探索芳烴精餾塔系最小回流比操作降耗增效

李劍銳

（茂名偉博石化工程有限公司，廣東茂名 525000）

探索芳烴精餾塔系最小回流比操作降耗增效

李劍銳

（茂名偉博石化工程有限公司，廣東茂名 525000）

在滿足分離要求的前提下，探索石油化工精餾塔系最小回流比操作，是實現(xiàn)降低能耗最有效的操作途徑之一。精餾塔在某一進料負荷、組成、溫度以及一定的操作壓力條件下，可通過逐步降低塔頂回流量來降低塔釜的加熱蒸汽量，從而達到降耗增效的目的。

精餾塔系；最小回流比；降耗增效

1 概況

茂名乙烯53.25萬t/a芳烴裝置，采用了石科究院開發(fā)的環(huán)丁砜抽提蒸餾與液-液抽提組合工藝專利技術(shù)。液-液抽提于1996年9月建成投產(chǎn)，擴能裝置抽提蒸餾于2013年4月建成投產(chǎn)，裝置主要產(chǎn)品為苯、甲苯、混二甲苯，并副產(chǎn)抽余油與重芳烴。芳烴組合工藝可分為：預(yù)分餾、抽提蒸餾、液-液抽提與精餾等四個系統(tǒng)，芳烴裝置主要工藝流程見圖1。

圖1 芳烴裝置主要工藝流程

芳烴組合工藝共有13座塔，均為萃取或精餾形式的物理分離過程，而且以精餾塔為主。精餾塔能耗除受自身所采用設(shè)備、工藝技術(shù)影響外，還與進料負荷、組成，操作溫度、壓力及外界因素等條件有關(guān)。在保證生產(chǎn)穩(wěn)定及產(chǎn)品合格的前提下，通過優(yōu)化操作，探索裝置各塔最小回流比，一直是裝置實現(xiàn)降耗增效的最主要操作手段之一。

2 課題來源

為響應(yīng)國家“十一五”節(jié)能降耗號召，化工分部號召各裝置探索所有塔最小回流比操作，以達到降能增效的目的。芳烴裝置共有8座常減壓精餾塔，設(shè)計有回流，均以高、中壓蒸汽為熱載體，而高、中壓蒸汽能耗占裝置總能耗的89.4%，探索精餾塔系最小回流比操作，對節(jié)約成本，降低裝置能耗費用貢獻巨大。

3 分析精餾塔系回流比及能耗情況，確定可調(diào)對象

3.1 精餾塔系設(shè)計形式

精餾塔系的操作控制設(shè)計形式多種多樣，如常見的常減壓、汽提減壓蒸餾以及抽提蒸餾、溫差控制的芳烴等特殊精餾等。最常見的精餾塔流程如圖2所示。

3.2 裝置精餾塔系回流比及能耗情況分析

芳烴裝置共有8座精餾塔設(shè)計有回流，其中1#回收塔T-105、2#回收塔T-403為減壓蒸餾，其余塔為微正壓精餾，芳烴精餾塔系設(shè)計回流比、蒸汽耗量與調(diào)整前生產(chǎn)情況見表1。

圖2 精餾塔工藝流程簡圖

表1 芳烴精餾塔系設(shè)計回流比、蒸汽耗量情況對比

表1中，塔T-105為汽提減壓蒸餾，塔T-402為抽提蒸餾，塔T-403為減壓蒸餾，介質(zhì)均有溶劑或助劑。生產(chǎn)中，若回流比繼續(xù)下降，難以確保溶劑或助劑從塔頂揮發(fā)跑損。塔T-403回流比有微量下調(diào)空間，操作上易調(diào)整。

4 優(yōu)化操作，探索精餾塔系最小回流比調(diào)整過程

4.1 探索預(yù)分餾塔T-401最小回流比操作

4.1.1 塔T-401作用及操作特點

T-401塔底重沸器采用中壓蒸汽為熱源，MS耗量設(shè)計值為15.8t/h，占全裝置MS耗量的45.1%。該塔為餾分切割塔，將上游裝置來的混合芳烴原料切割成C6餾分、C7餾分與餾，分別作為抽提蒸餾、液液抽提、精餾系統(tǒng)的原料，工藝流程簡圖如圖3。

生產(chǎn)中必須保證塔頂C6餾分及塔底餾分合格，也即兩者含側(cè)線C7餾分均不允超標，塔頂壓力PICA4001控制指標為40～70MPa（表），底溫TI4008為162～175℃，回流比R/D為1.2～1.4。

圖3 預(yù)分塔T-401工藝流程簡圖

4.1.2 壓力與溫度控制及兩者關(guān)系

塔頂壓力控制指標為40～70MPa（表2），壓力低，物料的揮發(fā)度高，塔底溫度可控制低些，對減少熱載體耗量有利。壓力波動影響塔操作穩(wěn)定，調(diào)整回流比過程，應(yīng)先將壓力穩(wěn)定在某一定值。

溫度的控制必須保證塔頂C6餾分及塔底餾分同時合格，一般以塔頂溫TI4061及塔底溫TI4008來控制。探索最小回流比的目的在于降低塔底加熱蒸汽量，故必須尋找塔底TI4008最低溫點及塔頂TI4061最高溫點的最佳控制點，塔頂TI4061最高溫點。溫度不但與塔底加熱蒸汽量有直接關(guān)系，還與操作壓力及進料組成等有關(guān)。預(yù)分餾塔操作壓力與溫度控制關(guān)系如表2所示：

表2 預(yù)分餾塔操作壓力與溫度控制關(guān)系表

表2中，操作溫度應(yīng)隨著原料組成的變化而變化，如當原料中重質(zhì)組成含量較高時，塔底溫TI4008可以比原來高3～10℃。

4.1.3 回流比及蒸汽用量調(diào)整

在一定的操作壓力、進料負荷、組成條件下，緩慢降低回流量，降量原則：回流比越低，降量速度宜越慢越細，一般控制≤0.2t/h，每降一次回流量，塔頂溫度有上升趨勢時，相應(yīng)降低塔底加熱蒸汽量，再根據(jù)分析結(jié)果，反復(fù)調(diào)整。降低回流量過程，若發(fā)生塔頂溫飛濺，應(yīng)盡快提回流，在操作參數(shù)和分析結(jié)果都正常的情況下，繼續(xù)進行下一步的調(diào)整。生產(chǎn)在滿負荷66.5t/h，壓力控制在60kPa條件下，T-401回流比與塔底蒸汽用量如表3所示：

表3 T-401回流比與塔底蒸汽用量對比

表3中當原料輕質(zhì)組份含量較高時，則塔頂拔出量增大，即使相同的回流量，R/D也會低些，相反則R/D高些。

4.2 探索苯塔T-201最小回流比操作

4.2.1 塔T-201作用及操作特點

苯塔采用中壓蒸汽為熱源，MS耗量設(shè)計值為5.5t/h，是將液-液抽提系統(tǒng)來的混芳分離出高純度的苯產(chǎn)品，塔底物料送往1#、2#再進行分離，工藝流程簡圖見圖4。

苯塔生產(chǎn)中必須保證側(cè)線苯產(chǎn)品不含塔底組份，塔底物料不含苯組分，采用靈敏塔盤溫度TIC231與回流串級調(diào)節(jié)的方法，TIC231控制指標為107～118℃，底溫TI226控制指標為140～152℃，而塔操作壓力等其它參數(shù)對生產(chǎn)影響不大，但調(diào)整回流比過程，應(yīng)先將壓力穩(wěn)定在某一定值。

4.2.2 回流比及蒸汽用量調(diào)整

苯塔回流比R/F原控制指標為0.75～1.0，因裝置改擴建后，其原料中苯含量由原料的50%降至10%以下，調(diào)整回流比前R/F值控制在1.1～1.4，塔底蒸汽用量為6.0t/h，調(diào)整后可降至5.2t/h以下。

圖4 苯塔T-201工藝流程簡圖

在保持所有參數(shù)不變的情況下，先將靈敏塔盤溫度TIC231調(diào)至稍高限110～114℃，再將塔底蒸汽用量以50kg/h速度下降，因靈敏塔盤溫度最先隨蒸汽下降而下降，因回流與靈敏塔盤溫度串級調(diào)節(jié)，回流比也就隨之降低了，待回流量穩(wěn)定后，再進行下一步調(diào)整。調(diào)整蒸汽過程，始終將壓力穩(wěn)定在某一定值，塔底溫不能低于下限140℃，若塔底溫低于下限值，應(yīng)待指標變更后再行試驗。

4.3 探索1#、2#甲苯塔T-202、T203最小回流比操作

4.3.1 甲苯塔作用及操作特點

1#、2#甲苯塔均以高壓蒸汽為熱源，此兩塔為并聯(lián)操作，分離出苯塔底物料中的甲苯產(chǎn)品，塔底物料作為二甲苯塔的原料，甲苯塔不設(shè)側(cè)線抽出，工藝流程簡圖見圖5。

圖5 甲苯塔工藝流程簡圖

1#、2#甲苯塔均采用靈敏塔盤溫度與回流串級調(diào)節(jié)的方法，生產(chǎn)中只要進料含非芳不超標，控制好靈敏板與塔底溫度，就能保證甲苯產(chǎn)品合格。

4.3.2 回流比及蒸汽用量調(diào)整

1#、2#甲苯塔調(diào)整過程與苯塔T-201相似，因兩塔回流與靈敏塔盤溫度均設(shè)計為串級調(diào)節(jié)，在降低塔底蒸汽用量前，先將靈敏塔盤溫度稍提高，在緩慢降低蒸汽用量時，因自動串級調(diào)節(jié)，回流比自動降低，當釜溫接近下限值時，根據(jù)對甲塔底物料分析結(jié)果，驗證是否接近最低回流比。注意在調(diào)整過程中，始終將壓力穩(wěn)定在某一定值，若塔底溫低于下限值，應(yīng)待指標變更后再行試驗。1#、2#甲苯塔工藝控制指標情況見表4，調(diào)整回流比前后各參數(shù)情況表，見表5。

表4 1#、2#甲苯塔工藝控制指標情況

表5 1#、2#甲苯塔調(diào)整回流比前后各參數(shù)情況

表5中1#甲苯塔回流比仍偏高，因塔底加熱蒸汽降低后，釜溫已接近指標下限值，再無下調(diào)空間。

4.3.3 平衡1#、2#甲苯塔進料量

實際生產(chǎn)中，當精餾系統(tǒng)進料泵P311達到滿載時，此兩塔仍無法達到設(shè)計負荷生產(chǎn)，相同的進料量1#甲苯塔蒸汽耗量比2#甲苯塔高，若物料以約1︰2比例作為1#、2#甲苯塔進料，則兩塔蒸汽耗量達到最低，故日常生產(chǎn)中，應(yīng)平衡好1#、2#甲苯塔進料量。裝置在生產(chǎn)負荷低于90%時間較長時，也可以采用間歇停開甲苯塔的方法，以更大降低能耗。

4.4 探索二甲苯塔T-204最小回流比操作

4.4.1 二甲苯塔作用及操作特點

生產(chǎn)中只要求塔頂二甲苯產(chǎn)品質(zhì)量符合國標，塔底副產(chǎn)品重芳無質(zhì)量要求，但必須保證二甲苯產(chǎn)品的收率。T-204工藝流程簡圖見圖6。

圖6 T-204工藝流程簡圖

塔T-204是2013年3月建成投用的，為微正壓生產(chǎn)，設(shè)計壓力控制為120～160kPa（表6），回流比R/D控制為1.7～2.3，塔底蒸汽高壓用量為6.0t/h，釜溫控制為170～194℃。

4.4.2 根據(jù)混二甲苯產(chǎn)品質(zhì)量要求優(yōu)化生產(chǎn)

芳烴車間混二甲苯產(chǎn)品執(zhí)行國家優(yōu)等品標準，即：餾程137～142.9℃，密度（20℃）860～870kg/m3，酸洗比色、外觀均合格等。但二甲苯產(chǎn)品質(zhì)量標準中沒有純度指標要求，而據(jù)“珠三角”二甲苯用戶反映，茂名乙烯二甲苯純度達不到生產(chǎn)高瑞油漆的要求，客戶要求二甲苯純度≥97%。但目前純度只能保持在≥95%，若要求≥97%，則二甲苯塔T-204生產(chǎn)按設(shè)計指標執(zhí)行，基本可以達到客戶要求，但回流比無下調(diào)空間，能耗較大，二甲苯收率低。

4.4.3 低回流及低壓操作調(diào)整

因塔底副產(chǎn)品重芳無質(zhì)量要求，降低回流量時，控制好塔頂溫TICA2004不超標，并保證塔項產(chǎn)品合格前提下，即可達到降低塔底加熱蒸汽量的目的。

T-204設(shè)計上為微正壓生產(chǎn)，靠不間斷補入氮氣來維持正壓生產(chǎn)，否則塔頂會形成負壓。因塔頂揮發(fā)氣體流入空冷器時，由于急冷，液相以較高流速下流，使塔頂形成一定的負壓，最低為-50kPa。壓力低，物料的揮發(fā)度高，操作溫度可控制低些，對減少熱載體耗量有利，回流比可由原來1.7～2.3降至0.4～1.0，高壓蒸汽用量由6.0t/h降至3.5t/h以下，釜溫指標保證重芳含二甲苯≤5%即可。二甲苯塔調(diào)整前后工藝控制指標情況，見表6：

表6 二甲苯塔調(diào)整前后工藝控制指標情況

表6中調(diào)整壓力后數(shù)據(jù)為試驗值，因壓力、溫度指標未經(jīng)變更。

5 效益計算

通過對芳烴裝置區(qū)內(nèi)精餾塔系最小回流比的探索，裝置高、中壓蒸汽耗量下降，節(jié)能降耗效果顯著，芳烴精餾塔系調(diào)整最小回流比前后蒸汽耗量情況見表7。

表7 芳烴精餾塔系調(diào)整最小回流比前后蒸汽耗量情況

由表7可看出，調(diào)整最小回流比后，在裝置在滿或超負荷生產(chǎn)條件下，可節(jié)省高、中壓蒸汽總量為9.3t/h，以生產(chǎn)8 000h/a計算，則全年可節(jié)約高、中壓蒸汽量為：

而高、中壓蒸氣均價為300元/t，全年可節(jié)約能耗費用為：

6 存在問題

1）裝置在探索最小回流比階段，因混煉重整油時有間斷，致使負荷及原料組成無法維持穩(wěn)定，造成回流比及各塔加熱蒸汽量不穩(wěn)定，在高負荷及停止混煉重整油條件下生產(chǎn)，能耗會更優(yōu)化。

2）雖然停止混煉重整油對降低裝置能耗有利，但卻造成裝置原料不足，若裝置長期處于低負荷下生產(chǎn)，能耗也將增大。

3）探索最小回流比后，因部分壓力、溫度等參數(shù)低于工藝指標，未經(jīng)變更，目前未完全實施，經(jīng)濟效益未顯著。

[1]李淑培.石油加工工藝學(xué)[M].（上、中冊）北京：中國石化出版社，1991.

Exploring the Aromatics Rectification Tower is the Minimum Reflux Ratio Efficiency Improvement

Li Jian-rui

Under the premise of separation requirements to meet，explore petroleum-based chemical fractionator minimum reflux ratio，reduce energy consumption is to achieve the most efficient operation of one of the ways.Distillation column at a feed load，composition，temperature and pressure in certain operating conditions，by gradually reducing the overhead traffic back to reduce the amount of heating steam bottoms so as to achieve the purpose of saving efficiency.

fractionator system；the minimum reflux ratio；saving efficiency

TE624

A

1003–6490（2016）04–0095–03

2016–04–15

李劍銳（1970—），男，廣東茂名人，助理工程師，主要從事石油化工方面工作。