乙二醇裝置改造前后能耗對比與分析

李建新

（中國石化上海石油化工股份有限公司化工部，上海200540）

中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）1＃乙二醇裝置采用美國SD公司工藝，裝置工程建設(shè)始于1988年4月12日，并于1990年3月17日正式投產(chǎn)，年操作時間為8 000 h。裝置原設(shè)計環(huán)氧乙烷（EO）反應(yīng)器當量環(huán)氧乙烷（EOE）生產(chǎn)能力為120 kt／a，乙二醇年產(chǎn)量120 kt。為進一步挖掘裝置生產(chǎn)能力，裝置進行了兩次增量改造，1998年第一次增量改造后，EOE生產(chǎn)能力提高到150 kt／a，乙二醇年產(chǎn)量提高到135 kt；2002年第二次增量改造后，EOE生產(chǎn)能力提高到225 kt／a，乙二醇年產(chǎn)量提高到230 kt。為提高裝置競爭力，有利于裝置進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，裝置再次進行了改造，新增精制EO（PEO）精制塔T-450。增加精制塔T-450后，裝置能耗明顯降低。在此主要針對裝置改造前后的能耗進行對比和分析，為同類裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考和借鑒依據(jù)。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整項目及工藝流程介紹

隨著長三角地區(qū)EO市場的強勁增長，為靈活調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，保證裝置經(jīng)濟效益，提高產(chǎn)品競爭力，充分發(fā)揮上海石化兩套裝置生產(chǎn)中的互補性，2013年1＃乙二醇裝置進行產(chǎn)能結(jié)構(gòu)調(diào)整：保持本裝置EO反應(yīng)能力不變，將EOE全部轉(zhuǎn)產(chǎn)PEO，而600＃、700＃乙二醇精制單元做停車處理。具體方案為：新增加PEO精制塔T-450（含新增脫乙醛塔T-460），全部EO進入兩套EO精制系統(tǒng)，精餾脫醛產(chǎn)出PEO，約10%含醛EO水合生產(chǎn)乙二醇水溶液，在初步脫水、脫醛后送至2＃乙二醇裝置乙二醇精制單元。改造后，按照年操作時間8 000 h計算，1＃乙二醇裝置PEO的生產(chǎn)能力增加到 202.5 kt／a，同時副產(chǎn)乙二醇 28.7 kt／a，其具體流程如圖1所示。1＃乙二醇裝置由美國SD公司提供專利技術(shù)，其工藝流程為：以乙烯和氧氣為原料，在一定的比例、溫度、壓力和銀催化劑作用下，生成氣相EO，經(jīng)水洗汽提后，制得EO。EO與水在一定的比例、溫度和壓力作用下，生成粗乙二醇，經(jīng)蒸發(fā)和脫水，制得乙二醇、二乙二醇和三乙二醇。

圖1 1＃乙二醇裝置工藝流程

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整后，在保證上海石化乙烯供應(yīng)分配總體平衡的條件下，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化，兩套裝置效益最大化，并增加產(chǎn)品的市場競爭力，為同類裝置產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考依據(jù)。

2 改造前后能耗對比和分析

首先給出能耗定義：每生產(chǎn)1 t EO所消耗的以kg計的標油量。乙二醇聯(lián)合裝置能耗主要由蒸汽（包括低壓蒸汽和中壓蒸汽）、電、循環(huán)水、鍋爐水、新鮮水、氮氣和風(fēng)組成，蒸汽、電、循環(huán)水所占比例最大，直接影響裝置整體綜合能耗的高低。而行業(yè)內(nèi)能耗都以標油（kg）為單位計算，蒸汽折標系數(shù)為23.88 kg／GJ，冷卻水折標系數(shù)為0.07 kg／t，電折標系數(shù)為 0.23 kg／kWh。為計算方便，取1 t高壓或中壓蒸汽都具有3.1 GJ熱量。下面分別從蒸汽、電量和冷卻水的消耗三個主要方面進行介紹。

2.1 改造前后蒸汽消耗分析

在裝置負荷基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，選取大修改造前后裝置引進外界蒸汽量進行統(tǒng)計，其蒸汽消耗量變化如圖2所示。

圖2 大修改造前后蒸汽消耗變化

從圖2可明顯看出改造后裝置蒸汽消耗量有極大降低。本次改造不涉及裝置的其他原料，僅僅是改變產(chǎn)品分配，增加EO產(chǎn)品的產(chǎn)能。EO反應(yīng)系統(tǒng)EOE生產(chǎn)能力維持不變、催化劑類型不變，主要原料乙烯、氧氣的消耗與改造前相同。能耗能極大降低的原因，可以從以下幾方面進行分析。

（1）新增EO精制塔T-450采用了New VST復(fù)合傾斜長條塔板，由于其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其具備兩大優(yōu)點：一是處理量大，塔板的氣相通量可達浮閥塔的2～3倍，液體的通過能力可提高80%～100%；二是分離效率高，與F1浮閥塔相比，此塔分離效率要高出25%以上。由于塔板上氣體和液體接觸充分，界面更新幾率高，規(guī)整填料的作用又使霧沫夾帶很少，可以在很大的操作范圍內(nèi)維持較高的分離效率。設(shè)備本身所擁有的這兩個特點極大地提高了精餾效率，減少了能量消耗。

（2）增加第二側(cè)線再沸器。T-450設(shè)計操作回流比為6.5∶1，所需沸騰熱的60%由EO精制塔釜再沸器E-450提供，余下熱量由位于進料塔板之上的EO精制側(cè)線再沸器E-453和E-452提供。為進一步節(jié)能降耗，與前一套精制系統(tǒng)相比，T-450增加了第二側(cè)線再沸器E-454，抽出一股EO再生塔T-310的塔頂氣作為E-454的熱源，目前負荷下可以節(jié)約T-450中壓蒸汽消耗量約3 t／h，每年可以節(jié)約蒸汽24 kt。

（3）新增汽提塔T-510進料預(yù)熱器E-333。利用精制塔T-450釜液對G-320泵出口的EO水溶液進行加熱，T-450塔釜液通過G-450A／B之后，先經(jīng)過E-453冷卻至95℃，分成兩股，一股經(jīng)過E-452，另一股經(jīng)過脫乙醛塔再沸器E-460，冷卻至65℃后匯合，再經(jīng)過T-510進料預(yù)熱器E-333進一步回收熱量后，進入再吸收塔冷卻器E-321，進入再吸收塔T-320循環(huán)。這樣來自T-320的釜液被加熱到合適溫度進入T-510，減少了汽提所需的蒸汽量，目前負荷下可節(jié)約蒸汽3 t／h，每年可節(jié)約蒸汽24 kt。

（4）五效蒸發(fā)系統(tǒng)加熱蒸汽減少。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，EOE全部用于精制PEO，600、700單元停車，E-610、E-620、E-630等不再需要蒸汽。為保證產(chǎn)品質(zhì)量需求，只許抽出10%左右的EO水溶液進入五效蒸發(fā)系統(tǒng)脫醛處理，因此五效蒸發(fā)系統(tǒng)熱源E-531所需蒸汽量也大大降低。

2.2 改造前后電量消耗分析

在裝置負荷基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，選取大修改造前后裝置電量用量進行統(tǒng)計，其電量統(tǒng)計如圖3所示。

圖3 大修改造前后電量消耗變化

從圖3可看出改造前后電量消耗變化不大。這主要是由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整后，雖然EG精制單元停車，EG精制系統(tǒng)泵 G-610、G-620、G-621、G-631、G-710、G-720、G-721以及儲槽送料泵G-630、G-730等不再耗電；但同時增加了用電設(shè)備：T-450塔釜泵G-450、回流泵G-451、進料泵G-452、凝水泵 G-455、EO送料泵G-1450以及冷媒泵G-1451。在同負荷運行情況下，減少的用電量和增加的消耗電量在整體上基本相等，因此，改造前后消耗電量基本不變。

2.3 改造前后冷卻水用量分析

改造前后冷卻水用量變化如表1所示。

表1 大修改造前后冷卻水用量分析 t／h

此外，由于大修改造后五效蒸發(fā)系統(tǒng)負荷降低，使得五效蒸發(fā)系統(tǒng)真空泵冷卻器E-536冷卻水用量由改造前的684 t／h降至改造后的300 t／h。結(jié)合表1改造前后冷卻水用量，改造后共節(jié)約冷卻水量＝1 196+684-300-1 435＝145 t／h。

3 降低裝置能耗的建議

3.1 蒸汽消耗

（1）盡可能降低吸收水FRC-312的流量

在保證再吸收塔T-320塔頂EO完全吸收的情況下，盡可能降低吸收水FRC-312的流量，從而提高EO水溶液的濃度。一方面，有利于T-450精制塔進料濃度增加，相應(yīng)的塔釜再沸器所需蒸汽量將會降低；另一方面，R-520進料EO濃度增加反應(yīng)器出口溫度升高，同時溶液中水含量降低，所以五效蒸發(fā)系統(tǒng)所需蒸汽量必然會減少。

（2）及時優(yōu)化五效工藝操作

由于改造后只抽出少部分的EO水溶液去五效蒸發(fā)系統(tǒng)脫醛，相比改造前，現(xiàn)在蒸發(fā)系統(tǒng)的負荷相對較低，而目前回流水量和五效熱源E-531的高壓蒸汽量卻沒有調(diào)整，這樣必然造成蒸汽浪費。建議在T-535塔頂?shù)亩握羝麧M足EO解析系統(tǒng)和CO2脫出系統(tǒng)所需蒸汽量的情況下，逐步減少回流水量和蒸汽量，同時取樣分析五效蒸發(fā)系統(tǒng)凝液罐內(nèi)乙二醇含量，不能超標，將高壓蒸汽和回流水用量控制在合理范圍內(nèi)。

（3）及時優(yōu)化T-450系統(tǒng)工藝操作

一方面，在滿足EO產(chǎn)品質(zhì)量的情況下可以逐漸減少T-450精制塔回流FI-4509的流量，從而減少塔釜再沸器E-450所需蒸汽量；另一方面，在滿足側(cè)線產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，優(yōu)化T-450靈敏板溫度，從而降低蒸汽用量。

3.2 脫離子水消耗

為了維持CO2再生塔的液位，裝置操作人員會通過塔身的脫離子水（DMW）管道補充脫離子水的方法來解決，這樣既浪費純水又浪費塔釜蒸汽量，這根DMW管道的設(shè)計用途是沖洗塔頂除沫器。當負荷改變或者其他因素造成再生塔液位波動時，可以及時調(diào)解直接蒸汽和間接蒸汽的用量來維持液位穩(wěn)定，因為直接蒸汽的加入既能提供熱源又能補充水蒸汽，故而不用額外補加純水。

3.3 電量消耗

當外界環(huán)境溫度有變化時，對裝置用電量也有影響。如在冬季時，在滿足工藝生產(chǎn)的前提下，及時采取關(guān)閉風(fēng)機數(shù)量、停運冷凍機Z-310和降低碳酸鹽循環(huán)泵的流量等措施來降低電量消耗，從而達到降低能耗的目的。

4 結(jié)論

（1）綜合考慮蒸汽、電能、冷卻水三大因素，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整工程實施后節(jié)能效果顯著，達到了降低能耗、節(jié)約成本、提高市場競爭力的目的，為同行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考作用；

（2）雖然裝置目前產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整后能耗有降低，但仍有降低能耗的空間，今后也會采取相關(guān)措施對裝置的能耗進行優(yōu)化。