提高S Zorb裝置低溫?zé)崂眯实姆桨柑接?/h1>
2017-12-06 00:35:03孟銳
石油煉制與化工 2017年12期
孟 銳
(中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)
提高S Zorb裝置低溫?zé)崂眯实姆桨柑接?/p>
孟 銳
(中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)
介紹了中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司1.5 Mta催化裂化汽油吸附脫硫裝置目前低溫?zé)崂矛F(xiàn)狀，提出新的換熱網(wǎng)絡(luò)，利用Petro-Sim流程模擬軟件進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果表明，優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)可提高低溫?zé)岬睦眯?，達(dá)到降低裝置能耗的目的，多余的低溫?zé)峥赏夤?，進(jìn)一步被回收利用。
S Zorb 催化裂化汽油 脫硫 低溫?zé)?能耗
催化裂化汽油吸附脫硫(S Zorb)技術(shù)具有反應(yīng)速率高、辛烷值損失低、產(chǎn)品脫硫率高、能耗低、吸附劑可循環(huán)再生等特點(diǎn)[1-5]，作為汽油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的主要技術(shù)手段，在全國(guó)范圍得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司(簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海煉化)目前擁有1.50 Mt/a和0.9 Mt/a兩套催化裂化汽油S Zorb裝置，承擔(dān)著企業(yè)生產(chǎn)滿足國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的任務(wù)，裝置在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到低溫?zé)岬幕厥绽?，增加了多臺(tái)換熱器，但開工運(yùn)行后一直效果不佳，裝置低溫?zé)崂眯瘦^低。為進(jìn)一步降低裝置能耗，挖掘低溫?zé)峄厥绽玫臐摿?，提出并探討一種新的換熱模式，并結(jié)合Petro-Sim流程模擬軟件進(jìn)行可行性分析。
1 低溫?zé)峄厥绽矛F(xiàn)狀
1.1 提高穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度，降低蒸汽消耗量
圖1為目前穩(wěn)定塔換熱網(wǎng)絡(luò)。由圖1可見，為提高穩(wěn)定塔C201的進(jìn)料溫度，設(shè)計(jì)之初增加了E205、E201兩臺(tái)換熱器。E205為冷進(jìn)料-凝結(jié)水換熱器，目的是提高冷高壓分離器D121來(lái)的冷進(jìn)料溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因C201消耗蒸汽量不大，因此凝結(jié)水量較小，實(shí)際加熱效果不佳，正常工作時(shí)加熱后的冷進(jìn)料溫度為55 ℃左右。E201為精制汽油-熱進(jìn)料換熱器，用于提高熱進(jìn)料溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于熱進(jìn)料與塔底精制汽油溫差較小(不足10 ℃)，實(shí)際換熱效果也不好，目前已停運(yùn)E201。用提高C201進(jìn)料溫度來(lái)達(dá)到降低蒸汽消耗量的方向是對(duì)的，但上述換熱網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行效果欠佳。
圖1 目前穩(wěn)定塔換熱網(wǎng)絡(luò)
1.2 與其它裝置進(jìn)行低溫?zé)崧?lián)合利用
催化裂化-氣體分離-S Zorb-生活區(qū)供暖低溫?zé)崧?lián)合利用項(xiàng)目于2016年建成投用，催化裂化熱水供氣體分離裝置作為脫丙烷塔熱源，使用后熱水與S Zorb裝置穩(wěn)定塔塔底精制汽油換熱，將熱水溫度由60 ℃加熱至100 ℃，供生活區(qū)供暖使用，最后再回到催化裂化裝置。項(xiàng)目投用后整體節(jié)能效果顯著，換熱后精制汽油溫度由135 ℃左右降至75 ℃，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。但這種方式仍存在一定不足，一方面項(xiàng)目在供暖期才能投用，其余時(shí)間則不具備低溫?zé)峄厥绽玫臈l件；另一方面這種換熱方式受裝置間距影響較大，不適合普遍推廣，其它煉油廠各裝置間如果距離過(guò)長(zhǎng)，則投資成本較大且投用后熱損失較高，因此這種低溫?zé)崂梅绞皆诓捎们耙鶕?jù)自身狀況考慮。
2 構(gòu)建新型換熱網(wǎng)絡(luò)以降低裝置能耗
以鎮(zhèn)海煉化1.50 Mt/a催化裂化汽油S Zorb裝置為例，能耗組成見表1。由表1可見，1.0 MPa蒸汽消耗量占裝置總能耗的18.82%，如能停用穩(wěn)定塔塔底熱源，理論上裝置能耗將下降18%左右，節(jié)能效果可觀。
表1 裝置能耗組成
2.1 增設(shè)冷高壓分離器進(jìn)、出口換熱器
對(duì)原換熱器E205進(jìn)行優(yōu)化，改為冷高壓分離器D121進(jìn)、出口換熱器。管程由原1.0 MPa凝結(jié)水改為D121入口油氣混合物。如此一方面可提高D121出口冷進(jìn)料進(jìn)C201的溫度；另一方面可省去1.0 MPa冷凝水。圖2和圖3分別為優(yōu)化前后D121的換熱流程示意。
圖2 優(yōu)化前冷高壓分離器D121換熱流程示意K101—循環(huán)氫壓縮機(jī)； A101—空氣冷卻器； D103—循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐
圖3 優(yōu)化后冷高壓分離器D121換熱流程示意
利用流程模擬軟件Petro-Sim對(duì)優(yōu)化前后E205AB各溫度點(diǎn)進(jìn)行模擬測(cè)算，結(jié)果見表2。由表2可見：進(jìn)入A101的介質(zhì)溫度下降20 ℃，至少可停用1臺(tái)空氣冷卻器；D121出口物流進(jìn)穩(wěn)定塔溫度升高較多，可降低C201塔底蒸汽消耗量。每臺(tái)空氣冷卻器功率22 kW，每年可節(jié)約電量184 800 kW·h。因下面將探討停用蒸汽的情況，在此不計(jì)算改造后的節(jié)汽量。
表2 優(yōu)化前后的參數(shù)測(cè)算結(jié)果
當(dāng)前采用凝結(jié)水換熱還存在泄漏問(wèn)題，管束泄漏時(shí)會(huì)將凝結(jié)水帶至C201，造成C201帶水，引起操作大幅波動(dòng)，影響產(chǎn)品蒸氣壓及增加罐區(qū)脫水工作量。優(yōu)化后換熱器兩側(cè)均為汽油且兩側(cè)壓力接近，可大大降低因泄漏引起的運(yùn)行波動(dòng)。
2.2 增設(shè)穩(wěn)定塔精制汽油-汽油混氫原料換熱器
目前C201塔底溫度為137 ℃，之前對(duì)停用塔底蒸汽做過(guò)嘗試，停熱源后塔底溫度約為130 ℃，精制汽油蒸氣壓滿足指標(biāo)要求(80 kPa)，但汽油罐區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)冒“白氣”的現(xiàn)象，對(duì)周邊環(huán)境造成影響。若調(diào)整精制汽油蒸氣壓至60～70 kPa，這時(shí)停用塔底熱源就不能滿足蒸氣壓的需求，為將塔底溫度提高7 ℃，當(dāng)前需消耗1.5 t/h的蒸汽量，造成裝置能耗上升。為了解決這一問(wèn)題，可對(duì)C201塔底精制汽油進(jìn)行換熱流程優(yōu)化。優(yōu)化前后的換熱流程如圖4所示，由目前的裝置原料泵P101出口直接至E101進(jìn)行換熱升溫，優(yōu)化為先經(jīng)C201塔底汽油預(yù)熱后，再經(jīng)E101換熱升溫，新增換熱器暫命名為E209。
圖4 優(yōu)化前后換熱流程E101—裝置原料與反應(yīng)生成油換熱器； F101—混氫原料加熱爐； R101—S Zorb反應(yīng)器； A202—C201塔底汽油空氣冷卻器
C201塔底精制汽油可全部、也可部分進(jìn)入換熱器加熱混氫汽油原料，利用RSIM流程模擬軟件測(cè)算精制汽油全量經(jīng)過(guò)時(shí)的工況，換熱器各工藝參數(shù)如表3所示。
表3 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前后的參數(shù)對(duì)比
由表3可見，精制汽油全量經(jīng)過(guò)時(shí)，E101殼程出口溫度由135.9 ℃升至163.8 ℃，即D104進(jìn)口物料換熱后溫度達(dá)163.8 ℃，D104至C201溫差約為5 ℃，穩(wěn)定塔熱進(jìn)料溫度為158.8 ℃。實(shí)際上D104溫度為145 ℃時(shí)即可停用C201塔底蒸汽，因此熱量富裕，并不需要精制汽油全量進(jìn)入E209換熱。
E101管程出口溫度由369.4 ℃降至364.4 ℃，意味著F101入口溫度下降5 ℃，F(xiàn)101瓦斯消耗量增加，同時(shí)因D104溫度有富余，因此理論上存在一個(gè)最佳操作點(diǎn)，使裝置總體能耗最低。另外E101管程入口溫度由63.4 ℃升至93.9 ℃時(shí)，出口溫度反而下降，下面將對(duì)此進(jìn)行具體分析。
2.3 E101運(yùn)行工況分析
E101殼程入口介質(zhì)為反應(yīng)生成油，溫度為反應(yīng)溫度，較為穩(wěn)定。考察原料(E101管程入口)溫度對(duì)E101管、殼程出口溫度的影響。圖5和圖6為E101近1年的運(yùn)行記錄，可知原料溫度升高，E101殼程出口(D104)溫度升高，同時(shí)E101管程出口溫度略有下降，利用Petro-Sim軟件搭建E101模型進(jìn)行測(cè)算，可知原料溫度升高時(shí)，E101管程出口溫度下降主要與E101內(nèi)介質(zhì)氣化率有關(guān)，詳見圖7所示。
圖5 原料與D104溫度
圖6 原料與E101管程出口溫度
圖7 原料溫度-管程出口溫度-汽化率的關(guān)系
軟件模擬結(jié)果和實(shí)際工況基本吻合，說(shuō)明在反應(yīng)生成油溫度不變的情況下，提高E101管程入口溫度，出口溫度反而降低是因?yàn)闇囟壬吆驟101內(nèi)汽油混氫原料的汽化率升高，導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差，但E101殼程出口溫度會(huì)有較大升高，有助于大幅提高穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度。
2.4 測(cè)算最佳操作點(diǎn)使裝置能耗最低
前述分析結(jié)果表明，目前停用穩(wěn)定塔塔底蒸汽需保證D104溫度由137 ℃提高至145 ℃，這一過(guò)程中E101管程出口溫度(F101入口溫度)會(huì)下降，導(dǎo)致燃料氣消耗量增加，停用蒸汽后節(jié)約的能耗與燃料氣增加的能耗差值即為裝置的節(jié)能量。表4為停用塔底蒸汽后各參數(shù)情況。
表4 停用塔底蒸汽后相關(guān)參數(shù)變化情況
結(jié)合表1和表4可知，停用塔底蒸汽后，裝置能耗下降約18.8%，優(yōu)化前后燃料氣消耗量相差15 kg/h，即燃料氣消耗量增加2.81%，換算成能耗為燃料氣增加52.95%×2.81%=1.5%。由測(cè)算結(jié)果可知，優(yōu)化后裝置節(jié)能量預(yù)計(jì)可達(dá)17.3%，且只利用了40 t/h精制汽油低溫?zé)?，仍然?30 t/h精制汽油低溫?zé)峥衫谩?duì)于夏季精制汽油冷卻負(fù)荷不足的煉油廠，還可降低產(chǎn)品出裝置溫度，減少冷卻器改造費(fèi)用。
目前S Zorb裝置原料由上游催化裂化裝置直供，理論上也可通過(guò)提高原料溫度來(lái)達(dá)到提高E101管程入口溫度目的，但當(dāng)原料溫度超過(guò)70 ℃，原料泵P101有抽空風(fēng)險(xiǎn)，因此S Zorb裝置在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)原料溫度有嚴(yán)格要求。優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)采用從P101后提溫，因此不存在這個(gè)問(wèn)題。
3 有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)
采用新的換熱網(wǎng)絡(luò)后仍有約130 t/h精制汽油低溫?zé)峥晒┫蛲廨敵鍪褂?，可考慮與其它裝置進(jìn)行聯(lián)合利用或采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)。從鎮(zhèn)海煉化2016年建成的低溫?zé)釁^(qū)域聯(lián)合利用項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，雖然技術(shù)門檻較低，但也暴露出很多缺點(diǎn)，即不能全年投用、受外部因素制約較多、熱損失較大等，因此目前就有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)已與相關(guān)廠商進(jìn)行了多次技術(shù)交流，初步考慮采用該技術(shù)。
該項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也較為成熟，具有適應(yīng)范圍廣、投資成本低、對(duì)低溫?zé)峤橘|(zhì)溫度要求較低等特點(diǎn)[6]，國(guó)內(nèi)某大型煉油廠柴油加氫裝置已采用該項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次利用精制柴油進(jìn)行發(fā)電。主要原理是利用低溫?zé)峁に嚱橘|(zhì)與朗肯循環(huán)工作介質(zhì)進(jìn)行換熱，常見工作介質(zhì)有五氟丙烷等。工作介質(zhì)膨脹發(fā)電，膨脹后的工作介質(zhì)經(jīng)冷卻后循環(huán)使用，發(fā)電可根據(jù)需要并入380 V、6 000 V或10 000 V電網(wǎng)。在采用該技術(shù)回收精制汽油低溫?zé)釙r(shí)仍有以下兩個(gè)問(wèn)題需要考慮：①工作介質(zhì)泄漏的檢測(cè)問(wèn)題，換熱器腐蝕會(huì)導(dǎo)致工作介質(zhì)泄漏，并會(huì)污染精制汽油，目前尚無(wú)直接的檢測(cè)手段，且對(duì)汽油的影響尚不明確。②工作介質(zhì)儲(chǔ)存問(wèn)題，特別是裝置停工檢修或發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)大量的工作介質(zhì)儲(chǔ)存運(yùn)輸及對(duì)土壤、水質(zhì)等會(huì)產(chǎn)生污染，需要妥善安排和解決。有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)很適合S Zorb裝置低溫?zé)峤橘|(zhì)的利用，但仍需對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入探討。
4 結(jié) 論
(1)S Zorb裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，實(shí)際上是適當(dāng)提高了E101管程入口溫度，在減少蒸汽消耗量和減少加熱爐燃料氣消耗量之間尋找平衡。
(2)新的換熱網(wǎng)絡(luò)經(jīng)模擬軟件測(cè)算，其能耗預(yù)計(jì)下降17%左右，不包括每年節(jié)電184 800 kW·h，富余的低溫?zé)峥蛇M(jìn)一步回收利用。通過(guò)提高低溫?zé)崂眯蕘?lái)降低裝置能耗的方法，對(duì)其它S Zorb裝置具有一定的借鑒作用。
[1] 劉進(jìn)平，白永濤，宋紅燕.S Zorb汽油精制裝置操作優(yōu)化[J].石油煉制與化工，2014，45(12)：50-53
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DISCUSSIONONIMPROVINGTHEUTILIZATIONEFFICIENCYOFLOWTEMPERATUREHEATOFSZorbUNITWTBZ
Meng Rui
(SINOPECZhenhaiRefining&ChemicalBranch，Ningbo，Zhejiang315207)
This paper introduces the present situation of low-temperature heat utilization of 1.5 Mt/a S Zorb unit in SINOPEC Zhenhai Refining and Chemical Company，and proposes a new heat exchange network.The results shown by Petro-sim simulation software demonstrated that the optimized new network can improve the utilization of low temperature heat and reduce the energy consumption of the device.The extra low temperature heat can be used for further recycling.
S Zorb； catalytic cracking gasoline； desulfurization； low temperature heat； energy consumption
2017-06-15；修改稿收到日期2017-08-15。
孟銳，從事產(chǎn)品脫硫工藝管理工作。
孟銳，E-mail：mengrui.zhlh@sinopec.com。
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孟 銳
(中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)
提高S Zorb裝置低溫?zé)崂眯实姆桨柑接?/p>
孟 銳
(中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315207)
介紹了中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司1.5 Mta催化裂化汽油吸附脫硫裝置目前低溫?zé)崂矛F(xiàn)狀，提出新的換熱網(wǎng)絡(luò)，利用Petro-Sim流程模擬軟件進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果表明，優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)可提高低溫?zé)岬睦眯?，達(dá)到降低裝置能耗的目的，多余的低溫?zé)峥赏夤?，進(jìn)一步被回收利用。
S Zorb 催化裂化汽油 脫硫 低溫?zé)?能耗
催化裂化汽油吸附脫硫(S Zorb)技術(shù)具有反應(yīng)速率高、辛烷值損失低、產(chǎn)品脫硫率高、能耗低、吸附劑可循環(huán)再生等特點(diǎn)[1-5]，作為汽油產(chǎn)品質(zhì)量升級(jí)的主要技術(shù)手段，在全國(guó)范圍得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)石化鎮(zhèn)海煉化分公司(簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海煉化)目前擁有1.50 Mt/a和0.9 Mt/a兩套催化裂化汽油S Zorb裝置，承擔(dān)著企業(yè)生產(chǎn)滿足國(guó)Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)汽油的任務(wù)，裝置在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到低溫?zé)岬幕厥绽?，增加了多臺(tái)換熱器，但開工運(yùn)行后一直效果不佳，裝置低溫?zé)崂眯瘦^低。為進(jìn)一步降低裝置能耗，挖掘低溫?zé)峄厥绽玫臐摿?，提出并探討一種新的換熱模式，并結(jié)合Petro-Sim流程模擬軟件進(jìn)行可行性分析。
1 低溫?zé)峄厥绽矛F(xiàn)狀
1.1 提高穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度，降低蒸汽消耗量
圖1為目前穩(wěn)定塔換熱網(wǎng)絡(luò)。由圖1可見，為提高穩(wěn)定塔C201的進(jìn)料溫度，設(shè)計(jì)之初增加了E205、E201兩臺(tái)換熱器。E205為冷進(jìn)料-凝結(jié)水換熱器，目的是提高冷高壓分離器D121來(lái)的冷進(jìn)料溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，因C201消耗蒸汽量不大，因此凝結(jié)水量較小，實(shí)際加熱效果不佳，正常工作時(shí)加熱后的冷進(jìn)料溫度為55 ℃左右。E201為精制汽油-熱進(jìn)料換熱器，用于提高熱進(jìn)料溫度，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于熱進(jìn)料與塔底精制汽油溫差較小(不足10 ℃)，實(shí)際換熱效果也不好，目前已停運(yùn)E201。用提高C201進(jìn)料溫度來(lái)達(dá)到降低蒸汽消耗量的方向是對(duì)的，但上述換熱網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行效果欠佳。
圖1 目前穩(wěn)定塔換熱網(wǎng)絡(luò)
1.2 與其它裝置進(jìn)行低溫?zé)崧?lián)合利用
催化裂化-氣體分離-S Zorb-生活區(qū)供暖低溫?zé)崧?lián)合利用項(xiàng)目于2016年建成投用，催化裂化熱水供氣體分離裝置作為脫丙烷塔熱源，使用后熱水與S Zorb裝置穩(wěn)定塔塔底精制汽油換熱，將熱水溫度由60 ℃加熱至100 ℃，供生活區(qū)供暖使用，最后再回到催化裂化裝置。項(xiàng)目投用后整體節(jié)能效果顯著，換熱后精制汽油溫度由135 ℃左右降至75 ℃，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。但這種方式仍存在一定不足，一方面項(xiàng)目在供暖期才能投用，其余時(shí)間則不具備低溫?zé)峄厥绽玫臈l件；另一方面這種換熱方式受裝置間距影響較大，不適合普遍推廣，其它煉油廠各裝置間如果距離過(guò)長(zhǎng)，則投資成本較大且投用后熱損失較高，因此這種低溫?zé)崂梅绞皆诓捎们耙鶕?jù)自身狀況考慮。
2 構(gòu)建新型換熱網(wǎng)絡(luò)以降低裝置能耗
以鎮(zhèn)海煉化1.50 Mt/a催化裂化汽油S Zorb裝置為例，能耗組成見表1。由表1可見，1.0 MPa蒸汽消耗量占裝置總能耗的18.82%，如能停用穩(wěn)定塔塔底熱源，理論上裝置能耗將下降18%左右，節(jié)能效果可觀。
表1 裝置能耗組成
2.1 增設(shè)冷高壓分離器進(jìn)、出口換熱器
對(duì)原換熱器E205進(jìn)行優(yōu)化，改為冷高壓分離器D121進(jìn)、出口換熱器。管程由原1.0 MPa凝結(jié)水改為D121入口油氣混合物。如此一方面可提高D121出口冷進(jìn)料進(jìn)C201的溫度；另一方面可省去1.0 MPa冷凝水。圖2和圖3分別為優(yōu)化前后D121的換熱流程示意。
圖2 優(yōu)化前冷高壓分離器D121換熱流程示意K101—循環(huán)氫壓縮機(jī)； A101—空氣冷卻器； D103—循環(huán)氫壓縮機(jī)入口分液罐
圖3 優(yōu)化后冷高壓分離器D121換熱流程示意
利用流程模擬軟件Petro-Sim對(duì)優(yōu)化前后E205AB各溫度點(diǎn)進(jìn)行模擬測(cè)算，結(jié)果見表2。由表2可見：進(jìn)入A101的介質(zhì)溫度下降20 ℃，至少可停用1臺(tái)空氣冷卻器；D121出口物流進(jìn)穩(wěn)定塔溫度升高較多，可降低C201塔底蒸汽消耗量。每臺(tái)空氣冷卻器功率22 kW，每年可節(jié)約電量184 800 kW·h。因下面將探討停用蒸汽的情況，在此不計(jì)算改造后的節(jié)汽量。
表2 優(yōu)化前后的參數(shù)測(cè)算結(jié)果
當(dāng)前采用凝結(jié)水換熱還存在泄漏問(wèn)題，管束泄漏時(shí)會(huì)將凝結(jié)水帶至C201，造成C201帶水，引起操作大幅波動(dòng)，影響產(chǎn)品蒸氣壓及增加罐區(qū)脫水工作量。優(yōu)化后換熱器兩側(cè)均為汽油且兩側(cè)壓力接近，可大大降低因泄漏引起的運(yùn)行波動(dòng)。
2.2 增設(shè)穩(wěn)定塔精制汽油-汽油混氫原料換熱器
目前C201塔底溫度為137 ℃，之前對(duì)停用塔底蒸汽做過(guò)嘗試，停熱源后塔底溫度約為130 ℃，精制汽油蒸氣壓滿足指標(biāo)要求(80 kPa)，但汽油罐區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)冒“白氣”的現(xiàn)象，對(duì)周邊環(huán)境造成影響。若調(diào)整精制汽油蒸氣壓至60～70 kPa，這時(shí)停用塔底熱源就不能滿足蒸氣壓的需求，為將塔底溫度提高7 ℃，當(dāng)前需消耗1.5 t/h的蒸汽量，造成裝置能耗上升。為了解決這一問(wèn)題，可對(duì)C201塔底精制汽油進(jìn)行換熱流程優(yōu)化。優(yōu)化前后的換熱流程如圖4所示，由目前的裝置原料泵P101出口直接至E101進(jìn)行換熱升溫，優(yōu)化為先經(jīng)C201塔底汽油預(yù)熱后，再經(jīng)E101換熱升溫，新增換熱器暫命名為E209。
圖4 優(yōu)化前后換熱流程E101—裝置原料與反應(yīng)生成油換熱器； F101—混氫原料加熱爐； R101—S Zorb反應(yīng)器； A202—C201塔底汽油空氣冷卻器
C201塔底精制汽油可全部、也可部分進(jìn)入換熱器加熱混氫汽油原料，利用RSIM流程模擬軟件測(cè)算精制汽油全量經(jīng)過(guò)時(shí)的工況，換熱器各工藝參數(shù)如表3所示。
表3 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前后的參數(shù)對(duì)比
由表3可見，精制汽油全量經(jīng)過(guò)時(shí)，E101殼程出口溫度由135.9 ℃升至163.8 ℃，即D104進(jìn)口物料換熱后溫度達(dá)163.8 ℃，D104至C201溫差約為5 ℃，穩(wěn)定塔熱進(jìn)料溫度為158.8 ℃。實(shí)際上D104溫度為145 ℃時(shí)即可停用C201塔底蒸汽，因此熱量富裕，并不需要精制汽油全量進(jìn)入E209換熱。
E101管程出口溫度由369.4 ℃降至364.4 ℃，意味著F101入口溫度下降5 ℃，F(xiàn)101瓦斯消耗量增加，同時(shí)因D104溫度有富余，因此理論上存在一個(gè)最佳操作點(diǎn)，使裝置總體能耗最低。另外E101管程入口溫度由63.4 ℃升至93.9 ℃時(shí)，出口溫度反而下降，下面將對(duì)此進(jìn)行具體分析。
2.3 E101運(yùn)行工況分析
E101殼程入口介質(zhì)為反應(yīng)生成油，溫度為反應(yīng)溫度，較為穩(wěn)定。考察原料(E101管程入口)溫度對(duì)E101管、殼程出口溫度的影響。圖5和圖6為E101近1年的運(yùn)行記錄，可知原料溫度升高，E101殼程出口(D104)溫度升高，同時(shí)E101管程出口溫度略有下降，利用Petro-Sim軟件搭建E101模型進(jìn)行測(cè)算，可知原料溫度升高時(shí)，E101管程出口溫度下降主要與E101內(nèi)介質(zhì)氣化率有關(guān)，詳見圖7所示。
圖5 原料與D104溫度
圖6 原料與E101管程出口溫度
圖7 原料溫度-管程出口溫度-汽化率的關(guān)系
軟件模擬結(jié)果和實(shí)際工況基本吻合，說(shuō)明在反應(yīng)生成油溫度不變的情況下，提高E101管程入口溫度，出口溫度反而降低是因?yàn)闇囟壬吆驟101內(nèi)汽油混氫原料的汽化率升高，導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差，但E101殼程出口溫度會(huì)有較大升高，有助于大幅提高穩(wěn)定塔進(jìn)料溫度。
2.4 測(cè)算最佳操作點(diǎn)使裝置能耗最低
前述分析結(jié)果表明，目前停用穩(wěn)定塔塔底蒸汽需保證D104溫度由137 ℃提高至145 ℃，這一過(guò)程中E101管程出口溫度(F101入口溫度)會(huì)下降，導(dǎo)致燃料氣消耗量增加，停用蒸汽后節(jié)約的能耗與燃料氣增加的能耗差值即為裝置的節(jié)能量。表4為停用塔底蒸汽后各參數(shù)情況。
表4 停用塔底蒸汽后相關(guān)參數(shù)變化情況
結(jié)合表1和表4可知，停用塔底蒸汽后，裝置能耗下降約18.8%，優(yōu)化前后燃料氣消耗量相差15 kg/h，即燃料氣消耗量增加2.81%，換算成能耗為燃料氣增加52.95%×2.81%=1.5%。由測(cè)算結(jié)果可知，優(yōu)化后裝置節(jié)能量預(yù)計(jì)可達(dá)17.3%，且只利用了40 t/h精制汽油低溫?zé)?，仍然?30 t/h精制汽油低溫?zé)峥衫谩?duì)于夏季精制汽油冷卻負(fù)荷不足的煉油廠，還可降低產(chǎn)品出裝置溫度，減少冷卻器改造費(fèi)用。
目前S Zorb裝置原料由上游催化裂化裝置直供，理論上也可通過(guò)提高原料溫度來(lái)達(dá)到提高E101管程入口溫度目的，但當(dāng)原料溫度超過(guò)70 ℃，原料泵P101有抽空風(fēng)險(xiǎn)，因此S Zorb裝置在設(shè)計(jì)時(shí)就對(duì)原料溫度有嚴(yán)格要求。優(yōu)化后網(wǎng)絡(luò)采用從P101后提溫，因此不存在這個(gè)問(wèn)題。
3 有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)
采用新的換熱網(wǎng)絡(luò)后仍有約130 t/h精制汽油低溫?zé)峥晒┫蛲廨敵鍪褂?，可考慮與其它裝置進(jìn)行聯(lián)合利用或采用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)。從鎮(zhèn)海煉化2016年建成的低溫?zé)釁^(qū)域聯(lián)合利用項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行來(lái)看，雖然技術(shù)門檻較低，但也暴露出很多缺點(diǎn)，即不能全年投用、受外部因素制約較多、熱損失較大等，因此目前就有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)已與相關(guān)廠商進(jìn)行了多次技術(shù)交流，初步考慮采用該技術(shù)。
該項(xiàng)技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用也較為成熟，具有適應(yīng)范圍廣、投資成本低、對(duì)低溫?zé)峤橘|(zhì)溫度要求較低等特點(diǎn)[6]，國(guó)內(nèi)某大型煉油廠柴油加氫裝置已采用該項(xiàng)技術(shù)，國(guó)內(nèi)首次利用精制柴油進(jìn)行發(fā)電。主要原理是利用低溫?zé)峁に嚱橘|(zhì)與朗肯循環(huán)工作介質(zhì)進(jìn)行換熱，常見工作介質(zhì)有五氟丙烷等。工作介質(zhì)膨脹發(fā)電，膨脹后的工作介質(zhì)經(jīng)冷卻后循環(huán)使用，發(fā)電可根據(jù)需要并入380 V、6 000 V或10 000 V電網(wǎng)。在采用該技術(shù)回收精制汽油低溫?zé)釙r(shí)仍有以下兩個(gè)問(wèn)題需要考慮：①工作介質(zhì)泄漏的檢測(cè)問(wèn)題，換熱器腐蝕會(huì)導(dǎo)致工作介質(zhì)泄漏，并會(huì)污染精制汽油，目前尚無(wú)直接的檢測(cè)手段，且對(duì)汽油的影響尚不明確。②工作介質(zhì)儲(chǔ)存問(wèn)題，特別是裝置停工檢修或發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)大量的工作介質(zhì)儲(chǔ)存運(yùn)輸及對(duì)土壤、水質(zhì)等會(huì)產(chǎn)生污染，需要妥善安排和解決。有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電透平技術(shù)很適合S Zorb裝置低溫?zé)峤橘|(zhì)的利用，但仍需對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入探討。
4 結(jié) 論
(1)S Zorb裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，實(shí)際上是適當(dāng)提高了E101管程入口溫度，在減少蒸汽消耗量和減少加熱爐燃料氣消耗量之間尋找平衡。
(2)新的換熱網(wǎng)絡(luò)經(jīng)模擬軟件測(cè)算，其能耗預(yù)計(jì)下降17%左右，不包括每年節(jié)電184 800 kW·h，富余的低溫?zé)峥蛇M(jìn)一步回收利用。通過(guò)提高低溫?zé)崂眯蕘?lái)降低裝置能耗的方法，對(duì)其它S Zorb裝置具有一定的借鑒作用。
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DISCUSSIONONIMPROVINGTHEUTILIZATIONEFFICIENCYOFLOWTEMPERATUREHEATOFSZorbUNITWTBZ
Meng Rui
(SINOPECZhenhaiRefining&ChemicalBranch，Ningbo，Zhejiang315207)
This paper introduces the present situation of low-temperature heat utilization of 1.5 Mt/a S Zorb unit in SINOPEC Zhenhai Refining and Chemical Company，and proposes a new heat exchange network.The results shown by Petro-sim simulation software demonstrated that the optimized new network can improve the utilization of low temperature heat and reduce the energy consumption of the device.The extra low temperature heat can be used for further recycling.
S Zorb； catalytic cracking gasoline； desulfurization； low temperature heat； energy consumption
2017-06-15；修改稿收到日期2017-08-15。
孟銳，從事產(chǎn)品脫硫工藝管理工作。
孟銳，E-mail：mengrui.zhlh@sinopec.com。
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