量保持基本恒定为优化目标，对压缩机各段入口设计温度对进行定量研究。压缩机各段入口设计温度的研究结果见下表1。
表1
装置扩能比K 10％ 30％ 50％ 10％ 30％ 50％ 10％ 30％ 50％
反应器进料烯烃含量(wt％) 54％ 54％ 54％ 78％ 78％ 78％ 61％ 61％ 61％
压缩机一段入口温度(℃) 1 -5 -9 5 -2 -7 0 -4 -8
压缩机二段入口温度(℃) 15 9 7 18 9 6 16 9 6
压缩机三段入口温度(℃) 37 31 26 36 29 22 35 29 24
由以上研究结果可知，反应器进料组成对压缩机各段入口设计温度的影响不大。为了简化设计，取不同反应进料组成下的最小压缩机入口温度，以满足不同反应进料组成下的扩能需要。不同装置扩能需要下的压缩机各段入口设计温度见表2。
表2
装置扩能比K 10％ 30％ 50％
压缩机一段入口温度(℃) 0 -5 -9
压缩机二段入口温度(℃) 15 9 6
压缩机三段入口温度(℃) 35 29 22
对以上数据进行线性拟合可知，压缩机入口温度随扩能比K的增大而下降，同时一段的温度较二段低，二段温度较三段低。拟合结果见图1。
对三个拟合的线性方程截距进行研究，发现截距和压缩机的段数存在一定的线性关系。见图2。
结合以上分析，同时采用一段压缩机线性拟合方程的斜率作为压缩机入口温度和扩能比线性关系的斜率，以满足二段和三段压缩机入口温度的需要，达到进一步简化关系式的目的，获得本发明中所述的公式：T＝MIN(40,－22.1×K+18.3×N－17.5)。其中，MIN() 代表最小值函数，即当公式求得的温度高于40℃时，取40℃为压缩机入口温度。
采用本发明所述的方法，可以根据扩能需要确定压缩机各段的入口温度的最大值，为压缩机去瓶颈和换热器改造提供可靠的设计依据，取得了较好的技术效果。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
附图说明
图1是压缩机入口温度和扩能比的关系图。
图2是压缩机段数和截距的关系图。
具体实施方式
【比较例1】
某烯烃裂解装置的最大原料处理量为10吨/小时，循环量为15吨/小时，反应进料含烯烃61wt％，压缩机为三段压缩机，各段入口温度为40℃，一段的标况气量为11立方/ 小时，二段的标况气量为11立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为 5.2吨/小时。
【实施例1】
对比较例1中的装置进行扩能，扩能比为10％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-1.4℃，二段压缩机入口温度为16.9℃，三段压缩机入口温度为35.2℃，一段的标况气量为10立方/小时，二段的标况气量为10立方/ 小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为5.7吨/小时。
【实施例2】
对比较例1中的装置进行扩能，扩能比为30％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却或0℃冷冻水冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-5.8℃，二段压缩机入口温度为12.5℃，三段压缩机入口温度为30.8℃，一段的标况气量为11立方/小时，二段的标况气量为11立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.8吨/小时。
【实施例3】
对比较例1中的装置进行扩能，扩能比为50％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-10.3℃，二段压缩机入口温度为8.1℃，三段压缩机入口温度为26.4℃，一段的标况气量为10立方/小时，二段的标况气量为10立方/ 小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为7.8吨/小时。
【比较例2】
某烯烃裂解装置的最大原料处理量为10吨/小时，循环比为10吨/小时，反应进料含烯烃78wt％，压缩机为三段压缩机，各段入口温度为40℃，一段的标况气量为9立方/小时，二段的标况气量为8立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为4.6吨/小时。
【实施例4】
对比较例2中的装置进行扩能，扩能比为10％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用0℃冷冻水冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-1.4℃，二段压缩机入口温度为16.9℃，三段压缩机入口温度为35.2℃，一段的标况气量为9立方/小时，二段的标况气量为8立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为5.1吨/小时。
【实施例5】
对比较例2中的装置进行扩能，扩能比为30％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-5.8℃，二段压缩机入口温度为12.5℃，三段压缩机入口温度为30.8℃，一段的标况气量为9立方/小时，二段的标况气量为8立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.0吨/小时。
【实施例6】
对比较例2中的装置进行扩能，扩能比为50％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-50℃乙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-10.3℃，二段压缩机入口温度为8.1℃，三段压缩机入口温度为26.4℃，一段的标况气量为9立方/小时，二段的标况气量为8立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.9吨/小时。
【比较例3】
某烯烃裂解装置的最大原料处理量为10吨/小时，循环比为20吨/小时，反应进料含烯烃54wt％，压缩机为三段压缩机，各段入口温度为40℃，一段的标况气量为14立方/ 小时，二段的标况气量为13立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为 5.7吨/小时。
【实施例7】
对比较例3中的装置进行扩能，扩能比为10％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-15℃冷冻水冷却，二段压缩机出口采用0℃冷冻水冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-1.4℃，二段压缩机入口温度为16.9℃，三段压缩机入口温度为35.2℃，一段的标况气量为14立方/小时，二段的标况气量为13立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.3吨/小时。
【实施例8】
对比较例3中的装置进行扩能，扩能比为30％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-5.8℃，二段压缩机入口温度为12.5℃，三段压缩机入口温度为30.8℃，一段的标况气量为14立方/小时，二段的标况气量为13立方/ 小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为7.5吨/小时。
【实施例9】
对比较例3中的装置进行扩能，扩能比为50％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-10.3℃，二段压缩机入口温度为8.1℃，三段压缩机入口温度为26.4℃，一段的标况气量为13立方/小时，二段的标况气量为13立方/ 小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为8.6吨/小时。
【实施例10】
对比较例1中的装置进行扩能，扩能比为20％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-3.6℃，二段压缩机入口温度为14.6℃，三段压缩机入口温度为32.9℃，一段的标况气量为11立方/小时，二段的标况气量为11立方/ 小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.2吨/小时。
【实施例11】
对比较例1中的装置进行扩能，扩能比为35％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-7℃，二段压缩机入口温度为11.3℃，三段压缩机入口温度为29.6℃，一段的标况气量为11立方/小时，二段的标况气量为11立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为7.0吨/小时。
【实施例12】
对比较例2中的装置进行扩能，扩能比为40％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-8℃，二段压缩机入口温度为10.2℃，三段压缩机入口温度为28.5℃，一段的标况气量为9立方/小时，二段的标况气量为8立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为6.4吨/小时。
【实施例13】
对比较例3中的装置进行扩能，扩能比为45％，根据本发明中所述方法，一段压缩机出口采用-24℃丙烯冷剂冷却，二段压缩机出口采用-7℃丙烯冷剂冷却，三段压缩机出口采用10℃冷冻水冷却，一段压缩机入口温度为-9℃，二段压缩机入口温度为9.1℃，三段压缩机入口温度为27.4℃，一段的标况气量为14立方/小时，二段的标况气量为13立方/小时，三段的标况气量为2立方/小时。低碳烯烃产量为8.3吨/小时。

Claims (9)

1.一种烯烃催化裂解装置扩能的方法，采用低温冷剂或冷冻水替代循环冷却水作为冷却介质控制压缩机各段入口温度，其特征在于，压缩机各段入口温度的最大值为T，T=MIN(40，－22.1×K＋18.3×N－17.5)，其中T为第N段压缩机的入口温度的最大值，单位为摄氏度，K为扩能比，即在原装置最大产能的基础上增加的产能百分比，N为压缩机段数，低温冷剂选自乙烯冷剂和/或丙烯冷剂。
2.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于所述烯烃裂解装置的原料为含碳四碳五的烃类。
3.根据权利要求2所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于所述含碳四碳五的烃类为甲醇制烯烃装置副产碳四碳五烃类。
4.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于所述低温冷剂或冷冻水的温度低于T。
5.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于扩能比K=10%~50%。
6.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于扩能比K=20%~50%。
7.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于扩能比K=30%~45%。
8.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于扩能比K=35%~40%。
9.根据权利要求1所述烯烃催化裂解装置扩能的方法，其特征在于所述压缩机为三段压缩机。
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