節(jié)能新技術(shù)在芳烴裝置改造中的應(yīng)用

夏文女

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴事業(yè)部, 200540)

項目評價

節(jié)能新技術(shù)在芳烴裝置改造中的應(yīng)用

夏文女

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴事業(yè)部, 200540)

針對該裝置存在的問題,結(jié)合實例介紹了芳烴裝置先進的節(jié)能技術(shù)和效果,并提出了具體的改造措施。預(yù)計改造后對二甲苯裝置的燃動能耗可降低 26.1%～39.2%,節(jié)能效果顯著。

芳烴裝置 節(jié)能新技術(shù) 改造 應(yīng)用

中國石化上海石油化工股份有限公司 (以下簡稱上海石化)芳烴事業(yè)部共有 2套芳烴生產(chǎn)裝置,即芳烴 1#裝置 (包括 1#連續(xù)重整裝置及下游裝置)和芳烴 2#裝置 (包括 2#連續(xù)重整裝置及下游裝置)。芳烴 1#裝置建于上世紀 80年代,工藝技術(shù)比較落后,存在加熱爐多、空冷器 (水冷器)多、設(shè)備性能差、缺少熱集成系統(tǒng)等問題,因此裝置的能耗水平遠高于 2009年建成投用的芳烴 2#裝置。為降低芳烴 1#裝置能耗,擬采用節(jié)能新技術(shù)對該裝置進行改造。

1 裝置概況

1.1 工藝流程

芳烴 1#裝置以加氫裂化重石腦油為主要原料,通過催化重整、芳烴抽提、二甲苯精餾、吸附分離、歧化與烷基轉(zhuǎn)移和二甲苯異構(gòu)化等工藝過程,生產(chǎn)苯和對二甲苯 (PX)。圖 1所示為芳烴 1#裝置工藝流程。

這 2套芳烴裝置工藝流程基本相同,均以加氫裂化重石腦油為主要原料,原料性質(zhì)能夠滿足重整裝置的進料要求,因此工藝流程中沒有預(yù)加氫處理單元。

1.2 芳烴 1#裝置能耗構(gòu)成與分布

表 1為芳烴 1#裝置對二甲苯能耗構(gòu)成數(shù)據(jù)。由表 1可見,該裝置的能耗以燃料、蒸汽和電為主,其中燃料消耗最高,占總能耗的 56.17%,工業(yè)水、純水所占的比例很小。

表 2為按單元與產(chǎn)品類別劃分的芳烴 1#裝置燃動能耗分布數(shù)據(jù)。

從表 2數(shù)據(jù)可以看出,芳烴 1#裝置能耗以對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域為主,占整個裝置總能耗的68.31%。

表 1 芳烴 1#裝置對二甲苯燃動能耗構(gòu)成＊

表 2 芳烴 1#裝置燃動能耗分布 %

綜合以上分析,芳烴 1#裝置節(jié)能改造重點是降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗,尤其是燃料消耗。因此,擬對芳烴 1#裝置的歧化單元、吸附分離單元、異構(gòu)化單元和二甲苯分離單元進行以節(jié)能降耗為主、擴能為輔的技術(shù)改造。設(shè)想通過低溫?zé)岬幕厥绽眉安捎眯滦痛呋瘎?(吸附劑),降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗;通過回收煙氣余熱降低加熱爐的燃料氣消耗;通過利用新型換熱設(shè)備(塔內(nèi)件)及熱集成技術(shù)降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗,特別是燃料氣的消耗。

2 節(jié)能改造措施

2.1 采用熱集成技術(shù)

芳烴 1#裝置中,對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的精餾塔數(shù)量較多,且負荷均較大,大部分精餾塔用加熱爐單獨供熱,塔頂潛熱采用空冷器和水冷器進行冷卻,能量浪費嚴重,而采用熱集成技術(shù)可改變這種情況。

所謂熱集成技術(shù),就是根據(jù)烴類沸點及冷凝溫度,隨操作壓力升高而升高這一特點,當(dāng)裝置中有幾個精餾塔同時運行時,可以通過設(shè)計使這幾個塔在不同的壓力和溫度下操作,將高溫塔塔頂流出氣體的冷凝熱提供給低溫塔塔底再沸器,將高溫塔的塔釜液提供給需要較高品位熱源的精餾塔再沸器熱源,以實現(xiàn)熱源的聯(lián)合應(yīng)用。

以芳烴 2#裝置為例,其甲苯塔的熱聯(lián)合流程如圖 2所示。歧化單元中甲苯塔通過提壓操作,塔頂蒸汽作為苯塔再沸器的熱源,甲苯塔塔底采用再沸爐供熱。甲苯塔塔底再沸爐設(shè)計熱負荷約30.9 MW,在提供苯塔和甲苯塔熱量后,多余的熱量由甲苯塔塔頂空冷器進行調(diào)節(jié),提高了熱量的利用率。

芳烴 1#裝置的節(jié)能改造中,擬對二甲苯塔、甲苯塔采用加壓操作,回收的二甲苯塔頂冷凝熱量用作吸附分離塔底重沸器的加熱熱源;回收的甲苯塔頂?shù)睦淠裏嵊米鞅剿字胤袩嵩?使塔間的能量得到綜合利用,有效地降低燃料消耗,從而降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗。

2.2 采用新型換熱設(shè)備 (塔內(nèi)件)

2.2.1 板式換熱器

芳烴 1#裝置中,歧化單元和異構(gòu)化單元進、出料換熱器均采用了普通管殼式換熱設(shè)備,回收到的熱量較小。

板式換熱器是采用波紋板片作為傳熱元件,每 2張板片對扣后形成一個傳熱單元,即板管,板束、板片間采用專用程控氬弧焊焊機進行焊接,全焊接式板束裝在壓力殼內(nèi)。與傳統(tǒng)的普通殼式換熱設(shè)備相比,板式換熱器熱端溫差小、壓力低、回收的熱量多,其傳熱效率是管殼式換熱器的 2～3倍。

表 3為某芳烴歧化裝置的歧化反應(yīng)器進、出料換熱器更換為板式換熱器后各設(shè)備的負荷變化情況[1]。從表 3中可以看出,更換為板式換熱器后,進料加熱爐熱負荷下降 70%以上。更換前所需的燃料氣流量為 1 400 m3/h,而更換后僅需545 m3/h,節(jié)能效果明顯。

表 3 更換換熱器前后設(shè)備熱負荷比較 MW

在這次節(jié)能改造中,擬將歧化進料換熱器、異構(gòu)化進料換熱器將改換成焊板式換熱器,以降低燃料氣消耗。

2.2.2 高通量管換熱器

芳烴 1#裝置中,苯塔重沸器采用了普通的管殼式換熱設(shè)備,抽余液塔重沸器、抽出液塔重沸器以及脫庚烷塔重沸器等塔器均采用加熱爐加熱,燃料消耗量很大。

高通量管換熱器,又稱為多孔表面管換熱器,是一種通過傳熱表面處理,使管殼式換熱器再沸騰傳熱下得到強化的換熱器。與普通的換熱器相比,高通量管換熱器可較大幅度的提高傳熱系數(shù),尤其適用于有相變的傳熱過程,換熱效果成倍提高。多孔高通量換熱管加工中過程中,采用了特定的噴涂技術(shù),在換熱管束外表面或內(nèi)表面燒結(jié)上一層微觀多孔微粒層[2],這一層多孔金屬既增加了表面熱交換面積,又為相變提供了大量的促進氣泡形成的活性核心,大大提高了傳熱速率。

表 4為某廠催化裂化裝置普通型換熱器更換成高通量換熱器后性能比較[1]。更換高通量換熱器后,總傳熱系數(shù)平均提高 89%,管束質(zhì)量減少 25%,設(shè)備運行負荷提高 16%,所需加熱蒸汽的溫度降低,高通量換熱器強化傳熱效果顯著。

在這次節(jié)能改造中,擬將苯塔重沸器更換成高通量管換熱器,將抽余液塔、抽出液塔重沸器的加熱爐改為高通量管換熱器。新增的換熱器將全部采用高通量管換熱器,以使燃料氣消耗降低,從而降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗。

表 4 使用不同換熱器運行參數(shù)對比

2.2.3 高效塔盤

芳烴 1#裝置中,二甲苯塔與抽余液塔等塔盤采用了普通篩孔塔板或?qū)蚋￠y塔板,分離精度較差,回流比較大,冷凝能耗和再沸能耗均較高。

塔盤是板式分離塔的核心,是氣液接觸進行熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的場所。近年來研制開發(fā)的新型塔盤[3-4]可較大幅度提高塔的分離效率,降低回流比,減少塔底加熱爐或重沸器的熱負荷。中國石油化工股份有限公司洛陽分公司采用復(fù)合孔微型閥高效塔盤,對二甲苯單元 6個塔器的塔盤進行了更換[5],與改造前相比,更換塔板后加熱爐的塔板效率提高 10%以上,其中抽余液塔塔板效率提高了 25%,二甲苯單元 6個塔節(jié)能總量達到 16.785 MW。

芳烴 1#裝置改造中,二甲苯塔、抽余液塔等塔器擬選用復(fù)合孔微型閥等新型高效塔盤。通過高效塔盤的使用,在保證產(chǎn)品純度的前提下,減少回流量,降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗。

2.3 回收利用低溫?zé)?/h3>

芳烴 1#裝置流程長,循環(huán)物料多,分離過程多,塔器多,大部分塔都是常壓操作,塔頂操作溫度一般在 120～160℃,回流溫度 60～90℃,塔頂冷凝低溫?zé)岫?。由于大部分的低溫?zé)犭y以在裝置內(nèi)部消化,多采用空冷、水冷的方式進行冷卻。一套 250 kt/a的芳烴裝置沒有回收的低溫?zé)峋瓦_到88.35 MW,相當(dāng)于浪費 200 kg標油。對二甲苯裝置的低溫?zé)嵩慈粲脕懋a(chǎn)生 0.4 MPa蒸汽,按照熱負荷 88.35 MW、1 kg的 0.4 MPa蒸汽相當(dāng)于2.09 MJ熱量計算,其流量可達 152 t/h;若用來發(fā)電,年發(fā)電量可達到 1.22×108kW·h,節(jié)能效果明顯。

在芳烴 1#裝置的節(jié)能改造中,設(shè)想把抽余液塔、抽出液塔和甲苯塔多余的冷凝熱用來發(fā)生0.4 MPa的蒸汽,該蒸汽通過新建的二甲苯塔底重沸爐對流段過熱至 200℃并送出裝置,作為新建 1 000 kt/a連續(xù)重整裝置 (3#重整裝置)氫增壓機的透平驅(qū)動蒸汽和其他裝置的加熱熱源,改變以往透平機采用 3.5MPa蒸汽或 1.0MPa蒸汽的狀況,降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗。

2.4 回收煙氣余熱

普通加熱爐的煙氣排放溫度一般在 300℃左右,直接排放不僅浪費熱量,還會造成大氣污染。煙氣余熱回收技術(shù)是將煙道氣從煙道引出,與進入加熱爐爐膛的燃燒空氣換熱,以此提高燃燒空氣溫度,減少加熱爐燃料消耗,從而實現(xiàn)煙氣余熱利用的目的。目前煙氣余熱回收系統(tǒng)一般采用熱管技術(shù)、搪瓷管技術(shù)、水熱媒技術(shù)和擾流子技術(shù)。以芳烴部 3#芳烴聯(lián)合裝置為例,5臺加熱爐的余熱回收系統(tǒng)投用后,加熱爐的平均熱效率提高5%以上。

在芳烴 1#裝置的節(jié)能改造中,對新增的二甲苯塔重沸爐計劃采用下置式熱管空氣預(yù)熱器回收煙氣余熱,用來預(yù)熱燃燒用空氣,以減少加熱爐的燃料消耗。

2.5 采用新型、高效催化劑和吸附劑

重整、歧化、異構(gòu)化單元的催化劑以及對二甲苯吸附劑的性能關(guān)系到芳烴裝置的優(yōu)化運行、產(chǎn)品的收率以及各項技術(shù)經(jīng)濟指標,也直接影響到裝置的能耗。因此選擇高性能催化劑對裝置整體效益的提高有著重要的意義。

芳烴 1#裝置的節(jié)能改造中,設(shè)想在反應(yīng)器以及循環(huán)氫壓縮機不作改動的前提下,通過選用新型、高效歧化、異構(gòu)化催化劑以及吸附劑,提高對二甲苯產(chǎn)能,降低對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗。

歧化及烷基轉(zhuǎn)移催化劑,擬選用中國石化上海石油化工研究院最新研發(fā)的 HAT-100催化劑。該催化劑能夠提高歧化進料中重芳烴質(zhì)量分數(shù)、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以及目的產(chǎn)物選擇性,每年可增產(chǎn)二甲苯 4%,而裝置能耗下降 5%。

二甲苯異構(gòu)化催化劑,擬選用中國石化石油化工科學(xué)研究院最新研發(fā)的 R IC-200乙苯轉(zhuǎn)化型催化劑。其性能與目前使用的 SKI-400相比,在保持較高的乙苯轉(zhuǎn)化率的條件下,乙苯轉(zhuǎn)化為二甲苯的選擇性更好。實驗室評價結(jié)果表明,R IC-200催化劑已經(jīng)達到了國外同類產(chǎn)品的水平。通過使用 R IC-200催化劑,預(yù)計可使異構(gòu)化反應(yīng)平衡時對二甲苯與混二甲苯的質(zhì)量比從22.5%提高到 23.2%,而對二甲苯生產(chǎn)區(qū)域的能耗沒有增加。

吸附劑擬選用 UOP ADS-37吸附劑,相對于芳烴 1#裝置目前使用的 ADS-7吸附劑,ADS-37的裝劑量可下降 10%,其吸附容量、對二甲苯吸附選擇性以及產(chǎn)品純度均有望得到不同程度的提高,能耗也將有所下降。

3 預(yù)期節(jié)能效果

通過實施上述改造,預(yù)計芳烴 1#裝置中對二甲苯區(qū)域燃動消耗可降低 26.1%～39.2%,節(jié)能47.0～70.5 kt標油 /t。同時 ,在歧化、異構(gòu)化裝置反應(yīng)器、循環(huán)氫壓縮機以及吸附裝置吸附塔不作改動的前提下,通過選用新型催化劑和吸附劑來提高裝置處理能力,預(yù)計對二甲苯年產(chǎn)能可提高 30%～50%。

ABSTRACT

[1] 矯明,徐宏,夏翔鳴,等.芳烴歧化裝置節(jié)能改造方案研究[J].現(xiàn)代化工,2007,27(10):43-45.

[2] 劉阿龍,徐宏,王學(xué)生.燒結(jié)型表面多孔管綜述[J].石油化工設(shè)備,2005,34(1):47-49.

[3] 左美蘭.塔板最新研究和展望[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2009,30(1):27-31.

[4] 李友松,倪曉亮.復(fù)合孔微型高效浮閥塔盤在對二甲苯裝置抽余液塔中的應(yīng)用[J].化工進展,2006,25(6):714-717.

[5] 高國正,唐孟海.芳烴聯(lián)合裝置的節(jié)能優(yōu)化改造[J].石油和化工節(jié)能,2009(6):32-34.

In order to solve the problems in aromatic plant,detailed measures for reformation were raised based on introduction of the advanced energy-saving technologies and effects for aromatic plants.It ispredicted that the energy consumption of fuel and power in PX plant could decrease 26.1%～39.2%after reformation.

Application of New Energy-saving Technology in Technical Reform of Aromatic Plant

XiaWennü
(A rom atic D ivision,S INOPEC Shanghai Petrochem ical Co.,L td.200540)

aromatic plant,new energy-saving technology,refor mation,application

1674-1099 (2011)02-0011-05

TE09

A

2010-12-30。

夏文女,女,1965年出生,1986年畢業(yè)于上海石油化工化工高等?？茖W(xué)校有機化工專業(yè),工程師,現(xiàn)從事技術(shù)管理工作。