熱高壓分離技術(shù)在芳烴異構(gòu)化中的應(yīng)用

祝飛雄

（中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，寧波315207）

熱高壓分離技術(shù)在芳烴異構(gòu)化中的應(yīng)用

祝飛雄

（中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，寧波315207）

指出了芳烴聯(lián)合裝置異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)采用冷高壓分離（冷高分）工藝的不足和選用熱高壓分離（熱高分）工藝的可行性，介紹了中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司芳烴裝置將異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)工藝改造成熱高分工藝后的實施效果。結(jié)果表明：與冷高分工藝相比，芳烴裝置異構(gòu)化熱高分工藝改造節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著。

芳烴 異構(gòu)化 冷高壓分離 熱高壓分離

中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司（以下簡稱鎮(zhèn)海煉化）芳烴聯(lián)合裝置于2003年投入運行，產(chǎn)品包括對二甲苯（PX）、鄰二甲苯（OX）、苯等，近年通過擴能改造，其生產(chǎn)能力己達(dá)到850 kt／a。芳烴聯(lián)合裝置由595 kt／a的PX裝置和1 000 kt／a的歧化裝置組成，其中PX裝置由4個單元組成，分別是PX吸附分離單元、二甲苯異構(gòu)化單元、二甲苯精餾單元及聯(lián)合裝置內(nèi)配套的公用工程單元。裝置從當(dāng)初建成之后通過各種形式的挖潛改造，不斷降低單位能耗，大大提高了鎮(zhèn)海煉化的經(jīng)濟效益。但是與國內(nèi)外其他一流裝置相比，在挖潛節(jié)能方面，鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置還存在一定的空間。文章主要針對鎮(zhèn)海煉化芳烴裝置現(xiàn)有冷高壓分離（以下簡稱冷高分）技術(shù)中的不足，介紹了熱高壓分離（以下簡稱熱高分）技術(shù)在芳烴異構(gòu)化中的應(yīng)用。

1 芳烴裝置冷高分工藝技術(shù)的不足

鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置采用的是冷高分工藝技術(shù)，其不足之處主要表現(xiàn)在：①異構(gòu)化反應(yīng)產(chǎn)物通過板式換熱器E301后大部分己被冷卻成液體，再通過24臺空冷器（A301A～X）進(jìn)行冷卻，冷卻后的反應(yīng)產(chǎn)物又需重新加熱到進(jìn)塔溫度后再到精餾塔T301，物料在此過程中存在先冷卻后加溫的過程，造成了雙重能源浪費，明顯存在能源利用不合理的情況；②夏季高溫來臨時，空冷器冷卻能力不足以及冷卻效果差，造成循環(huán)氫溫度升高，氫純度下降。為了滿足異構(gòu)化反應(yīng)對氫分壓的要求，必須通過提高反應(yīng)壓力或者提高循環(huán)氫流量來滿足工藝需要，這樣勢必會增加汽輪機負(fù)荷，使得蒸汽消耗量增加及汽輪機直接空冷負(fù)荷升高，造成能源浪費。

2 芳烴裝置選用熱高分技術(shù)的可行性研究

2.1 芳烴裝置選用熱高分技術(shù)行業(yè)爭議及認(rèn)證

熱高分技術(shù)已在大型汽柴油加氫裝置、蠟油加氫裝置和部分加氫裂化裝置中廣泛應(yīng)用并取得明顯節(jié)能成效，但在國內(nèi)所有芳烴裝置中包括連續(xù)催化重整（CCR）、PX異構(gòu)化、歧化裝置仍全都采用冷高分工藝，沒有一套采用熱高分工藝技術(shù)的先例。究其原因主要有兩點：①在裝置初始設(shè)計時，將反應(yīng)產(chǎn)物與該反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)料通過高效板式換熱器進(jìn)行換熱，換熱后溫度一般在110～120℃，比加氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物換熱后低100 K，熱量利用率己經(jīng)相當(dāng)高，是否還有必要增加投資來減少該反應(yīng)產(chǎn)物中液相熱量損失一直存在爭議；②設(shè)計中考慮了反應(yīng)產(chǎn)物在該溫度條件下的溶解氫是否會造成大量氫氣損耗。但是異構(gòu)化設(shè)計反應(yīng)壓力為0.57～1.13 MPa，屬于低壓反應(yīng)，該反應(yīng)的產(chǎn)物中C＋8芳烴占90%以上，反應(yīng)產(chǎn)物大部分在板式換熱器出口已是液體狀態(tài)。而通過認(rèn)證表明：芳烴裝置熱高分工藝改造的投資成本相對于中壓和高壓加氫裝置（其熱高分工藝改造一次性投資約10%）而言增加不到6%；反應(yīng)產(chǎn)物在110℃左右溫度條件下的溶解氫非常低，不會造成裝置氫氣損耗［1］。

2.2 裝置選用熱高分技術(shù)前期效益測算

按裝置生產(chǎn)能力450 kt／a、年操作時間8 000 h計，改造后的裝置每小時有28.62 GJ熱負(fù)荷被有效利用，并且節(jié)約電力233.02 kWh，換算為標(biāo)油能耗分別為12.15 kg／t和1.08 kg／t，可見熱高分技術(shù)節(jié)能潛力相當(dāng)可觀［2］。

2.3 鎮(zhèn)海煉化熱高分技術(shù)工藝方案

經(jīng)過權(quán)衡利弊，鎮(zhèn)海煉化決定在2012年裝置大修換劑擴能改造時增設(shè)異構(gòu)化熱高分設(shè)備，設(shè)計改造后的流程見圖1。

圖1 異構(gòu)化熱高分改造后流程

如圖1所示：反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過板式換熱器E301換熱后直接進(jìn)入新增設(shè)的反應(yīng)產(chǎn)物氣液分離器V309，氣相經(jīng)過反應(yīng)產(chǎn)物空冷冷卻后進(jìn)入原分液罐V301，分離后氣相作為反應(yīng)循環(huán)氫循環(huán)使用，可明顯降低反應(yīng)產(chǎn)物空冷能耗，由此可將24臺空冷器停開6臺；熱高分分離出的大量較高溫度的液相直接與冷高分的分離液混合，可以提高進(jìn)入換熱系統(tǒng)的反應(yīng)產(chǎn)物溫度，減少反應(yīng)產(chǎn)物加熱到進(jìn)塔溫度所需的熱能，即脫庚烷塔進(jìn)料換熱流程中與塔頂油氣（E305）及脫庚烷塔底液（E302）換熱所需熱量減少，相當(dāng)于可節(jié)約加熱脫庚烷塔底重沸器換熱量，使熱聯(lián)合加熱爐F401的燃料氣消耗減少；另外，脫庚烷塔頂取熱量減少，結(jié)余的熱能可以在今后進(jìn)行進(jìn)一步利用。

3 綜合效果評價及分析

鎮(zhèn)海煉化芳烴裝置于2012年2月實施了異構(gòu)化熱高分改造項目，2012年5月改造完成后正式投用，并于2012年9月進(jìn)行了滿負(fù)荷標(biāo)定。

3.1 熱高分氣相節(jié)能效果評價

鎮(zhèn)海煉化芳烴裝置異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)采用熱高分工藝后，進(jìn)料負(fù)荷由原先的272 t／h增加至305 t／h，在負(fù)荷增加10%左右的工況下，原裝置中24臺空冷設(shè)備停開5臺，每小時可節(jié)電185 kWh。

3.2 熱高分液相節(jié)能效果評價

采用熱高分后，原有的精餾塔進(jìn)料換熱平衡格局被打亂，熱高分改造項目實施時也相應(yīng)地對該精餾塔的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了重新布局。熱高分分離出的大量較高溫度的液相直接與冷高分的分離液混合，提高進(jìn)入原換熱系統(tǒng)的反應(yīng)產(chǎn)物溫度，反應(yīng)產(chǎn)物加熱到所需進(jìn)塔溫度用能減少，為更好地利用脫庚烷塔T301塔頂?shù)挠酂豳Y源，新增了脫庚烷塔熱媒水換熱流程。在T301塔頂循環(huán)塔進(jìn)料／脫庚烷塔頂換熱器E305后新增熱媒水換熱器E311，和原脫庚烷塔頂／除氧水換熱器E310并聯(lián)使用，采用溫控調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量控制，在脫庚烷塔進(jìn)料／塔頂換熱器E302后新增塔頂油／熱媒水換熱器E302B，熱媒水依次經(jīng)新增的板式換熱器E302B及E311，將塔頂油氣余熱取出后輸送至Ⅳ號重整裝置作為預(yù)熱加熱爐空氣使用，具體流程見圖2。

圖2 液相低溫余熱利用流程

標(biāo)定結(jié)果：脫庚烷塔頂多余低溫?zé)嵬ㄟ^E302B，E311除氧水取熱后，除氧水溫度由90℃提高至150℃，該股除氧水進(jìn)重整裝置空氣預(yù)熱器，空氣溫度由20℃提高至110℃，每小時回收低溫?zé)?5.12 GJ（該項目投用正常后頂部可利用低溫?zé)峒s28.8 GJ），回收T301頂余熱資源的同時，在負(fù)荷增加10%左右的工況下，可以停運塔頂空冷器1臺，每小時可節(jié)電37 kWh。

3.3 異構(gòu)化熱高分節(jié)能效果評價綜合分析

改造后的裝置經(jīng)過標(biāo)定，每小時實際節(jié)約熱能約10.8 GJ，節(jié)電185 kWh，可看出實際節(jié)能情況和設(shè)計相比都有一定的差距，究其原因是裝置經(jīng)歷此次改造后，生產(chǎn)負(fù)荷提高了10%，因此實際節(jié)電比設(shè)計值略微偏小。實際熱能的回收值比設(shè)計值要小，主要原因為：①該技措項目剛剛投用，運行工況還在不斷摸索中，熱媒水至重整加熱爐空氣預(yù)熱系統(tǒng)使用量沒達(dá)到設(shè)計值，造成熱能回收減少，待后期完全投用該項目；②芳烴聯(lián)合裝置不是以產(chǎn)蒸汽為目的，而是通過調(diào)節(jié)產(chǎn)蒸汽量來控制塔頂塔壓及余熱平衡，可見產(chǎn)汽量越大，裝置能耗越高，因此芳烴裝置需要深挖潛力，使裝置自產(chǎn)蒸汽量控制在較低的水平，所以歧化除氧水至E310去各汽包的流量較低，造成熱能回收減少。

3.4 經(jīng)濟效益測算

異構(gòu)化熱高分改造的投資費用大約為1 054.96萬元；熱高分改造后每小時可以節(jié)電185 kWh，回收熱能10.8 GJ。由此預(yù)計芳烴裝置每年可節(jié)能（按標(biāo)油計）2 524.23 t，年經(jīng)濟效益約為807.8萬元。

4 結(jié)語

鎮(zhèn)海煉化芳烴異構(gòu)化熱高分工藝改造節(jié)能效果明顯，凈態(tài)投資回收期為1.3 a，其成功改造應(yīng)用的意義不僅僅在經(jīng)濟效益上，更體現(xiàn)在整個芳烴行業(yè)的工藝格局中，打破了熱高分工藝技術(shù)在加氫裝置獨大的格局，更開創(chuàng)了國內(nèi)芳烴裝置采用熱高分技術(shù)的先河，為其他新建芳烴裝置工藝技術(shù)選擇及已有裝置節(jié)能改造提供了寶貴的經(jīng)驗。

［1］ 施俊林.煉廠低溫?zé)峄厥张c利用的途徑［J］.寧波節(jié)能，2007（5）：13－16.

［2］ 張善營，伍寶洲.芳烴異構(gòu)化反應(yīng)系統(tǒng)采用熱高分工藝可行性分析［J］.河北化工，2012（3）：50－51.

Application of High Pressure Hot Separation Technology in Isomerization of Aromatics

Zhu Feixiong
（SINOPEC Zhenhai Refining and Chemical Company，Ningbo 315207）

The defects of adopting high pressure cold separation process for isomerization reaction system in aromatics united plant and feasibility of adopting high pressure hot separation process were raised，and the implementation effects of isomerization reaction system of aromatics plant in Zhenhai Refining and Chemical Company after transforming the process to high pressure hot separation processwere introduced.Result showed that comparing with high pressure cold separation process，the high pressure hot separation process had remarkable energy－saving effectiveness and yielded good economic benefit.

aromatics，isomerization，high pressure cold separation，high pressure hot separation

1674－1099 （2014）06－0049－03

TE624.47

A

2014－10－22。

祝飛雄，男，1978年出生，2001年畢業(yè)于茂名學(xué)院石油化工工藝專業(yè)，現(xiàn)從事芳烴生產(chǎn)和技術(shù)管理工作。