碳五裝置火炬氣回收方案設(shè)計(jì)

李少波

(中國石化上海石油化工股份有限公司精細(xì)化工部，上海 200540)

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工業(yè)化應(yīng)用

碳五裝置火炬氣回收方案設(shè)計(jì)

李少波

(中國石化上海石油化工股份有限公司精細(xì)化工部，上海 200540)

摘要：利用壓縮冷凝法火炬氣回收技術(shù)，對(duì)碳五裝置排火炬管線尾氣中的烴類組分進(jìn)行回收，減少裝置外排火炬量，在降低物料損耗取得一定的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，減輕尾氣排放產(chǎn)生的環(huán)境污染。

關(guān)鍵詞：火炬氣回收方案碳五

石油化工生產(chǎn)裝置在正常生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行不平衡所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w、安全閥泄漏出的氣體，以及其他各種原因使產(chǎn)生的部分可燃?xì)怏w向放空系統(tǒng)排放。目前此類放空可燃?xì)怏w一般排放到火炬進(jìn)行燃燒，因此國內(nèi)各石化企業(yè)都設(shè)有多個(gè)高架火炬。隨著各企業(yè)生產(chǎn)裝置規(guī)模的增大以及生產(chǎn)裝置數(shù)量的增多，放出的可燃?xì)怏w也越來越多，直接排放到火炬燃燒，不僅浪費(fèi)了資源，而且還嚴(yán)重污染大氣。進(jìn)行放空可燃?xì)怏w的回收，已成為石油化工生產(chǎn)裝置節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)，并在實(shí)際生產(chǎn)中也逐步開始應(yīng)用[1]。尾氣回收主要技術(shù)有變壓吸附回收、膜回收法和壓縮冷凝法[2-4]。

壓縮冷凝法油氣回收裝置應(yīng)用最廣泛，技術(shù)最成熟，具有橇裝化程度高、操作彈性大、投資小和運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，比較適合輕烴尾氣的回收。因此，某化工生產(chǎn)企業(yè)擬選取壓縮冷凝法尾氣回收技術(shù)，對(duì)碳五裝置排火炬線的尾氣中的碳五組分進(jìn)行回收。項(xiàng)目實(shí)施后可取得一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并具有一定的推廣示范作用。

1碳五裝置尾氣回收方案設(shè)計(jì)

1.1碳五裝置火炬氣來源及組分

該化工生產(chǎn)企業(yè)主要有2套碳五分離裝置、2套異戊烯裝置及公用工程車間(罐區(qū)、儲(chǔ)運(yùn)區(qū))。4套生產(chǎn)裝置和公用工程車間在生產(chǎn)過程(包括系統(tǒng)壓力調(diào)整排放、物料不平衡排放、裝置系統(tǒng)泄漏、裝置開停車吹掃及儲(chǔ)罐區(qū)原料產(chǎn)品裝卸等過程)中會(huì)產(chǎn)生一定量的火炬氣。碳五分離裝置以乙烯裝置副產(chǎn)裂解碳五餾分為原料來進(jìn)行各種碳五雙烯烴的分離和生產(chǎn)，由于裂解碳五餾分組成比較復(fù)雜，因此火炬氣組分也較為復(fù)雜，其組成時(shí)刻都在發(fā)生變化，平均相對(duì)分子質(zhì)量、密度和熱值等物性也在一定范圍內(nèi)變動(dòng)。因此取火炬氣典型組成如表1所示。

表1　火炬氣典型組成

1. 2碳五裝置尾氣回收流程

該化工生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)有的火炬氣系統(tǒng)如圖1所示。

火炬氣經(jīng)管線輸送至分液罐，經(jīng)氣液分離罐分離后，進(jìn)入水封罐，再經(jīng)切斷閥，進(jìn)入火炬系統(tǒng)。

圖1　現(xiàn)有火炬氣系統(tǒng)

擬在進(jìn)分液罐之前的火炬管線上增加一套壓縮冷凝法火炬氣回收裝置，具體流程如圖2所示。

圖2　增加回收裝置后的火炬氣系統(tǒng)

壓縮冷凝法火炬氣回收裝置的流程如圖3所示。

圖3　壓縮冷凝法火炬氣回收裝置流程

原料氣經(jīng)過過濾分離掉其中夾帶的少量油、水(游離水)和鐵銹等雜質(zhì)，再經(jīng)增壓后進(jìn)入分子篩吸附脫水裝置，進(jìn)入預(yù)冷器，預(yù)冷至5～10 ℃，然后進(jìn)入制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)使原料氣溫度進(jìn)一步降低，冷卻后的尾氣進(jìn)入分離罐進(jìn)行氣液分離。罐頂經(jīng)分離后的干氣與原料氣換熱被升溫至20 ℃左右再輸出到火炬系統(tǒng)放空，液相則進(jìn)行回收利用。

1.3主要設(shè)備一覽

尾氣回收系統(tǒng)主要設(shè)備見表2。

表2　主要設(shè)備一覽

2尾氣回收效果影響因素分析

2.1冷凝溫度對(duì)回收率的影響

尾氣回收效果與壓力及冷凝溫度有關(guān)。壓力越大，氣體沸點(diǎn)越高，就越容易液化；溫度越低，氣體也越容易液化。冷凝溫度越低、壓力越大，回收率越高，但同時(shí)需要消耗的冷量、電量也越大，能源消耗越高，成本也越大。因此實(shí)際工況的設(shè)定需要合理選擇冷凝溫度和壓力，既能保證一定的回收率，又要盡可能地降低能源消耗，確保尾氣回收裝置的經(jīng)濟(jì)性。利用ASPEN PLUS流程模擬軟件對(duì)尾氣壓縮冷凝過程進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)冷凝溫度對(duì)尾氣回收率的影響的定量分析。

當(dāng)壓力為1 MPa時(shí)，在不同冷凝溫度下的尾氣回收率及需要冷量如表3所示。

表3　冷凝溫度對(duì)回收率的影響

注：制冷機(jī)功率以能效比3.5計(jì)算所得。

由表3可知:碳三及以上組分相對(duì)容易回收，而回收碳二和碳一則條件苛刻，因此在分析尾氣回收率時(shí)，只考慮碳三及以上烴類組分。

從表3還可以看出：隨著冷凝溫度的降低，回收率是不斷增加的，但到了-15 ℃以下，再降低冷凝溫度，回收率的增加幅度逐步減小。同時(shí)考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中，回收的尾氣凝液作為返回碳五與其他物料混合，儲(chǔ)存溫度為常溫，儲(chǔ)存壓力為0.3 MPa左右，該條件下碳三和碳四烴類也極容易氣化進(jìn)入回收系統(tǒng)，然后繼續(xù)循環(huán)回收，造成能耗的浪費(fèi)，故初步建議冷凝溫度選擇-15 ℃即可。

2.2壓力對(duì)回收率的影響

當(dāng)冷凝溫度為-15 ℃時(shí)，不同壓力下的尾氣回收率及需要的冷量如表4所示。

表4　壓力對(duì)回收率的影響

從表4可以看出:隨著回收壓力的增加，回收率也不斷提高，但當(dāng)回收壓力超過1.0 MPa以后，再增大回收壓力，回收率的增加幅度逐步減小。純丙烷在30 ℃時(shí)的飽和蒸汽壓為1.07 MPa，因此當(dāng)回收壓力為1.0 MPa時(shí)，純丙烷理論上在30 ℃以下時(shí)已基本液化。同時(shí)考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中，回收的尾氣凝液作為返回碳五與其他物料混合，儲(chǔ)存溫度為常溫，儲(chǔ)存壓力在0.3 MPa左右，該條件下碳三、碳四烴類也極容易氣化進(jìn)入回收系統(tǒng)，然后繼續(xù)循環(huán)回收，造成能源的浪費(fèi)，因此建議回收壓力選擇1.0 MPa即可。

3效益分析

3.1尾氣回收的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

2015年1—12月共排放火炬氣1.664×106m3，火炬氣密度為1.3 kg/m3左右，尾氣回收量=2015年火炬氣排放量×組分中碳三以上組分含量×回收率=1.664×106×1.3×43.09%×90.09%=839.75(t)。

以2015年碳五原料單價(jià)計(jì)，回收利潤=尾氣回收量×碳五單價(jià)=839.75×2 800=235.13(萬元)

3.2公用工程消耗

公用工程消耗見表5(以每年8 760 h計(jì))。

表5　公用工程消耗

3.3碳減排效益

通過回收尾氣不僅能取得一定的社會(huì)效益，減少資源的浪費(fèi)、降低環(huán)境的污染，還能通過碳排放交易產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益。2015年擬上尾氣回收系統(tǒng)后約可減少CO2排放量3.7 kt，通過碳交易可得間接效益8萬元左右。

尾氣回收系統(tǒng)項(xiàng)目總投資約300萬元(全部費(fèi)用)；以2015年尾氣回收數(shù)據(jù)為例，不計(jì)人工成本、折舊費(fèi)等，年運(yùn)行成本即為公用工程消耗，52.66萬元；約15個(gè)月即可回收投資，第2年扣除投資和運(yùn)行成本后，約可獲得65萬元收益，第3年起收益可達(dá)182萬元左右。

4結(jié)語

通過增設(shè)火炬氣回收系統(tǒng)，可以最大限度地回收利用火炬氣中碳三以上烴類組分，實(shí)現(xiàn)資源回收、減少排放。該回收系統(tǒng)工藝技術(shù)成熟，每年可回收烴類3.2 kt，降低CO2排放量3.7 kt，減排效果顯著，15個(gè)月可收回投資成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，年效益可達(dá)182萬元，是實(shí)現(xiàn)降本增效的有效措施之一；同時(shí)，促進(jìn)了清潔生產(chǎn)，具有顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益，對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展可起到推進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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It is proposed to use condensing method flare gas recovery technology to recycle the hydrocarbon constituents in flare line tail gas of C5unit so as to reduce the exhaustion of flare gas, which could reduce environment pollution caused by emission of tail gas while gaining certain economic profit through reducing material loss.

Keywords：flare gas, recovery, scheme, C5

收稿日期：2016-03-30。

作者簡介：李少波，男，1983年出生，2005年畢業(yè)于上海師范大學(xué)化學(xué)工程與工藝(精細(xì)化工)專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)管理工作。

文章編號(hào)：1674-1099(2016)03-0039-04中圖分類號(hào)：TE992.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Design of Fare Gas Recovery Scheme for C5Unit

Li Shaobo

(FineChemicalDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.Shanghai200540)

ABSTRACT