煤制烯烃混合碳四加工方案经济技术研究

煤制烯烃混合碳四加工方案经济技术研究

吴春雷 1 韩鹤 2

中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000

摘要：某煤制烯烃项目PE装置设计年生产能力为30万吨/年，丁烯-1年消耗量约为2.5万吨， C4综合利用装置年产丁烯-1仅为1.5万吨，存在1万吨/年的缺口量需外购，经技术经济方案对比研究，采用异构化增产丁烯-1技术，异构化后原料可进入OCU单元生产丙烯，提高了生产丁烯-1、丙烯的灵活性，满足项目两期所需原料丁烯-1的缺口，提高混合C4的利用价值，实现碳四产品附加值最大化，提高经济效益。

关键词：MTO;煤制烯烃；C4；2-丁烯异构化；1-丁烯

丁烯-1是石油化工行业重要的原料，高纯度1-丁烯用于生产线性低密度聚乙烯树脂（LLDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丁烯（PB）树脂等，用途十分广泛^[1，2]。国内1-丁烯主要来源^[3-7]为乙烯装置及炼厂催化裂解装置副产碳四馏分和乙烯二聚，以及煤制烯烃副产碳四。

某煤制烯烃工程装置规模为360万吨/年煤制甲醇、120万吨/年MTO、60万吨/年聚乙烯、60万吨/年聚丙烯及C4综合利用装置。工程分为一期Ⅰ和一期Ⅱ，一期Ⅰ装置规模为180万吨/年煤制甲醇、60万吨/年MTO、30万吨/年聚乙烯、30万吨/年聚丙烯及C4综合利用装置以及相配套公用工程、系统工程。

现在，一期项目已建成投产。项目投产后，由于碳四中丁烯-1含量低所限，丁烯-1产量与聚乙烯装置的需求不匹配，满足不了聚乙烯装置的需要，现阶段每年缺口约1万吨，考虑到公司二期发展，预计每年缺口约2万吨。另外，外购丁烯-1 不仅价格高，而且由于西北地区丁烯-1 装置很少，并且基本都是自供，只能到其它地区购买，运输成本很高，丁烯-1 供应不稳定，经常导致聚乙烯装置减负荷生产，影响装置平稳运行。因此选择一条合适的技术路线对该系统进行改造，既可提高企业经济效益，同时也能达到节能降耗、减少环境污染保证装置稳定运行的目的。

1 碳四装置增设异构化单元技术可行性分析

按照生产实际运行看，经MTBE/丁烯-1单元出来的抽提C4中丁烯-2含量较高，从原理上看，在一定温度、压力、空速下，丁烯-2双键在催化剂的作用下可通过异构化生产出丁烯-1。在反应温度300~360 ℃，反应压力0.5~1.5MP的操作条件下，丁烯-1的单程收率大于16%（保证值）。同时，国内第一套3万吨/年（处理量）工业示范装置于2009年1月于中原石化（濮阳）投产，已稳定运行6年多，标定结果为：丁烯-1的单程收率大于17%（Wt%），操作能耗低，技术经济性优越。因此，异构化制丁烯-1从技术上是可行的，并且有装置在运行。

2C4综合利用装置增加异构化单元经济性对比分析

（一）方案说明

由于没有将C4中的有效组分丁烯-2全部转化为丁烯-1，异构化后的混合C4，则继续进入OCU单元生产丙烯。因此，将C4综合利用装置的两种方案进行经济性对比分析。具体如下：

方 案一：混合C4全部通过OCU装置生产丙烯

图1：原设计OCU单元工艺流程简图

方 案二：混合C4异构化生产出丁烯-1后，再进入OCU装置生产丙烯

图2：增加异构化单元后工艺流程简图

（二）投资估算及财务评价

原料、产品及公用工程价格按照表1数据进行核算：

表1：原料、产品及公用工程价格

方案一：经MTBE/丁烯-1单元后， 6.8万吨/年的抽提C4与3万吨/年的乙烯进入OCU单元后，可年产丙烯8.6万吨，副产重C4约1万吨/年。

经测算，项目总投资37494万元（含铺底流动资金），建设投资36618万元，建成后按生产丙烯、重C4直接外卖计算，年营业收入82732万元，利润总额3779万，净利润为2835万元。

方案二：经MTBE/丁烯-1单元后，6.8万吨/年的抽提C4经异构化单元后，可年产2万吨丁烯-1，副产4.7万吨/年的C4与2.1万吨/年的乙烯一起进入OCU单元，可年产丙烯6万吨，重C4约0.7万吨/年。

增加异构化单元后，项目总投资41928万元，建设投资41081万元，建成后营业收入82132万元，利润总额5618万元，净利润4214万元。

3异构化单元工艺流程简述

异构化单元由反应系统、丁烯-1提浓系统和加氢系统三部分组成。

异构化反应系统包括进料汽化、进/出料换热、进料加热、异构化反应等部分。来自丁烯-1装置第二精馏塔的混合C4作为本装置的原料进入进料缓冲罐，并与丁烯-1提浓塔塔釜返回的C4混合。进料缓冲罐设有热虹吸式的进料蒸发器将物料汽化，汽化热源采用低低压蒸汽，蒸汽凝液收集至蒸汽凝液罐，送至蒸汽凝液总管。汽化后的混合C4 在进/出料换热器中与反应气进一步换热至250℃左右进入加热器，加热器采用电加热的方式将原料加热到反应所需温度后从顶部进入反应器，进行异构化反应。反应器出口气体与进料混合C4 在进/出料换热器中换热，换热后的反应气体温度降至114℃左右，进入丁烯-1提浓塔。

气相反应产物进入丁烯－1提浓塔中段，塔顶获得浓度为50％左右的粗丁烯-1，塔顶冷凝器采用循环冷却水冷凝，塔顶回流罐液相经丁烯-1提浓塔回流泵升压后，一部分作为回流返回丁烯-1提浓塔，一部分作为本装置产品送往选择性加氢装置。

来自丁烯提浓系统的混合碳四（压力1.1MPaG，温度40℃）与自界区来的经过流量控制的第一股氢气混合，再进入换热器的壳程，换热器使用蒸汽凝液加热至60℃（末期）。由换热器壳程出来的混合原料经过管道静态混合器，然后从加氢反应器的底部进入反应器内，加氢反应器内装有两段催化剂，在催化剂的作用下，混合C4中的丁二烯和H2进行加氢反应，加氢反应为放热反应，床层温度会上升，反应后的物料从反应器顶部出来，然后进入冷却器冷却到40℃，再经过压力调节阀后出界区MTBE单元精馏系统。

4 结语

通过增加异构化单元前后经济分析对比可以看出，增加异构化单元工艺路线的总投资收益率和资本金净利润均高于原设计OCU工艺路线，同时还可解决聚乙烯共聚单体丁烯-1采购困难的问题，增强抗市场冲击能力。

参考文献：

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