輕質(zhì)烯烴分離裝置節(jié)能研究

齊洪敏，王亞雄

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.國家能源集團(tuán)神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

自國家“十二五”計(jì)劃始，我國日益重視各類能源的有效利用和可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合我國工業(yè)能耗大、成本高、效益差、產(chǎn)品缺乏國際競爭力的發(fā)展現(xiàn)狀，各生產(chǎn)企業(yè)必須通過節(jié)能減排，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力，此類問題在化工行業(yè)尤為凸顯。而根據(jù)我國富煤貧油的特殊能源結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)發(fā)展的煤制烯烴產(chǎn)業(yè)在不斷的發(fā)展和運(yùn)營中，產(chǎn)業(yè)能耗巨大、周圍環(huán)境污染嚴(yán)重等問題日益凸顯，面對(duì)產(chǎn)業(yè)和環(huán)境方方面面的壓力，煤化工行業(yè)為了可持續(xù)發(fā)展，必須要解決本行業(yè)節(jié)能減排中存在的眾多問題[1-2]。本裝置所屬煤制烯烴項(xiàng)目屬國家首批項(xiàng)目，工藝路線相對(duì)落后，能源利用不盡合理，而輕質(zhì)烯烴分離裝置作為項(xiàng)目產(chǎn)品的關(guān)鍵輸出單元，涵蓋大量的精餾、干燥、壓縮和冷卻等分離操作，工藝流程長，但工藝技術(shù)相對(duì)落后，節(jié)能空間較大，本文就該優(yōu)化后的裝置中對(duì)綜合能耗影響較大的能源因素進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的，降低生產(chǎn)運(yùn)營成本。

1 運(yùn)行裝置流程介紹

因?qū)嶋H產(chǎn)品氣的組分與原始設(shè)計(jì)略有不同，該裝置在持續(xù)生產(chǎn)過程中，綜合生產(chǎn)和效益因素，將部分工藝流程進(jìn)行了更改，目前該裝置依然為前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術(shù)，將來自上游裝置的產(chǎn)品氣通過三級(jí)壓縮、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，在高、低壓脫丙烷塔進(jìn)行初次分離。高壓脫丙烷塔頂物流經(jīng)產(chǎn)品氣四段壓縮后送至脫甲烷塔，其塔頂產(chǎn)品主要是甲烷，經(jīng)冷箱換熱后得到燃料氣。高壓脫丙烷塔底物流送至脫丁烷塔，得到C5以上產(chǎn)品和混合C4產(chǎn)品。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進(jìn)行C2和C3分離，塔頂C2進(jìn)入乙烯精餾塔塔，塔頂產(chǎn)品即為工業(yè)用乙烯產(chǎn)品。塔底C3進(jìn)入丙烯精餾塔，塔頂餾分便是聚合級(jí)丙烯，塔底采出丙烷產(chǎn)品。產(chǎn)出的乙烯和丙烯產(chǎn)品分別送入聚乙烯裝置和聚丙烯裝置作原料，混合C4送至C4裝置作為深加工原料。具體流程見圖1所示。

圖1 某輕質(zhì)烯烴分離裝置流程簡圖

2 裝置能耗現(xiàn)狀

因裝置所處地理位置和氣候原因，部分公用工程能源不能達(dá)到原始設(shè)計(jì)要求，故各項(xiàng)能源的消耗量與設(shè)計(jì)值有部分偏差，表1 數(shù)據(jù)為上年該裝置能耗與設(shè)計(jì)值對(duì)比。

表1 裝置上年能耗與設(shè)計(jì)值對(duì)比

圖2 各項(xiàng)能耗超設(shè)計(jì)值在總能耗超設(shè)計(jì)值的占比

從表中數(shù)據(jù)可以看出，氮?dú)?、中壓蒸?4.1 MPa)和低低壓蒸汽(1.1 MPa)噸產(chǎn)品消耗量超出設(shè)計(jì)值較大，從單項(xiàng)能源在裝置總能耗超設(shè)計(jì)值中占比圖(圖2)可以得出，三類能源介質(zhì)分別占比32%、30%和19%，對(duì)裝置能耗影響明顯。而中壓蒸汽用戶為裝置兩大壓縮機(jī)機(jī)組，消耗量僅受裝置生產(chǎn)負(fù)荷影響，沒有優(yōu)化空間。

3 優(yōu)化措施

結(jié)合上年能源消耗結(jié)果，在現(xiàn)有運(yùn)行情況下優(yōu)化操作參數(shù)，改善能源低效使用，降低氮?dú)夂偷偷蛪赫羝牧浚岣哐b置行業(yè)內(nèi)能耗排名。

3.1 降低氮?dú)庀牧?/h3>

圖3 延長再生周期后聚合級(jí)丙烯產(chǎn)品中氧化物含量

圖4 延長再生周期后工業(yè)用乙烯產(chǎn)品質(zhì)量

就氮?dú)馊ハ蚍治?，裝置氮?dú)庵饕褂梅较驗(yàn)楣潭ù苍偕?、壓縮機(jī)干氣密封、火炬吹掃和儲(chǔ)罐氮封，從表2工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)看出，固定床再生為氮?dú)庾畲笥脩?，所以減少固定床再生氮?dú)庀牧考纯捎行Ы档脱b置氮?dú)鈫魏?。本裝置固定床包括氣相干燥器2臺(tái)，液相干燥器2臺(tái)，丙烯產(chǎn)品保護(hù)床2臺(tái)，乙烯精制床3臺(tái)。

表2 烯烴分離裝置氮?dú)庥脩粼O(shè)計(jì)使用量

固定床再生氮?dú)庀牧看蟮闹饕蛴校涸偕獨(dú)鉁囟鹊蛯?dǎo)致升溫時(shí)間長，持續(xù)供應(yīng)熱氮量增加；固定床單次再生時(shí)間人為延長，氮?dú)獠婚g斷消耗增加；再生頻率高，加大氮?dú)馐褂谩８鶕?jù)以上原因，制定了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，具體如下：

3.1.1 延長丙烯產(chǎn)品保護(hù)床和乙烯精制床再生周期

通過分析丙烯保護(hù)床入口氧化物含量，計(jì)算理論再生周期，密切監(jiān)控丙烯和乙烯產(chǎn)品中氧化物含量，經(jīng)過有序可控探索，將丙烯產(chǎn)品保護(hù)床再生周期由3天延長至10天，乙烯精制床再生周期由7天延長至30天。圖3、4為延長再生周期后乙烯、丙烯產(chǎn)品質(zhì)量，可以看出，產(chǎn)品質(zhì)量無影響。再生氮?dú)庀牧坑?44800 Nm3降至61200 Nm3，效果顯著。

3.1.2 優(yōu)化再生合格指標(biāo)

與分子篩廠家溝通，了解吸附劑再生情況分析及規(guī)律，掌握了不同溫度下再生合格所需時(shí)間、再生合格判定條件等關(guān)鍵技術(shù)問題。固定床再生時(shí)，通過分析再生氣出口雜質(zhì)含量規(guī)定固定床再生合格指標(biāo)，編制操作規(guī)范，嚴(yán)格再生程序，有效規(guī)避再生過程中的人為因素。

表3 固定床再生合格指標(biāo)及操作條件

再生合格指標(biāo)優(yōu)化以后，各固定床再生時(shí)長平均縮短2 h左右，固定床每月再生氮?dú)庀牧磕軌驕p少430800 Nm3左右，平均每小時(shí)減少氮?dú)庥昧?98 Nm3。

3.2 降低低低壓蒸汽消耗量

裝置低壓蒸汽用戶主要有：產(chǎn)品氣壓縮機(jī)透平表面冷凝器的真空噴射泵，利用低壓蒸汽作為驅(qū)動(dòng)力，為表面冷凝器提供真空度;丙烯制冷壓縮機(jī)透平表面冷凝器的真空噴射泵，利用低壓蒸汽作為驅(qū)動(dòng)力，為表面冷凝器提供真空度;脫丁烷塔再沸器，使用低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)，為脫丁烷塔提供再沸所需要的熱量;烯烴分離裝置蒸汽伴熱系統(tǒng)，在冬季為管線、設(shè)備提供伴熱。由表4上年低低壓蒸汽用戶消耗數(shù)據(jù)看出，兩大機(jī)組真空噴射器所消耗的低壓蒸汽閥門開度為固定全開，蒸汽消耗量不受裝置生產(chǎn)負(fù)荷影響，脫丁烷塔再沸器再沸器消耗的蒸汽量主要由裝置進(jìn)料負(fù)荷和換熱器換熱效率決定，無法大幅改變，故而降低蒸汽伴熱系統(tǒng)低低壓蒸汽消耗量為該項(xiàng)能源優(yōu)化方向。降低伴熱蒸汽消耗量，可通過提高伴熱蒸汽效率和減少熱量損失方向達(dá)到目標(biāo)，而目前在裝置運(yùn)行投入有限的條件下，可以通過更換損壞疏水器、更換疏水器型式、增加低壓蒸汽管線保溫等手段降低蒸汽損失。

表4 低低壓蒸汽用戶日均消耗量

3.2.1 加強(qiáng)疏水器知識(shí)培訓(xùn)教育，制定管理規(guī)范和考核標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，操作人員對(duì)于疏水器漏汽情況了解，但是對(duì)于蒸汽損失量和經(jīng)濟(jì)損失不重視，冬季現(xiàn)場漏汽不處理，蒸汽損失大。對(duì)此，對(duì)操作員工進(jìn)行疏水器專項(xiàng)培訓(xùn)，提高員工節(jié)能認(rèn)識(shí)；并制定冬季伴熱管理辦法，規(guī)范冬季操作，有效降低蒸汽損失。

3.2.2 更換超期服役的疏水器

利用現(xiàn)有庫存更換了36個(gè)伴熱管線疏水閥，另外對(duì)主管線低點(diǎn)漏汽率大的疏水器進(jìn)行了維修。統(tǒng)計(jì)超期服役的疏水器仍有230個(gè)左右，由設(shè)備工程師上報(bào)月度物資采購計(jì)劃，到貨后統(tǒng)一更換。針對(duì)漏汽嚴(yán)重的疏水閥，在物資到貨前，采取將疏水器后手閥限位的方法減少蒸汽損失。

3.2.3 防凍期結(jié)束后及時(shí)停蒸汽伴熱系統(tǒng)

防凍期結(jié)束后仍需要伴熱的工藝管線有碳四燃料氣外送管線、廢堿液去焚燒爐管線、廢堿罐廢堿裝車線、脫丁烷塔儀表伴熱線，除上述管線外，要求在防凍期結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)停止蒸汽伴熱。

經(jīng)過采取上述措施后，防凍期低低壓蒸汽的日均消耗量由190.6 t降低至178.6 t，效果顯著。

4 結(jié)論

通過采取上述節(jié)能措施，該裝置單位產(chǎn)品綜合能耗由上年的294.09 kgce/t產(chǎn)品，降低至269.13 kgce/t產(chǎn)品，能耗明顯降低，下一步將針對(duì)其他能源介質(zhì)進(jìn)行精細(xì)分析，不斷優(yōu)化，提出可行措施。

煤基輕質(zhì)烯烴分離工藝與傳統(tǒng)乙烯工藝類似，但因其原料組分不同，工藝處理及參數(shù)略有差異，在現(xiàn)有運(yùn)行裝置進(jìn)行節(jié)能降耗處理，需要工藝技術(shù)人員從細(xì)微處入手，節(jié)能增效，提高企業(yè)市場競爭力。