芳烴聯(lián)合裝置節(jié)能改造

于 濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270)

芳烴聯(lián)合裝置節(jié)能改造

于 濤

(中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270)

對(duì)中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司2#芳烴聯(lián)合裝置開展的節(jié)能改造工作進(jìn)行了綜述，介紹了改造方案與實(shí)施效果。經(jīng)過改造，該裝置單位能耗逐年降低，提高了裝置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，也為同類裝置提供了改造思路。

芳烴 節(jié)能 改造

中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司(以下簡(jiǎn)稱天津分公司)2#芳烴聯(lián)合裝置由預(yù)加氫、連續(xù)重整、抽提、二甲苯精餾、歧化、吸附分離及異構(gòu)化單元組成。該裝置采用美國(guó)環(huán)球油品公司(UOP)的專利技術(shù)，以直餾石腦油和加氫裂化石腦油為原料，生產(chǎn)對(duì)二甲苯、混合二甲苯及苯。裝置于2000年10月建成投產(chǎn)，生產(chǎn)254 kt/a對(duì)二甲苯和50.4 kt/a混合二甲苯。2004年裝置進(jìn)行了擴(kuò)能改造，其中重整單元處理量由600 kt/a擴(kuò)大到800 kt/a，對(duì)二甲苯產(chǎn)能由254 kt/a提高到304 kt/a。自裝置建成投產(chǎn)后，開展了一系列節(jié)能改造工作，裝置的能耗逐年降低，綜合競(jìng)爭(zhēng)能力不斷提高。

1 芳烴聯(lián)合裝置能量利用情況分析

芳烴聯(lián)合裝置為典型的煉化聯(lián)合裝置，包括7個(gè)工藝子單元、公用工程系統(tǒng)與儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，全裝置熱源、熱阱溫位分布廣泛，溫度涵蓋范圍從常溫到500 ℃，但各單元間熱源、熱阱分布不均衡，大部分物流換熱溫差都遠(yuǎn)高于最優(yōu)值，部分換熱回收僅僅局限在裝置內(nèi)部，造成能源在量和質(zhì)兩方面的浪費(fèi)。

能源利用的3個(gè)原則是：有效、充分、綜合?！坝行А笔侵副M量減少能量的不可逆損失；“充分”是指盡量減少損失；“綜合”是指多種能量綜合利用。實(shí)現(xiàn)上述原則需要從以下幾個(gè)方面著手：

(1)按量、按質(zhì)供能，能源的溫度及等級(jí)合理匹配，簡(jiǎn)單講就是不要用高溫?zé)嵩慈ゼ訜嵋粋€(gè)低溫?zé)嶷?。按照此原則分析，罐區(qū)內(nèi)部分儲(chǔ)罐伴熱系統(tǒng)采用1.0 MPa蒸汽伴熱；吸附分離裝置成品塔C-604塔底操作溫度為162 ℃，而采用的塔底熱源為3.5 MPa蒸汽。因此裝置存在用高溫?zé)嵩慈ゼ訜岬蜏責(zé)嶷宓牟缓侠砬闆r，需要改造。

(2)多次利用能量，實(shí)現(xiàn)能量的梯次利用。按照溫位遞增的原則取熱，如果不加區(qū)分地并聯(lián)取熱，必將造成換熱最終溫度低，可用熱阱數(shù)量減少，“高熱低用、低熱無(wú)用”的現(xiàn)象。裝置內(nèi)配備了熱力站系統(tǒng)，對(duì)3.5 MPa蒸汽、1.0 MPa蒸汽等各梯度的蒸汽冷凝液分級(jí)閃蒸，閃蒸出來(lái)的蒸汽再并入管網(wǎng)內(nèi)使用，但0.4 MPa蒸汽的冷凝液外送溫度達(dá)到130 ℃，仍有可利用的空間。

(3)適當(dāng)減少過程的推動(dòng)力，避免因?yàn)樽非筝^小的設(shè)備投資而采用較大的傳熱溫差，從而造成全局利益的損失。重整裝置、歧化裝置反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)出料換熱器E-201、E-501，裝置建設(shè)時(shí)為減少投資，采用的是技術(shù)較為落后的立式換熱器，其熱端溫差分別高達(dá)59，57 K，不充分換熱后反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料還需加熱爐進(jìn)一步加熱，而反應(yīng)出口未回收的熱量經(jīng)空冷冷卻白白浪費(fèi)掉。同樣預(yù)加氫進(jìn)出料換熱器也存在換熱效率偏低的情況。

(4)減少能源流失點(diǎn)，堵塞漏洞。諸如裝置蒸汽疏水器直排、加熱爐系統(tǒng)漏風(fēng)、保溫保冷不完善等情況都可納入此類范圍，重點(diǎn)通過日常維護(hù)消除損失。

(5)余熱充分回收利用，熱、電的合供與轉(zhuǎn)化等。芳烴聯(lián)合裝置內(nèi)有大量的低溫?zé)嵩?見表1)，但由于此部分熱源品質(zhì)較低，裝置設(shè)計(jì)時(shí)沒有比較理想的利用方式。近年來(lái)中國(guó)石油化工股份有限公司各下屬企業(yè)在低溫?zé)崂梅矫孀隽舜罅康墓ぷ?，比較典型的如海南煉油化工有限公司芳烴裝置的利用低溫?zé)岚l(fā)電模式、鎮(zhèn)海煉化分公司芳烴裝置的低品質(zhì)蒸汽外供模式，均取得了比較明顯的節(jié)能效果，未來(lái)天津分公司也會(huì)開展相關(guān)工作。

表1 裝置內(nèi)低溫?zé)嵩唇y(tǒng)計(jì)

2 裝置節(jié)能改造的具體實(shí)踐

基于前述分析，在裝置節(jié)能改造項(xiàng)目的策劃及實(shí)踐中，廣大工程技術(shù)人員按照三環(huán)節(jié)能源結(jié)構(gòu)把系統(tǒng)按其能源在過程中的變化和功能分為3個(gè)環(huán)節(jié)或子系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、工藝?yán)米酉到y(tǒng)、回收利用子系統(tǒng)[1]。針對(duì)3個(gè)環(huán)節(jié)能源的優(yōu)化潛力，從裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、新型節(jié)能設(shè)備、高效塔盤的使用、能級(jí)的梯次利用等方面開展了一系列的節(jié)能改造工作。

2.1高效纏繞管式換熱器的應(yīng)用

2012年2#芳烴聯(lián)合裝置的重整進(jìn)料換熱器E-201、歧化裝置進(jìn)料換熱器E-501，由立式換熱器更換為高效纏繞式換熱器。

2.1.1 重整進(jìn)料換熱器E-201

熱端溫差由改造前的59 K降低為37.5 K，熱端出口溫度由原來(lái)的115 ℃變?yōu)?05 ℃，冷端出口溫度由431 ℃變?yōu)?52.5 ℃。熱負(fù)荷由原來(lái)的36.8 MW增至39.1 MW，重整產(chǎn)物空冷器A-201負(fù)荷由原來(lái)的12.3 MW減少至9.7 MW，重整進(jìn)料加熱爐F-201負(fù)荷由原來(lái)的11.3 MW減少到8.7 MW。

2.1.2 歧化進(jìn)料換熱器E-501

熱端溫差由改造前的57 K降低為30 K。熱端出口溫度由原來(lái)的138 ℃變?yōu)?20 ℃，冷端出口溫度由388 ℃變?yōu)?15 ℃。熱負(fù)荷由36.6 MW變?yōu)?2.5 MW，歧化產(chǎn)物空冷器A-501負(fù)荷由原來(lái)的9.95 MW變?yōu)?.55 MW，歧化進(jìn)料加熱爐F-501輻射段負(fù)荷由原來(lái)的4.4 MW減少到1.8 MW。

2.2裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

2.2.1 預(yù)加氫部分

2004年裝置擴(kuò)能改造時(shí)，為降低投資，預(yù)加氫反應(yīng)器進(jìn)出料換熱器E-101沒有改動(dòng)，面積偏小，預(yù)加氫進(jìn)料經(jīng)換熱后溫度偏低，導(dǎo)致反應(yīng)加熱爐F-101熱負(fù)荷較大。2012年改造時(shí)將預(yù)加氫進(jìn)料換熱器E-101A/B由BES800更換為BFU1200，換熱面積增大454 m2，E101C～F不更換。改造后E-101換熱量由3.6×107kJ/h增至3.9×107kJ/h，可多回收熱量0.3×107kJ/h。加熱爐入口溫度由240.1 ℃提高至244.8 ℃，實(shí)際更換后換熱器熱端溫差由原來(lái)的50 K降低為目前的39 K，F(xiàn)-101進(jìn)料溫度提高約7 K。燃料氣用量平均150 m3/h，與改造之前相比降低約40 m3/h。以年產(chǎn)304.2 kt對(duì)二甲苯計(jì)算，估計(jì)能耗(標(biāo)油)降低1.5 kg/t。

2.2.2 歧化部分

原設(shè)計(jì)中甲苯塔塔頂大部分物料作為苯塔重沸器熱源，但仍有少部分熱量沒有得到充分利用，采用空冷器冷卻，苯塔塔底物料直接進(jìn)入甲苯塔。于2012年對(duì)換熱流程進(jìn)行了下列改造。

(1)增加歧化汽提塔進(jìn)料/甲苯塔塔頂換熱器E-559

新增1臺(tái)歧化汽提塔進(jìn)料/甲苯塔頂換熱器E-559用于回收甲苯塔塔頂熱量。歧化汽提塔進(jìn)料先進(jìn)入歧化汽提塔進(jìn)料換熱器E-503，與經(jīng)甲苯塔進(jìn)料換熱后的歧化汽提塔底物料換熱，然后進(jìn)入E-559與甲苯塔頂油氣進(jìn)行換熱，之后進(jìn)入歧化汽提塔。

(2)增加歧化汽提塔塔底/甲苯塔進(jìn)料換熱器E-560A～C

新增歧化汽提塔塔底/甲苯塔進(jìn)料換熱器E-560，共3臺(tái)，串聯(lián)操作。歧化汽提塔塔底物料先進(jìn)入E-560與甲苯塔進(jìn)料換熱，加熱甲苯塔進(jìn)料至接近泡點(diǎn)溫度，以減少甲苯再沸器蒸汽用量，然后再進(jìn)入E-503與歧化汽提塔進(jìn)料換熱。

通過增加E-559和E-560，甲苯塔的進(jìn)料溫度由原來(lái)的144 ℃提高到了192 ℃，塔底再沸器流量減少3.3 t/h，能耗(標(biāo)油)降低6.1 kg /t，C-501進(jìn)料溫度從原來(lái)的138 ℃提到到了153 ℃。

2.3高效塔盤的應(yīng)用

委托南京凱寧化工裝備有限公司對(duì)2#芳烴聯(lián)合裝置中存在操作困難和能耗偏高的塔系進(jìn)行了分析，該公司提出了建議性改造方案，通過更換高效塔盤，進(jìn)行以下改進(jìn)：

(1)通過提高塔盤效率，降低塔回流比，克服相應(yīng)塔系塔底/塔頂冷換設(shè)備能力不足缺陷；

(2)提高產(chǎn)品質(zhì)量；

(3)降低塔系能耗。

2.3.1 重整油塔C203改造

將原普通浮閥塔板改造為帶鼓泡促進(jìn)器的復(fù)合孔微型閥高效塔板，塔板由50層增加到58層；降液管改造為多折邊傾斜降液管，塔頂回流口增加虛擬降液管；在單、雙溢流塔盤轉(zhuǎn)換位置處設(shè)計(jì)導(dǎo)流管，在21層下方的受液盤設(shè)置引流管，把單溢流降液管中的液相引到雙溢流中心受液盤處；進(jìn)料口處設(shè)氣液雙相分布器。

2.3.2 抽提系統(tǒng)改造

抽提塔C301通過改造輕相上升管，保證上升管流出的輕相在篩孔塔盤上均勻分布，將原來(lái)的4 mm篩孔塔盤改造為2 mm的不銹鋼篩孔塔盤，以達(dá)到較好的傳質(zhì)效果；在塔頂重相進(jìn)口處增設(shè)排管式分布器，使得重相入塔后均勻分布；改造輕相(芳烴進(jìn)料)入口分布器，使得自該分布器流出的輕相物流與由上升管流至塔板上的輕相物流方向一致。

將汽提塔C303、回收塔C304的原降液管改造為多折邊傾斜降液管，普通浮閥塔板改造為帶鼓泡促進(jìn)器的復(fù)合孔微型閥高效塔板，塔頂回流，增加虛擬降液管，改造現(xiàn)有的進(jìn)料分器。

實(shí)際改造后節(jié)約3.5 MPa蒸汽0.92 t/h，綜合能耗(標(biāo)油)降低2.24 kg/t，每年可獲得經(jīng)濟(jì)效益139萬(wàn)元。

2.4裝置余熱回收

2011年將裝置罐區(qū)伴熱熱源由1.0 MPa蒸汽改為裝置內(nèi)的采暖水。該項(xiàng)目于2011年11月29日完工并投入運(yùn)行，1.0 MPa蒸汽使用量下降了2.6 t/h，達(dá)到了降低蒸汽消耗的預(yù)期效果。

2014年通過改造利用裝置內(nèi)的蒸汽凝結(jié)水(0.34 MPa，135～148 ℃,60 t/h)的余熱，加熱增設(shè)在F-201～204爐燃燒器上的空氣預(yù)熱器，使進(jìn)入爐膛的空氣被加熱，空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后，溫度由5 ℃升至70 ℃后進(jìn)燃燒器，可節(jié)約燃料天然氣52.64 m3/h。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過不斷的節(jié)能改造，芳烴聯(lián)合裝置的運(yùn)行能耗(標(biāo)油)由開工初期的800～1 000 kg/t降低到了680 kg/t左右。實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)低于裝置的設(shè)計(jì)能耗，節(jié)能效果顯著，裝置競(jìng)爭(zhēng)能力逐步加強(qiáng)。上述改造也為同類裝置的節(jié)能改造提供了思路。

[1] 陳步寧，華賁，鄧頌九.能量綜合和工藝同時(shí)優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)學(xué)方法[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1996,24(2)：19-24.

StudyofEnergy-savingReformationofAromaticsComplex

Yu Tao

(SINOPECTianjinCompany,Tianjin300270)

This paper reviewed the energy-saving reformation of 2#aromatics complex of SINOPEC Tianjin Petrochemical Company,and introduced the reconstruction scheme and final effect.The running results showed that the unit energy-consumption was reduced year by year,and the technical and economic level of the complex was improved obviously.The reformation provided guidance for plants of the same kind.

aromatics,energy-saving,reformation

2017-06-15。

于濤，男，1996年畢業(yè)于天津大學(xué)有機(jī)化工專業(yè)，高級(jí)工程師，目前主要從事芳烴裝置技術(shù)管理工作。

1674-1099 (2017)04-0014-03

：TE624.47

： A