論苯加氫裝置換熱系統(tǒng)的改造

劉宏陽(yáng)

【摘 ?要】本文首先介紹了以苯和氫作為原料，在液態(tài)催化劑作用下生產(chǎn)環(huán)己烷的工藝流程，然后對(duì)工藝流程進(jìn)行了改造，并根據(jù)苯加氫反應(yīng)的特點(diǎn)，對(duì)苯加氫裝置中換熱系統(tǒng)的物料走向和熱量交換進(jìn)行了分析，最后對(duì)比了改造前后的工藝流程。旨在為苯加氫裝置換熱系統(tǒng)的改造提供一定的參考價(jià)值，進(jìn)而使苯加氫這一技術(shù)工藝更好地為人們服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】苯加氫;環(huán)乙烷;改造;苯加氫裝置換熱系統(tǒng);

引言

苯加氫項(xiàng)目包括生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)輔助設(shè)施，主要為：制氫、加氫、預(yù)蒸餾、萃取、油庫(kù)、裝卸臺(tái)等。生產(chǎn)高純苯、硝化級(jí)甲苯、二甲苯、非芳烴、溶劑油等。在苯加氫反應(yīng)裝置中，換熱系統(tǒng)占據(jù)重要地位，因此對(duì)其進(jìn)行改造十分必要。對(duì)其換熱系統(tǒng)改造之后，減少冷卻水的同時(shí)，會(huì)明顯增加副產(chǎn)蒸汽量，并且有著顯著平衡反應(yīng)熱的效果。

一、苯加氫工藝流程

苯加氫工藝裝置的流程中，需要苯與氫氣根據(jù)一定的比例混合后進(jìn)入到放映器當(dāng)中，從而形成物料的內(nèi)部循環(huán)，隨后生產(chǎn)的環(huán)己烷會(huì)通過(guò)氣態(tài)進(jìn)入到新的反應(yīng)器當(dāng)中進(jìn)行進(jìn)一步的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)物料的充分混合與反應(yīng)，隨后冷卻器降低溫度實(shí)現(xiàn)冷凝分離，再次經(jīng)過(guò)換熱器冷凝處理進(jìn)入到氣液的分離環(huán)節(jié)當(dāng)中。在不凝氣的情況下，氫氣可以進(jìn)入到循環(huán)壓縮機(jī)當(dāng)中，壓縮處理后送到反應(yīng)器，即可進(jìn)入到燃料氣管網(wǎng)進(jìn)行使用。在經(jīng)過(guò)冷凝器分離后，不凝氣氫氣進(jìn)入到燃?xì)夤芫W(wǎng)，隨后經(jīng)過(guò)換熱器降溫處理進(jìn)入到貯藏環(huán)節(jié)，隨后產(chǎn)生的副產(chǎn)蒸汽則被用于管網(wǎng)當(dāng)中。

二、工藝改造與說(shuō)明

在高壓反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)中，苯加氫裝置屬于最為重要的環(huán)節(jié)。氫氣、苯反應(yīng)后可以形成環(huán)己烷，同時(shí)氫氣的純度達(dá)到一定比例時(shí)，苯的溫度隨即得到確定。根據(jù)上述工藝流程的特征與內(nèi)容來(lái)進(jìn)行分析，可以對(duì)其設(shè)備進(jìn)行改造，改造的主要參數(shù)與流程內(nèi)容包括如下方面。

1.改造之后的工藝流程

改造之后的工藝流程圖依然包括主反應(yīng)器、低壓蒸汽鍋爐、副反應(yīng)器以及分離器和穩(wěn)定塔等設(shè)備，不同之處在于添加了氫氣壓縮裝置，通過(guò)收集分離器中的氫氣再次進(jìn)入到主反應(yīng)器進(jìn)行充分混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)剩余苯物料的反應(yīng)，以此來(lái)提升反應(yīng)的速率，同時(shí)也有助于改善流程控制，確保整體經(jīng)濟(jì)效益。

2.對(duì)改造之后工藝流程的說(shuō)明

對(duì)比改造前的原料苯反應(yīng)溫度來(lái)看，改造后主反應(yīng)器的初期反應(yīng)溫度需要控制在190℃，而改造前具有150℃的溫差，這顯然不符合設(shè)計(jì)的基本要求。在經(jīng)過(guò)副反應(yīng)器的同時(shí)，水預(yù)熱處理后的環(huán)己烷溫度約為130℃，此時(shí)借助于冷卻水進(jìn)行冷卻處理可以降低到50℃，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量的冷卻水被浪費(fèi)掉。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，在預(yù)熱器、冷卻器之間增加預(yù)熱器，通過(guò)這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)原料苯能夠得到提前預(yù)熱，這樣在進(jìn)入到主反應(yīng)器的時(shí)候就不會(huì)再出現(xiàn)溫差變化較大的問(wèn)題。除此之外，在改造完成后，原料苯可以經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的冷卻處理來(lái)實(shí)現(xiàn)主反應(yīng)器的合理反應(yīng)，反應(yīng)放熱以及原料苯都可以帶入大量的熱量使得蒸汽的產(chǎn)量增加，冷卻器當(dāng)中的環(huán)己烷則經(jīng)過(guò)預(yù)熱器處理后降低了整體溫度，所以此時(shí)的冷卻水用量也會(huì)相應(yīng)的減少。

三、改造前后對(duì)比分析

1.數(shù)據(jù)比較

在預(yù)熱器投入使用一段時(shí)間后，等待計(jì)量表校準(zhǔn)并整體穩(wěn)定，壓力、溫度均顯示正常，設(shè)備的運(yùn)行平穩(wěn)。對(duì)參數(shù)進(jìn)行記錄對(duì)比，并與改造之前設(shè)備的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，可以得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果。結(jié)合改造前后主反應(yīng)器的溫度變化、副反應(yīng)器的溫度變化以及成本的苯含量來(lái)看，變化不明顯，可以顯示產(chǎn)品的質(zhì)量沒(méi)有發(fā)生變化，整體運(yùn)行穩(wěn)定，改造效果良好，能夠節(jié)約大量的成本。

2.效果分析

2.1 增加副產(chǎn)蒸汽量

對(duì)預(yù)熱器使用后的改造成本進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)副產(chǎn)蒸汽量顯著增加，將其送入到蒸汽管網(wǎng)中進(jìn)行二次使用。分別對(duì)同等生產(chǎn)條件下的產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器投入使用后的整體增效十分明顯，年降低成本約60萬(wàn)元人民幣。

2.2 減少冷卻水的使用

在完成苯加氫工藝裝置改造工作后，對(duì)物料苯的溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其從原來(lái)的40℃提升到了120℃，同時(shí)也減少了副反應(yīng)器的反應(yīng)壓力，根據(jù)標(biāo)定的鍋爐水換熱情況來(lái)看，對(duì)于冷卻水的循環(huán)用量需求明顯縮減。從循環(huán)水使用率角度上來(lái)看，由于降低了反應(yīng)壓力，所以安全性也得到了保障，不在需要持續(xù)輸入大量的循環(huán)水，導(dǎo)致部分循環(huán)水可以持續(xù)使用，總量得到了很好的控制，對(duì)于高峰時(shí)段的用水壓力也就相應(yīng)減少了。結(jié)合投入使用后平均計(jì)量循環(huán)水的數(shù)據(jù)情況來(lái)看，苯預(yù)熱器的使用冷卻水用量減少了10%左右，年均節(jié)約成本超過(guò)2.5萬(wàn)元。

2.3平衡反應(yīng)熱

在苯加氫工藝裝置改造后，平衡反應(yīng)熱具有一定的變化，這是由于反應(yīng)的周期中涉及到了催化劑、氫氣以及苯等原材料，而反應(yīng)熱移除后會(huì)出現(xiàn)整體反應(yīng)溫度的改變。根據(jù)后期統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)來(lái)看，設(shè)備完成改造后的主反應(yīng)器溫度提升，而副產(chǎn)蒸汽全開(kāi)后溫度也不會(huì)下降，所以換熱的效率降低，反應(yīng)熱量無(wú)法及時(shí)移除，這是一個(gè)弊端需要及時(shí)解決。為了確保生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用效果以及生產(chǎn)安全，需要降低生產(chǎn)負(fù)荷，此時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致一系列的問(wèn)題。在具體生產(chǎn)中添加苯預(yù)熱器，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)改造升級(jí)，降低了進(jìn)料溫度，同時(shí)也就降低了主反應(yīng)器攜帶的熱量總數(shù)，這樣一來(lái)反應(yīng)壓力就會(huì)顯著減少，同時(shí)操作過(guò)程中苯加氫裝置的檢修概率也變得很低，大多數(shù)情況下都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的檢修來(lái)解決各種問(wèn)題，不再需要集中大規(guī)模的檢修，有效提升了苯加氫工藝裝置的運(yùn)行效率以及經(jīng)濟(jì)效益，提升了投資回報(bào)率。

總結(jié)

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)，增加苯預(yù)熱器對(duì)苯加氫反應(yīng)及產(chǎn)品質(zhì)量沒(méi)有任何的影響，相比改造之前，在很大程度上減少了冷卻水的使用，節(jié)約了水資源與生產(chǎn)成本，并且副產(chǎn)蒸汽量有所增加，帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，因此我們應(yīng)該投入到苯加氫裝置換熱系統(tǒng)的研究改造之中，在保證產(chǎn)品合格的前提下，節(jié)約資源與成本，創(chuàng)造更多的效益。

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（作者單位：唐山華熠實(shí)業(yè)股份有限公司）