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C2加氫綠油分離罐的設(shè)計

文檔作者：佟珂徐德仁文檔來源：中石油東北煉化工程有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月28日
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佟珂等C2加氫綠油分離罐的設(shè)計 3
’驢驢驢
23設(shè) 計8
技 術(shù)2
、E2 、 、 》
C2加氫綠油分離罐的設(shè)計
佟珂徐德仁 中石油東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院吉林132002
摘要 介紹聚合級乙烯產(chǎn)品中炔烴的來源、危害和處理方法，以及綠油的危害和C 加氫反應(yīng)的操作條件
對綠油生成量的影響。闡述c：加氫綠油分離罐的設(shè)計，特別是其絲網(wǎng)除沫器的選用。
關(guān)鍵詞 乙烯裝置c 加氫反應(yīng)綠油分離罐絲網(wǎng)除沫器設(shè)計
1 概述
目前世界上乙烯裝置的主要技術(shù)路線由各種
管式裂解爐和順序分離、前脫乙烷前加氫和前脫
丙烷前加氫等三種分離流程組成。各種流程有其
特點，都是先進(jìn)的乙烯技術(shù)。
乙烯裝置綠油是C：、C，加氫的副反應(yīng)形成的
聚合物，為褐綠色透明狀油體，約含90％脂肪族
二烯烴和10％烯烴及烷烴的c ～c加的混合物。順
序分離流程采用后加氫工藝，加氫反應(yīng)器溫度較
高，綠油生成量較多；前加氫工藝的綠油生成量
較少。
現(xiàn)在國內(nèi)乙烯裝置在不斷擴(kuò)能改造，增加生
產(chǎn)能力，但乙烯精餾塔凍塔以及綠油積累在催化
劑表面，影響催化劑活性，催化劑再生頻繁，使
用壽命縮短，生產(chǎn)成本提高的情況時有發(fā)生。因
此，隨著乙烯裝置的擴(kuò)能改造，為了抑制綠油的
生成，必須核算綠油分離設(shè)施的能力。
2 C：加氫綠油的產(chǎn)生
2．1 炔烴來源、危害及處理方法
乙烯裝置裂解爐出口裂解氣中一般乙炔含量
為2000～7000ppm，丙炔含量為1000—1500ppm，
丙二烯含量為600—1000ppm。
由于乙烯和丙烯產(chǎn)品中所含炔烴會在乙烯和
丙烯衍生物生產(chǎn)過程影響催化劑壽命，降低產(chǎn)品
質(zhì)量，形成不安全因素，并產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品，
因此，大多數(shù)乙烯和丙烯衍生物的生產(chǎn)均對原料
乙烯和丙烯中的炔烴含量提出較嚴(yán)格的要求。
乙炔是聚烯烴工藝中的有害雜質(zhì)，造成聚合
催化劑中毒，降低乙烯分壓。在高壓聚乙烯生產(chǎn)
中，當(dāng)乙炔積累過多后，會引起爆炸，因此，聚
合級乙烯應(yīng)嚴(yán)格控制乙烯中乙炔的含量。通常采
用選擇加氫和溶劑抽提方法除去C：餾份中的乙炔。
溶劑吸收法與加氫法相比，投資大體相同，公用
工程消耗也相當(dāng)。在需用乙炔產(chǎn)品時，則選用溶
劑吸收法；不需要乙炔產(chǎn)品時，則選用加氫法。
目前以采用后加氫工藝為主，其所需氫氣是根據(jù)
炔烴含量定量供給，溫度較易控制，不易發(fā)生飛
溫的問題。
2．2 C2加氫
2．2．1 反應(yīng)機(jī)理
C 加氫反應(yīng)中主反應(yīng)為乙炔加氫生成乙烯。
主反應(yīng)為：
K．
C2H2+H2— C2H4+AHl
副反應(yīng)為：
K
C2H2+2H2—二+C2 H6+AH2
C2H4+H2— C2H6+(AH2一AH1)
mC2H2+nC2H4— }低聚物(綠油)
雖然c：餾分中主要含乙烯，但在選用的催化
劑上，乙炔的吸附能力比乙烯強(qiáng)，能進(jìn)行乙炔選
擇性加氫，c 加氫后，可使乙炔的含量達(dá)到ppm
級的要求。
2．2．2 前加氫和后加氫脫乙炔
C：加氫有前加氫脫除乙炔和后加氫脫除乙炔
兩種方法。
(1)在脫甲烷塔以前進(jìn)行加氫脫乙炔的叫前
加氫。由于被加氫物流中含有氫氣，不需要外部
加入氫氣，所以前加氫又叫做自給加氫。
前加氫流程的優(yōu)點是氫氣可以自給，但是氫
佟珂：高級工程師。1991年畢業(yè)于吉林工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)?，F(xiàn)從事化工工藝設(shè)計工作。聯(lián)系電話：(0432)63913021，E—mail：
tongke@ cpene．com。
4 CHEMICAL ENGINEER G DESIGN
氣是過量的，氫氣的分壓比較高，會降低加氫的
選擇性，增大乙烯的損失。為了克服上述不利因
素，要求前加氫催化劑的活性和選擇性應(yīng)該比
較高。
(2)在脫甲烷塔以后進(jìn)行加氫脫乙炔的叫后
加氫。被加氫物流中不含有氫氣，需要外部加入
氫氣。
后加氫的優(yōu)點是組分少、選擇性高、催化劑
壽命長、產(chǎn)品純度高，但是能量利用不如前加氫
流程，流程也比前加氫流程復(fù)雜。
2．3 綠油的控制
C 加氫反應(yīng)中，既有競爭反應(yīng)，又有串聯(lián)反
應(yīng)，還有平行反應(yīng)。c 餾份中乙烯過量，要使主
反應(yīng)順利進(jìn)行，需降低反應(yīng)溫度和氫炔比(氫炔比
過高時，過剩氫氣使乙烯加氫為乙烷損失乙烯產(chǎn)
品，同時綠油量會增加，影響催化劑活性)及加
入微量CO (一氧化碳吸附能力比乙烯強(qiáng)，可以抑
制乙烯在催化劑上吸附而提高加氫反應(yīng)的選擇性)
等減少乙烷的生成。乙炔分壓也影響綠油生成量。
當(dāng)氫炔比較低時，乙炔易聚合，使綠油生成
量增加，加人微量CO又會降低催化劑活性，這時
必須提高反應(yīng)溫度以保證加氫效果，從而又導(dǎo)致
綠油生成量增加。綠油附著在催化劑上會堵塞孔
道和活性中心，導(dǎo)致加氫活性和選擇性下降。為
了彌補催化劑活性的下降，只能提高溫度或增大
氫炔比，這樣又引起乙炔選擇性進(jìn)一步下降和綠
油生成量隨之增加。如此惡性循環(huán)，會使運行周
期縮短，催化劑再生頻繁，使用壽命變短，生產(chǎn)
成本提高，因此必須抑制綠油的生成。
3 設(shè)計
綠油附著在催化劑上，會堵塞孔道和活性中
心，導(dǎo)致加氫活性和選擇性逐漸下降；綠油帶人
后部的分離系統(tǒng)會發(fā)生乙烯精餾塔凍塔的情況，
因此應(yīng)在工藝流程中除去綠油。通?？梢赃x用分
離罐分離綠油。
C 加氫分為兩段：一段加氫反應(yīng)器出來的氣
體加入補充氫氣，經(jīng)過調(diào)節(jié)溫度后，再進(jìn)入二段
加氫反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)。生產(chǎn)實踐證明，一段
加氫反應(yīng)的綠油生成量不少于二段加氫反應(yīng)。
在一段加氫反應(yīng)器后，設(shè)置綠油分離罐，可
以減少進(jìn)入二段加氫反應(yīng)床層的綠油。在二段反
應(yīng)器后，設(shè)置綠油分離罐，可以減少綠油帶人后
部的分離系統(tǒng)，避免乙烯精餾塔凍塔的可能。
由于國內(nèi)多數(shù)乙烯裝置都已改造擴(kuò)建，c：加
氫裝置的處理能力提高30％ 一100％ ，另外各廠為
提高乙烯收率而增加裂解深度，致使裂解氣中乙
炔含量增加。C 加氫反應(yīng)器出121氣體量增大，使
綠油未能被充分分離沉降下來，而被帶人后序系
統(tǒng)，有必要重新核算和設(shè)計綠油分離罐。
3．1 絲網(wǎng)除沫器
3．1．1 選型
直徑在lO0txm以上的顆粒因沉降速度較快，
很容易被分離。直徑大于501xm的液滴可用重力沉
降法分離；5Ixm以上的液滴可用慣性碰撞及離心
分離法；對于更小的細(xì)霧則要設(shè)法使其聚集形成
較大顆粒，或用纖維過濾器及靜電除霧器。
絲網(wǎng)除沫器主要用于分離直徑3～5 m的液
滴。當(dāng)帶有霧沫的氣體以一定的速度上升，通過
架在格柵上的金屬絲網(wǎng)時，由于霧沫上升的慣性
作用，使得霧沫與細(xì)絲碰撞而粘附在細(xì)絲的表面
上。細(xì)絲表面上的霧沫進(jìn)一步擴(kuò)散及霧沫的重力
沉降，使霧沫形成較大的液滴沿著細(xì)絲流至它的
交織處。由于細(xì)絲的可濕性、液體的表面張力及
細(xì)絲的毛細(xì)管作用，使得液滴越來越大，直至其
自身的重力超過氣體上升的浮力和液體表面張力
的合力時就被分離而下落至容器中。只要操作氣
速等條件選擇得當(dāng)，氣體通過絲網(wǎng)除沫器后的除
沫效率可達(dá)到97％ 以上，可以達(dá)到完全去除霧沫
的目的。
c：加氫反應(yīng)器出口氣體夾帶綠油液滴，冷卻
后進(jìn)人C 加氫綠油分離罐除去綠油。C：加氫綠油
分離罐通常選用平放式除沫器，這種除沫器結(jié)構(gòu)
簡單，適用于低氣速、低夾帶液量的工況。由于
上升氣體的作用，被除掉的液滴首先在除沫器底
部聚集，當(dāng)達(dá)到一定液量后便開始下落，形成動
平衡，氣速越大，達(dá)到動平衡的液量越多。對于
平放式結(jié)構(gòu)，若氣速過大時易發(fā)生二次夾帶。
根據(jù)C 加氫綠油分離罐結(jié)構(gòu)和人孔開設(shè)位
置，確定絲網(wǎng)除沫器的型式。當(dāng)人孑L設(shè)在除沫器
的上方，或雖然無入孑L但設(shè)有法蘭時，選用上裝
式絲網(wǎng)除沫器。當(dāng)人孔設(shè)在除沫器下方時，選用
下裝式絲網(wǎng)除沫器。C 加氫綠油分離罐通常選用
在罐頂設(shè)置絲網(wǎng)除沫器。
3．1．2 氣液過濾網(wǎng)的選擇
絲網(wǎng)除沫器使用的氣液過濾網(wǎng)形式及其基本
佟珂等C：加氫綠油分離罐的設(shè)計 5
參數(shù)見表1。
表1 氣液過濾網(wǎng)形式及其基本參數(shù)
注：K為氣液過濾網(wǎng)常數(shù)
絲網(wǎng)分為標(biāo)準(zhǔn)型、高效型和高穿透型。絲網(wǎng)
的技術(shù)特性參數(shù)見表2。
表2 絲網(wǎng)的技術(shù)特性參數(shù)
失類型( 堆ks慧／ m )專( ％)(m ／面m 3 ) K 使巾用爾條件rr
目前關(guān)于綠油的參數(shù)不是很多，根據(jù)表2絲網(wǎng)
的技術(shù)特性，標(biāo)準(zhǔn)型絲網(wǎng)適用于所有場合。參考
其比表面積和空隙率，C 加氫綠油分離罐絲網(wǎng)除
沫器的氣液過濾網(wǎng)可以選用HR型。
3．1．3 液泛氣速計算
液泛氣速按下式計算：
ur：k／p 二
。
pG
式中，u 為液泛氣速，m／s；K為氣液過濾網(wǎng)常
數(shù)，參見表1；P 為液體密度，kg／m ；PG為氣體
夾帶液滴的密度，kg／m 。
c 加氫反應(yīng)器出口氣體夾帶綠油液滴進(jìn)入c：
加氫綠油分離罐。通常C 加氫反應(yīng)器出口氣體密
度可以從裝置數(shù)據(jù)中查得。但夾帶綠油液滴的數(shù)
據(jù)則很難找到，對綠油分離罐的設(shè)計造成困難。
根據(jù)綠油的生成機(jī)理，結(jié)合現(xiàn)場實踐經(jīng)驗及裝置
的資料，綠油液滴的密度可取約為450kg／m 。
絲網(wǎng)除沫器的操作氣速U 為0．50～0．80uf。
3．1．4 絲網(wǎng)除沫器的直徑計算
處理氣體所需的流通直徑D 按下式計算：
式中，D。為處理氣體所需的流通直徑，m；Q為氣
體處理量，m ／s；U 為操作氣速，m／s。
根據(jù)計算的絲網(wǎng)除沫器的流通直徑，可以從
絲網(wǎng)除沫器標(biāo)準(zhǔn)中選取合適公稱直徑的絲網(wǎng)除
沫器。
3．2 分離罐直徑
綠油分離罐直徑大于等于絲網(wǎng)除沫器公稱直
徑，按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計安裝。
3．3 分離罐高度
綠油分離罐高度可以由儲存綠油的時間確定。
如果改造項目布置較緊張，可以減少綠油儲存時
間。根據(jù)綠油分離罐出口泵的數(shù)據(jù)，建立起便于
控制的液位范圍即可。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，后加氫工
藝C 加氫反應(yīng)器出口氣體夾帶綠油液滴量約為氣
體量的1％o～2％o(v)。
3．4 分離罐氣體入口
綠油分離罐氣體人口需要設(shè)置擋板設(shè)施。國
內(nèi)各套乙烯裝置綠油分離罐氣體人口擋板設(shè)施的
結(jié)構(gòu)不盡相同，有的擋板結(jié)構(gòu)還很復(fù)雜。設(shè)計時
需要根據(jù)可以收集到的資料，結(jié)合現(xiàn)場運行的效
果確定選用的形式，并強(qiáng)化消化吸收學(xué)習(xí)過程，
為工程項目設(shè)計積累經(jīng)驗。
4 結(jié)語
C：加氫綠油分離罐雖然只是乙烯裝置的一個
小系統(tǒng)，但它對乙烯裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗
有一定影響。它的正常運行可以延長C 加氫反應(yīng)
器的運行周期，使催化劑再生的性能如初，且有
較高的操作彈性；可以避免發(fā)生乙烯精餾塔凍塔
的情況，因此，針對國內(nèi)乙烯裝置已進(jìn)行擴(kuò)能改
造的情況，實施對乙烯裝置C：加氫綠油分離罐進(jìn)
行校核和設(shè)計是必要的。另外，乙烯裝置中很多
設(shè)計都很有特色，需要我們進(jìn)一步消化、吸收，
以提高設(shè)計水平。
參考文獻(xiàn)
1 王樹楹．現(xiàn)代填料塔技術(shù)指南[M]．北京：中國石化出
版社，1998．
2 國內(nèi)外石油化工快報[J]．2007(7)．
(收稿日J(rèn)9】2010一l1—11)

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