苯乙烯裝置節(jié)能減排技術(shù)研究進(jìn)展

王輝宇

摘要：在乙苯催化脫氫生產(chǎn)苯乙烯的工藝，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)較為成熟，但仍存在一定的提升瓶頸，限制了苯乙烯裝置的正常運(yùn)行，也影響了裝置的物耗和能耗。本文綜合述了目前對(duì)苯乙烯裝置節(jié)能減排技術(shù)的研究及應(yīng)用。通過(guò)新技術(shù)應(yīng)用和對(duì)裝置的改造來(lái)提高裝置的穩(wěn)定性，提高裝置的產(chǎn)量和降低裝置的物耗和能耗。

關(guān)鍵詞：苯乙烯裝置；乙苯；苯乙烯；節(jié)能；減排

苯乙烯（Styrene），分子式為C8H8，是乙烯基的電子與苯環(huán)共扼的一種有機(jī)化合物，在水中不溶解，可溶解在乙醚、乙醇等有機(jī)溶劑中，在空氣中暴露后會(huì)逐漸發(fā)生聚合并且氧化。

苯乙烯作為重要的工業(yè)原料是合成橡膠、樹(shù)脂等的重要化工原料[1]。目前世界上85%以上的苯乙稀裝置都采用負(fù)壓絕熱催化脫氫法工藝，但由于乙苯脫氫反應(yīng)本身的特點(diǎn)以及后續(xù)精饋操作過(guò)程的要求，裝置的能耗一般都較高。目前苯乙稀生產(chǎn)工藝的主要研究對(duì)象是流程優(yōu)化、改進(jìn)中元操作和改善催化劑的性能等。乙苯脫氧制苯乙烯反應(yīng)主反應(yīng)是一個(gè)分子數(shù)增加的強(qiáng)吸熱反應(yīng)。從熱力學(xué)度分析，反應(yīng)溫度的提高和反應(yīng)壓力的降低有利于反應(yīng)的進(jìn)行。在苯乙稀的生產(chǎn)過(guò)程中以過(guò)熱的蒸汽為脫氫介質(zhì)，蒸汽的消耗占苯乙烯生產(chǎn)工藝能耗的66.7%，所以降低蒸汽的消耗成為了減少苯乙烯生產(chǎn)過(guò)程屮的主要方法。隨著裝置的大型化，能耗問(wèn)題日益突出，它一直困擾著苯乙烯工業(yè)的健康發(fā)展。下面介紹下苯乙烯裝置節(jié)能減排技術(shù)研究進(jìn)展。

1.設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)

1.1苯乙烯裝置蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能減排技術(shù)改造

宋守剛[2]研究發(fā)現(xiàn)蒸汽過(guò)熱爐是是苯乙烯裝置的主要耗能部位，在對(duì)裝置進(jìn)行能耗原因分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)在蒸汽過(guò)熱爐爐底燃燒器入口處增加空氣預(yù)熱器、采用裝置低溫工藝凝液預(yù)熱助燃空氣等措施，從而節(jié)省燃料，達(dá)到蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能降耗的目的。通過(guò)該技術(shù)改造利用裝置工藝凝液（78℃）加熱助燃空氣，是常溫空氣進(jìn)入蒸汽過(guò)熱爐的溫度達(dá)到60℃，減少燃料氣用量50kg/h。按3003元/噸燃料氣，年操作8000h，計(jì)算每年可帶來(lái)120萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2苯乙烯裝置氫氣壓縮機(jī)節(jié)能減排技術(shù)改造

王效敏[3].研究表明：苯乙烯裝置氫氣壓縮機(jī)冷卻分離器產(chǎn)生的凝液中含有部分物料，且排液時(shí)易夾帶氫氣，直接去生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)，浪費(fèi)物料，造成污水處理費(fèi)用增加，且存在安全隱患和環(huán)境污染。為了解決這些問(wèn)題，通過(guò)增加氫氣壓縮機(jī)到油水分離器的排液管線，達(dá)到節(jié)能減排、消除環(huán)境污染和安全隱患的目的。

2工藝節(jié)能減排技術(shù)

2.1苯乙烯生產(chǎn)裝置乙苯區(qū)節(jié)能技術(shù)

張曉宇[4]首先，通過(guò)從乙苯回收塔塔頂采出的乙苯經(jīng)鍋爐水換熱后約160℃，經(jīng)原料苯預(yù)熱器換熱后約110℃，這部分乙苯如先回到儲(chǔ)罐再進(jìn)乙苯脫氫單元進(jìn)料，此過(guò)程需要先冷卻至約30℃。若直接作為熱乙苯進(jìn)入脫氫單元，可節(jié)省部分熱能。其次，通過(guò)降低一定的苯烯比條件下，苯在乙苯單元尤其是精餾部分循環(huán)量大幅減少，過(guò)程中分離苯與其他組分所消耗的蒸汽熱能大幅減少，從而實(shí)現(xiàn)能耗降低。目前本公司使用的烷基化催化劑供應(yīng)商為美孚，實(shí)際控制苯烯比為2.2-2.5。

虞海波[5]通過(guò)對(duì)某大型苯乙烯裝置乙苯回收塔的運(yùn)行的實(shí)際情況，分析存在的主要問(wèn)題，借助流程模擬軟件模擬優(yōu)化，由此改善操作條件，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。同時(shí)分析了苯乙烯裝置中渣油的生成條件和原因，并對(duì)裝置渣油排放總量的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，最終，通過(guò)對(duì)裝置的優(yōu)化，苯乙烯的產(chǎn)量增加，物耗和能耗相對(duì)下降，裝置的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

金力強(qiáng)[6]對(duì)苯乙烯裝置苯乙烯部分的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，結(jié)合苯乙烯部分的實(shí)際換熱網(wǎng)絡(luò)流程，提出了苯乙烯部分的節(jié)能方案。此方案以脫氫氣為乙苯回收塔再沸器供熱充分利用其高品位的能量，需要新增2個(gè)換熱器。計(jì)算結(jié)果表明，采用此方案可以節(jié)省冷卻水，節(jié)省中壓蒸汽2.5t/h。通過(guò)采用夾點(diǎn)技術(shù)對(duì)笨乙烯裝置的用能方案進(jìn)行調(diào)優(yōu)處理，提出了全流程能量集成的節(jié)能改造方案。此方案以炕基化產(chǎn)物代替中壓蒸汽為乙苯回收塔再沸器供熱，以脫氫產(chǎn)物代替高壓蒸汽為乙苯塔再沸器供熱，需要移動(dòng)臺(tái)換熱器的位置。計(jì)算結(jié)果表明，在改造工程量較小的情況下，此方案可以節(jié)省高壓蒸汽7.8t/h、節(jié)省中壓蒸汽3.8t/h，效益可達(dá)720.7萬(wàn)元/年。

2.2苯乙烯生產(chǎn)裝置乙苯脫氫區(qū)節(jié)能技術(shù)

劉文杰[7]通過(guò)模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)原換熱網(wǎng)絡(luò)能量利用不盡合理，可采取回收尾氣壓縮機(jī)出口熱量和降低吸收塔操作溫度的辦法加以改進(jìn)，脫氫尾氣回收系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化后，僅需增加2臺(tái)小換熱器，該流程優(yōu)點(diǎn)在于：①增加尾氣/脫氫液換熱器，可提高去精餾單元脫氫液溫度，減少乙苯/苯乙烯分離塔再沸器蒸汽用量，同時(shí)減少原流程尾氣冷卻器冷卻水用量；②增加尾氣后冷器和降低吸收塔溫度，可減少進(jìn)吸收塔尾氣中的芳烴含量和吸收塔液氣比，從而節(jié)省能耗，同時(shí)可減少吸收塔塔徑，降低設(shè)備投資。缺點(diǎn)在于需耗冷凍水。經(jīng)計(jì)算，采用優(yōu)化流程后，該尾氣吸收系統(tǒng)冷卻水用量減少47%，低壓蒸汽用量減少6%，綜合能耗降低4250MJ/h，合170MJ/tSM。

張曉亮[8]通過(guò)對(duì)中國(guó)賽球遷寧分公司江蘇新陽(yáng)科技集團(tuán)有限公司60萬(wàn)噸/年乙苯30萬(wàn)噸/年苯乙烯聯(lián)合裝置項(xiàng)目為研究對(duì)象，對(duì)常州瑞華化工王程技術(shù)有限公司提供的工藝包進(jìn)行了優(yōu)化，提出了下面的苯乙烯裝置的工藝優(yōu)化方案。（1）將脫鹽水引入蒸汽過(guò)熱爐中對(duì)流段，吸收煙氣熱量，煙氣溫度從216℃降低到160℃（TC，節(jié)省熱量2481MJ/h，裝置能耗下降了66MJ/t苯乙稀，折合標(biāo)準(zhǔn)油為59.3kgEO/h，達(dá)到了節(jié)能増效的目的。（2）利用原來(lái)排放到大氣中的"廢氣"0.04MPa蒸汽引入到乙苯蒸發(fā)器中，節(jié)約了0.732MPaG/h的0.32MPaG蒸汽，折合成標(biāo)準(zhǔn)油為48.3KgEO/h；回收了0.931t/h的0.04MPaG蒸汽，折合成標(biāo)準(zhǔn)油為51.2 KgEO/h?？傆?jì)回收利用的能耗折合標(biāo)準(zhǔn)油為99.5KgEO/h，起到了變廢為寶、降低能耗的作用。（3）増?jiān)O(shè)尾氣鹽冷器來(lái)減少尾氣壓縮機(jī)的處理量，煙氣溫度從6931Kg/h降低到4456Kg/h，壓縮機(jī)的功率減小了534.82kw，設(shè)備投資費(fèi)用減少了170萬(wàn)人民幣，雖著地減少了生產(chǎn)所需的投資成本。

2.3苯乙烯生產(chǎn)裝置精餾區(qū)節(jié)能技術(shù)

洪純芬[9]通過(guò)分析苯乙烯生產(chǎn)中的能耗分布，反應(yīng)區(qū)能耗約占66.7%，精餾區(qū)約占33.3%。經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)認(rèn)真分析、評(píng)估和模擬計(jì)算，結(jié)合國(guó)內(nèi)苯乙烯成套技術(shù)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了當(dāng)今苯乙烯分離流程中最先進(jìn)的熱集成和恒沸熱回收2種技術(shù)。通過(guò)綜合比較并考慮設(shè)備投資和各種經(jīng)濟(jì)因素，熱集成技術(shù)更適合于低水比催化劑和低公用工程價(jià)格體系。

3.結(jié)論

目前工業(yè)上采用的苯乙烯生產(chǎn)工藝技術(shù)主要為乙苯脫氫工藝技術(shù)方法。而在實(shí)際運(yùn)用該種方法時(shí)，采用的工藝裝置不同，獲得的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也并不相同，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不同的生產(chǎn)問(wèn)題。因此，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際工藝生產(chǎn)條件展開(kāi)研究，從而通過(guò)優(yōu)化改造提高裝置反應(yīng)效果，并降低裝置生產(chǎn)能耗，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)苯乙烯生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔小明，李明.乙烯國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J].中國(guó)石油和化工，2004（09）：40-44.

[2]宋守剛，于美紅.苯乙烯裝置蒸汽過(guò)熱爐節(jié)能技術(shù)改進(jìn)[J]河南化工2009（10）：46-47.

[3]王效敏，苯乙烯裝置氫氣壓縮機(jī)凝液排放改造[J]齊魯石油化工， 2008，36（3）：205～207.

[4]張曉宇，苯乙烯裝置節(jié)能措施研究.橡塑資源利用.2014.31-37.

[5]虞海波，苯乙烯裝置裝置的節(jié)能分析與優(yōu)化，華東理工大學(xué)，2013.

[6]金力強(qiáng)，苯乙烯裝置節(jié)能技術(shù)研究，青島科技大學(xué)，2006.

[7]劉文杰，苯乙烯裝置節(jié)能工藝研究.石油化工設(shè)計(jì).2008，25（4）47-49.

[8]張曉亮，北京化工大學(xué)，苯乙烯工藝優(yōu)化方案研究，2010.

[9]洪純芬，苯乙烯生產(chǎn)裝置精餾區(qū)節(jié)能流程開(kāi)發(fā).化學(xué)工程.2010（10）47-51.