海南煉化首套國產(chǎn)化芳烴裝置節(jié)能技術(shù)的研究

王照帥

摘 要：海南煉化芳烴聯(lián)合裝置通過采取低溫?zé)峄厥?、熱源總成利用和熱量梯度利用等多項?jié)能技術(shù)措施，使能耗比國內(nèi)同類最好裝置降低了150kg.EO/t.PX，從而使產(chǎn)品的成本競爭力處于遙遙領(lǐng)先地位。中國石化PX裝置相似度高，海南煉化眾多節(jié)能技術(shù)均成熟可靠，完全可以推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：芳烴聯(lián)合裝置;能耗;節(jié)能技術(shù);低溫?zé)峄厥?熱源總成;推廣應(yīng)用

2013年底，海南煉化建成投產(chǎn)了芳烴聯(lián)合裝置，這是中國石化具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化第一套大型芳烴生產(chǎn)裝置。該裝置的投產(chǎn)，打破了國外公司對芳烴成套技術(shù)的長期壟斷，中國石化一舉成為全球第3家擁有對二甲苯生產(chǎn)技術(shù)的專利商。項目所應(yīng)用“中國石化高效環(huán)保芳烴成套技術(shù)”榮獲國家科技進(jìn)步特等獎。目前，該裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行，裝置的能耗、綜合競爭力領(lǐng)先于采用歐美技術(shù)的裝置，常年處于世界芳烴行業(yè)標(biāo)桿地位。

對于某一特定裝置來說，其原料來源、產(chǎn)品方案及產(chǎn)品質(zhì)量要求的不同會導(dǎo)致裝置設(shè)置、流程長短的差異，使裝置能耗差別很大。芳烴聯(lián)合裝置是高耗能裝置，工藝流程長，物料循環(huán)次數(shù)多，分離過程多，分餾塔也多，能耗費用占操作費用的80%以上。因此，對芳烴產(chǎn)業(yè)而言，降低能耗就是降低成本，增加效益，增強產(chǎn)品競爭力。海南煉化芳烴聯(lián)合裝置通過采取低溫?zé)峄厥?、熱量集成利用和熱量梯度利用等多項措施，使能耗比國?nèi)同類最好裝置降低了150kg.EO/t.PX，降低直接成本500元/t以上，從而使產(chǎn)品的成本競爭力處于遙遙領(lǐng)先地位。

1 海南煉化首套芳烴裝置節(jié)能技術(shù)介紹

1.1 合理優(yōu)化流程，充分考慮熱聯(lián)合

甲苯塔、二甲苯塔和重芳烴塔提壓操作，塔頂氣相物流作為其他分餾塔底重沸器熱源。甲苯塔頂氣一股作為苯塔底重沸熱源，另一股發(fā)生0.5MPa蒸汽;二甲苯塔頂氣則作為抽出液塔、抽余液塔、成品塔、鄰二甲苯塔塔底重沸器的熱源;重芳烴塔頂氣作為重整油分離塔底重沸器熱源。通過熱聯(lián)合的方式回收裝置塔頂冷凝熱，大大降低了聯(lián)合裝置的熱量消耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

結(jié)合裝置熱聯(lián)合需要，在滿足安全距離基礎(chǔ)上盡量采用就近布置的原則，以減少管道長度和熱損失。裝置間多采用熱進(jìn)料，在滿足工藝操作要求的基礎(chǔ)上，盡量避免重復(fù)加熱，以節(jié)約能量。

1.2 回收低溫余熱，實現(xiàn)高效利用

1.2.1 發(fā)生0.45MPa蒸汽，實現(xiàn)低溫?zé)崮馨l(fā)電及驅(qū)動透平

芳烴聯(lián)合裝置中抽余液塔、抽出液塔在常規(guī)設(shè)計時均為常壓塔，塔頂溫度通常為145℃，由于溫位較低，這部分熱量只能是采用空冷進(jìn)行冷卻。

海南煉化芳烴裝置取消抽出液塔、抽余液塔和甲苯塔塔頂空冷設(shè)備，采用對抽余液塔、抽出液塔加壓操作回收熱能，用蒸汽發(fā)生器代替空冷，發(fā)生0.45MPa蒸汽。

其中抽余液塔操作壓力（塔頂）為0.35MPaG，塔頂溫度201℃，回流溫度179℃，可回收熱量78.252MW，可以發(fā)生0.45MPaG蒸汽121t/h;抽出液塔操作壓力（塔頂）為0.28MPaG，塔頂溫度195℃，回流溫度175℃，可回收熱量26.066MW，可以發(fā)生0.45MPaG蒸汽41t/h。發(fā)生的0.45MPa蒸汽過熱后，除一部分用于驅(qū)動歧化循環(huán)氫壓縮機透平、除氧器除氧及管線伴熱外，其余部分用于發(fā)電，發(fā)電量約18000kWh，凈發(fā)電量約16750kWh（自耗電1250kWh）。自2013年12月27日芳烴聯(lián)合裝置試車成功以來，精餾塔頂?shù)蜏責(zé)峄厥照羝l(fā)電裝置運行云頂，平均日發(fā)電量達(dá)到共發(fā)電35×104kWh（凈發(fā)電量）。按每度電減排二氧化碳0.697kg，二氧化碳日減排量可達(dá)到258t，由此產(chǎn)生的節(jié)能減排效益是巨大的;按每度電0.61元人民幣計，日產(chǎn)值可達(dá)到22.6萬元，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也是巨大的。

海南煉化芳烴裝置低溫?zé)峄厥照羝l(fā)電技術(shù)，可使PX裝置取消空冷、回收低溫?zé)幔厥盏牡蜏責(zé)嵊糜诋a(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電，因此大大降低了芳烴裝置的能耗，使芳烴裝置能耗降低約50kg.EO/t.PX。

1.2.2 ORC熱水發(fā)電

芳烴聯(lián)合裝置中成品塔、脫庚烷塔、鄰二甲苯塔在常規(guī)設(shè)計時塔頂溫度較低，分別為126℃、124℃、157℃，塔頂熱量通常是采用空冷進(jìn)行冷卻，這些低溫?zé)峋蜕⑹У袅恕?/p>

海南煉化芳烴裝置以除鹽水為媒介（熱媒水），利用塔頂?shù)推肺粺嵩磁c循環(huán)除鹽水的換熱來回收裝置低溫?zé)幔捎么?lián)加熱方式，產(chǎn)生70/118℃熱水，送至裝置內(nèi)熱水發(fā)電機組發(fā)電，熱水可以循環(huán)利用。OCR熱水發(fā)電流程見圖1。

海南煉化對二甲聯(lián)合裝置在聯(lián)產(chǎn)鄰二甲苯工況下，脫庚烷塔頂物料、成品塔頂物料、鄰二甲苯塔頂物料的低溫余熱負(fù)荷共計37.525MW，通過串聯(lián)加熱可產(chǎn)生70/120℃熱水645t/h;歧化反應(yīng)產(chǎn)物物料、歧化汽提塔頂物料的低溫余熱負(fù)荷共計7.90MW，通過串聯(lián)加熱可產(chǎn)生70/110℃熱水170t/h。這些熱水一起送至熱水發(fā)電機組發(fā)電。整個裝置設(shè)計產(chǎn)生118℃熱水815t/h，目前產(chǎn)生120℃熱水377t/h，其中200t/h用于ORC熱水發(fā)電機組發(fā)電，凈發(fā)電量800kWh左右。

自2014年7月開機成功以來，低溫?zé)峄厥誒RC熱水發(fā)電裝置，日均發(fā)電量達(dá)到2×104kWh（凈發(fā)電量）。按每度電減排二氧化碳0.697kg，二氧化碳日減排量可達(dá)到1.4t，由此產(chǎn)生的節(jié)能減排效益是很大的;按每度電0.61元人民幣計，日均產(chǎn)值可達(dá)到1.2萬元，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也是十分可觀的。

芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)峄厥諢崴l(fā)電技術(shù)，可使PX裝置取消空冷、回收低溫?zé)?，回收的低溫?zé)嵊糜诋a(chǎn)生熱水進(jìn)行發(fā)電，使海南煉化芳烴裝置能耗降低約10kg.EO/t.PX。

1.3 二甲苯塔重沸爐節(jié)能降耗

海南煉化二甲苯塔重沸爐除滿足自身加熱需要外，還作為熱載體爐，為對聯(lián)合裝置的5臺精餾塔和1臺換熱器集中供熱。二甲苯塔重沸爐改進(jìn)了結(jié)構(gòu)和爐管的設(shè)計布局，設(shè)置了“兩爐一煙囪”新模式，建成了全球芳烴行業(yè)熱負(fù)荷近200MW的“第一爐”，全裝置加熱爐數(shù)量由常規(guī)10臺左右減少為4臺，空氣余熱系統(tǒng)減少為2套。由于加熱爐的總成大型化，大幅降低了散熱面積和熱損失，同時大幅減少了占地面積及運維費用，直接節(jié)約投資3000萬元以上。

受露點腐蝕制約，加熱爐排煙溫度普遍在130℃以上，熱量損失大、能耗高。海南煉化二甲苯塔重沸爐空氣預(yù)熱器采用了抗露點腐蝕的鑄鐵式板式空氣預(yù)熱器，不僅徹底解決低溫腐蝕問題，而且提高了換熱效率，使排煙溫度降低到95℃以下，創(chuàng)造了煙氣低溫排放世界新紀(jì)錄。加熱爐排煙熱損失與同類型裝置二甲苯塔重沸爐平均值相比較減少約1796kW，如燃料氣按0.3萬元/t計，年開工8000h計，可節(jié)省燃料費用371.8萬元/a。

常規(guī)加熱爐爐墻外壁溫度一般控制在80℃左右，海南煉化二甲苯塔重沸爐采用新型復(fù)合襯里，爐墻外壁溫度降低至55℃左右，輻射爐墻散熱強度同比降低了5.0%左右，輻射爐墻散熱損失與同類型裝置二甲苯塔重沸爐平均值相比較減少約970kW，如燃料氣按0.3萬元/t計，年開工8000h計，可節(jié)省燃料費用200.8萬元/a。

2 海南煉化芳烴裝置節(jié)能技術(shù)的推廣建議

中國石化PX裝置相似度高，海南煉化眾多節(jié)能技術(shù)均成熟可靠，完全可以復(fù)制推廣。海南煉化采用升高塔壓、加熱爐大型化、裝置熱聯(lián)合等多項節(jié)能技術(shù)，實現(xiàn)了熱量高度集成、物料高度聯(lián)合、能量梯級利用，大大降低了裝置總能耗，2019年，海南煉化首套芳烴裝置綜合能耗為302kg標(biāo)油/t.PX，處于行業(yè)領(lǐng)先水平。在首套芳烴裝置節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上，海南煉化第二套100萬t/aPX裝置集成了中國石化芳烴領(lǐng)域的最新科研成果，對核心技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步創(chuàng)新，于2019年9月27日一次投產(chǎn)成功，綜合能耗低至302kg標(biāo)油/t.PX，打造了國產(chǎn)化芳烴技術(shù)新標(biāo)桿，為中國石化節(jié)能技術(shù)的推廣提供了技術(shù)示范。