壓縮機(jī)蒸汽驅(qū)動(dòng)方案對(duì)芳烴聯(lián)合裝置能耗的影響

張樹廣，劉成軍，柳泉潤

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

對(duì)二甲苯(PX)是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，在化纖、合成樹脂、農(nóng)藥、醫(yī)藥和塑料等化工生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的用途[1-2]。隨著市場對(duì)PX需求的不斷增長，國內(nèi)掀起了芳烴聯(lián)合裝置建設(shè)高潮，預(yù)計(jì)3～5年后芳烴市場將趨于飽和，PX市場的競爭會(huì)日漸激烈。降低芳烴聯(lián)合裝置的能耗，從而降低PX的生產(chǎn)成本、增加PX產(chǎn)品的市場競爭力成為芳烴生產(chǎn)廠家的重要任務(wù)。

芳烴聯(lián)合裝置的凝結(jié)水閃蒸和抽余液塔頂產(chǎn)生0.6 MPa的低低壓蒸汽(LLPS)用于換熱設(shè)備加熱還有剩余，由于LLPS等級(jí)低，外輸困難，所以一般用來發(fā)電[3-5]，但蒸汽發(fā)電的熱利用效率很低，因此會(huì)造成能量的浪費(fèi)，導(dǎo)致芳烴聯(lián)合裝置的能耗較高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是用3.5 MPa的中壓蒸汽(MPS)驅(qū)動(dòng)甲苯歧化和C8芳烴異構(gòu)化單元的循環(huán)氫壓縮機(jī)(分別簡稱歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī))，剩余的LLPS用于發(fā)電。最新的設(shè)計(jì)方案是剩余的LLPS經(jīng)過蒸汽增壓機(jī)增壓成1.8 MPa的中壓蒸汽(IPS)，同時(shí)可以考慮采用LLPS或者IPS驅(qū)動(dòng)歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)，整個(gè)芳烴聯(lián)合裝置不輸出LLPS，也不采用LLPS發(fā)電，同時(shí)減少了系統(tǒng)外MPS的輸入量。通過優(yōu)化芳烴聯(lián)合裝置的蒸汽網(wǎng)絡(luò)，可以降低芳烴聯(lián)合裝置的能耗[6-7]。

本課題以催化重整生成油(簡稱重整油)為原料，以1.5 Mta吸附法制PX芳烴聯(lián)合裝置為研究對(duì)象，以充分使用裝置內(nèi)產(chǎn)生的LLPS和IPS、而不向裝置外輸送IPS和LLPS為目標(biāo)，優(yōu)化MPS或LLPS驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的方案，并以能耗計(jì)算的方式評(píng)價(jià)5種不同驅(qū)動(dòng)方案的優(yōu)劣，供設(shè)計(jì)人員參考。

1 分析實(shí)例

1.1 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案一

芳烴聯(lián)合裝置使用的MPS從界區(qū)外輸入作加熱熱源和驅(qū)動(dòng)歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力；抽出液塔頂產(chǎn)生1.2 MPa的低壓蒸汽(LPS)全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于發(fā)電，剩余LLPS經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)增壓至IPS，全部用于加熱熱源。此方案下的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)見圖1。其中，重重整油指重整油中的C9、C10組分，以下同。

圖1 方案一的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)

1.2 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案二

芳烴聯(lián)合裝置使用的MPS從界區(qū)外輸入作加熱熱源；抽出液塔頂產(chǎn)生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅(qū)動(dòng)歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力，剩余LLPS經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯(lián)合裝置內(nèi)不足的IPS由界區(qū)外輸入的MPS減壓供應(yīng)。此方案下的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)見圖2。

圖2 方案二的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)

1.3 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案三

芳烴聯(lián)合裝置使用的MPS從界區(qū)外輸入作加熱熱源和驅(qū)動(dòng)歧化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力；抽出液塔頂產(chǎn)生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力，剩余LLPS經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯(lián)合裝置內(nèi)不足的IPS由界區(qū)外輸入的MPS減壓供應(yīng)。此方案下的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)見圖3。

圖3 方案三的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)

1.4 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案四

芳烴聯(lián)合裝置使用的MPS從界區(qū)外輸入作加熱熱源和驅(qū)動(dòng)異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力；抽出液塔頂產(chǎn)生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅(qū)動(dòng)歧化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力，剩余LLPS經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯(lián)合裝置內(nèi)不足的IPS由界區(qū)外輸入MPS減壓提供。此方案下的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)見圖4。

圖4 方案四的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)

1.5 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案五

芳烴聯(lián)合裝置使用的MPS從界區(qū)外輸入作加熱熱源；抽出液塔頂產(chǎn)生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結(jié)水閃蒸產(chǎn)生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于發(fā)電，剩余LLPS增壓至IPS，全部用于加熱熱源和驅(qū)動(dòng)歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的動(dòng)力，聯(lián)合裝置內(nèi)不足的IPS由界區(qū)外輸入MPS減壓提供。此方案下的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)見圖5。

圖5 方案五的蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)

2 歧化異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案能耗評(píng)價(jià)

2.1 能耗計(jì)算

表1 各驅(qū)動(dòng)方案下的主要公用工程用量

從表1可以看出：采用MPS驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)和剩余LLPS蒸汽用于發(fā)電的方案一的能耗最大，原因是蒸汽發(fā)電的效率較低，最高僅能達(dá)到30%左右，造成大量熱能的浪費(fèi)；采用LLPS驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的方案二的能耗與方案一的能耗相差不大，原因是LLPS的利用效率低；采用MPS和LLPS分別驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的方案三和方案四，能耗幾乎相同，原因是驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)時(shí)使用的LLPS的量相差不多；而采用IPS驅(qū)動(dòng)歧化和異構(gòu)化氫氣壓縮機(jī)的方案五能耗最小，原因是IPS比LLPS壓力高，熱利用效率也高。由表1還可以看出，與方案一相比，方案五的能耗降低232 MJt，按照裝置規(guī)模為1.5 Mta計(jì)算，則能耗每年降低3.48×108MJ。

2.2 公用工程費(fèi)用計(jì)算

根據(jù)本單位公用工程的價(jià)格，5種驅(qū)動(dòng)方案下PX產(chǎn)品的公用工程費(fèi)用的計(jì)算數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可知：能耗最高的方案一的公用工程費(fèi)用也最高，方案二與方案一的公用工程費(fèi)用幾乎相同；方案三和方案四的公用工程費(fèi)用也幾乎相同，均低于方案一和方案二的公用工程費(fèi)用；方案五的公用工程費(fèi)用最低，比方案一低12.56元t，按照裝置規(guī)模為1.5 Mta計(jì)算，則每年的公用工程費(fèi)用比方案一減少1 884萬元。

表2 各驅(qū)動(dòng)方案下的公用工程費(fèi)用 元h

表2 各驅(qū)動(dòng)方案下的公用工程費(fèi)用 元h

項(xiàng) 目方案一方案二方案三方案四方案五電20 33118 62919 83519 99921 2053.5 MPa蒸汽15 24616 70614 27813 97611 848凝結(jié)水-1 786-1 885-1 838-1 832-1 804循環(huán)水1 6331 6331 6331 6331 633除鹽水247247247247247除氧水6 2396 4956 4936 4936 538燃料氣106 800106 800106 800106 800106 800公用工程1)832.78832.30825.71824.97820.22

1)單位為元t。

3 結(jié) 論

(1)通過優(yōu)化歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，充分利用系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的的LLPS，做到不外輸LLPS，同時(shí)降低系統(tǒng)的能耗。經(jīng)過能耗和公用工程費(fèi)用對(duì)比，以使用IPS驅(qū)動(dòng)歧化、異構(gòu)化循環(huán)氫壓縮機(jī)的方案五的能耗和公用工程費(fèi)用最低，同時(shí)從界區(qū)外引入MPS的量最小，減少了對(duì)界區(qū)外公用工程系統(tǒng)的依賴性，可以用作芳烴聯(lián)合裝置蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。

(2)由于各廠外部的公用工程條件存在差別，芳烴聯(lián)合裝置蒸汽換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化原則應(yīng)從全廠蒸汽平衡出發(fā)，探討蒸汽利用方案及壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的最佳選擇，分析裝置的能耗構(gòu)成及能耗水平，同時(shí)還應(yīng)該考慮蒸汽、燃料氣和電能的價(jià)格體系，甚至根據(jù)整個(gè)公司公用工程系統(tǒng)情況進(jìn)行優(yōu)化，在保證芳烴聯(lián)合裝裝置平穩(wěn)運(yùn)行的情況下努力做到能耗最低、產(chǎn)品成本最低，以保證投產(chǎn)后裝置的經(jīng)濟(jì)效益。