焦化管式爐脫苯工藝改進(jìn)措施

蘭會賢

山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司 太原 030006

粗苯的主要組分有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳烴，是煤熱解生成的粗煤氣中的產(chǎn)物之一[1]，也是各焦化企業(yè)回收的主要對象，主要用于深加工制苯、甲苯、二甲苯等產(chǎn)品[2]。我國作為煤炭大國，煤焦化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模龐大，粗苯產(chǎn)量、消費(fèi)量均居世界第一，且每年都保持一定的增勢，因此，從焦?fàn)t煤氣中回收粗苯具有重要意義。

目前焦化企業(yè)的粗苯回收通常采用管式爐加熱富油的脫苯工藝[3]，是將洗苯后的含苯富油經(jīng)管式爐加熱后脫苯。近年來，國家環(huán)保治理力度逐步加大，化工生產(chǎn)安全管控進(jìn)一步嚴(yán)格，管式爐脫苯工藝存在的諸多問題日益突出：管式爐爐膛內(nèi)煤氣燃燒產(chǎn)生大量二氧化硫及氮氧化物等有害物質(zhì)，未經(jīng)凈化造成環(huán)境污染；煤氣消耗量大、加熱熱效率低[4]、大量煤氣被浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)效益差；煤氣的使用，屬明火操作，易造成爆炸事故，同時根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》相關(guān)條例規(guī)定[5]，管式爐與周圍各裝置的距離有嚴(yán)格要求。為了適應(yīng)新形勢下安全、環(huán)保及節(jié)能等方面的要求，需要對現(xiàn)有工藝進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

本文以某年產(chǎn)150萬噸焦化企業(yè)為例，將管式爐改進(jìn)為換熱器，對工藝流程、設(shè)備布置、投資及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較，展示脫苯工藝改進(jìn)后的優(yōu)勢。

1 改進(jìn)前后工藝流程比較

1.1 管式爐脫苯工藝流程

管式爐脫苯工藝流程圖見圖1。

圖1 管式爐脫苯工藝流程圖

洗苯塔底富油經(jīng)富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔頂出來的粗苯汽換熱，將富油預(yù)熱至60℃左右，然后至油油換熱器與脫苯塔底出來的熱貧油換熱，由60℃升到約140℃左右，最后進(jìn)入粗苯管式爐被加熱至180℃左右，進(jìn)入脫苯塔。從脫苯塔頂蒸出的粗苯油水混和汽進(jìn)入粗苯冷凝冷卻器分別被從洗苯塔底來的富油和16℃制冷水冷卻至30℃左右，然后進(jìn)入粗苯油水分離器，分離的粗苯至粗苯回流槽，部分粗苯經(jīng)粗苯回流泵送至脫苯塔頂作回流，其余部分自流入粗苯貯槽。脫苯后的熱貧油從脫苯塔底流出，自流入油油換熱器與富油換熱，使其溫度降至90℃左右后進(jìn)入貧油槽，再由貧油泵加壓送至一、二段貧油冷卻器，分別被循環(huán)水和制冷水冷卻至約30℃，送洗苯塔噴淋洗滌煤氣。

干熄焦所產(chǎn)生的蒸汽減壓至0.5MPa低壓飽和蒸汽，通過粗苯管式爐過熱至400℃左右，作為洗油再生器和脫苯塔的熱源。管式爐所需燃料焦?fàn)t煤氣引自洗苯后的煤氣管道。

1.2 換熱器脫苯工藝流程

為了實(shí)現(xiàn)對富油相同的預(yù)熱效果，選擇兩臺換熱器替代管式爐。

換熱器脫苯工藝流程見圖2。

圖2 換熱器脫苯工藝流程圖

洗苯塔底富油經(jīng)富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔頂出來的粗苯汽換熱，將富油預(yù)熱至60℃左右，然后至油油換熱器與脫苯塔底出來的熱貧油換熱，由60℃升到約140℃左右，最后進(jìn)入富油加熱器，被來自外管網(wǎng)的3.8MPa、450℃的中壓過熱蒸汽加熱到180℃，再送往脫苯塔脫苯；中壓過熱蒸汽經(jīng)過富油加熱器與富油換熱后，冷凝為中壓蒸汽冷凝液，冷凝液經(jīng)過疏水閥后進(jìn)入汽液分離器，在汽液分離器內(nèi)閃蒸，閃蒸分離出的低壓飽和蒸汽并入原低壓蒸汽管網(wǎng)，低壓蒸汽冷凝液利用蒸汽自壓送往干熄焦除氧器。另一部分來自外管網(wǎng)的3.8MPa、450℃的中壓過熱蒸汽經(jīng)過減壓閥減壓至0.6MPa、430℃后，送往原脫苯塔和原洗油再生器作為加熱蒸汽。

1.3 換熱器替代管式爐的工藝流程特點(diǎn)

(1)可實(shí)現(xiàn)對富油的相同預(yù)熱效果。

(2)可充分提高干熄焦蒸汽的節(jié)能利用效率，干熄焦產(chǎn)生的高溫高壓過熱蒸汽通過減溫降壓后，可完全滿足富油換熱、富油再生以及脫苯塔的熱量需求。

(3)可大量減少煤氣燃燒所產(chǎn)生的二氧化硫及氮氧化物等有害物質(zhì)的排放。

(4)操作簡便，避免明火作業(yè)，降低因操作不當(dāng)造成的事故危險。

2 設(shè)備布置比較

現(xiàn)結(jié)合兩種脫苯工藝的流程特點(diǎn)，按照工藝流程順序和同類設(shè)備適當(dāng)集中原則進(jìn)行，提出兩種工藝的設(shè)備布置方案，重點(diǎn)對加熱爐和換熱器的設(shè)備布置進(jìn)行比較。

2.1改進(jìn)前設(shè)備布置

管式爐脫苯工藝設(shè)備布置圖見圖3。

圖3 管式爐脫苯工藝設(shè)備布置圖

洗脫苯工序占地面積3552m2，其中東西寬74m，南北長48m。管式爐加熱設(shè)備有管式爐和煤氣過濾器，其布置滿足管式爐與其它設(shè)備的間距要求。管式爐為明火設(shè)備，其布置距甲類儲罐距離滿足15m的距離要求，滿足《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》GB50160-2008(2018年版)的距離規(guī)定。

2.2 改進(jìn)后設(shè)備布置

換熱器脫苯工藝設(shè)備布置圖見圖4。

圖4 換熱器脫苯工藝設(shè)備布置圖

洗脫苯工序占地面積2976m2，其中東西寬62m，南北長48m?？紤]到富油加熱設(shè)備改進(jìn)為兩臺換熱器，換熱器加熱系統(tǒng)與地下放空槽距離可縮短11.5m，粗苯中間槽和新洗油槽三臺設(shè)備縱向布置，兩臺粗苯輸送泵設(shè)置在新洗油槽與洗苯塔設(shè)備中心連線的中央位置。

2.3 設(shè)備布置圖改進(jìn)分析

通過設(shè)備布置改進(jìn)前后的比較，可以算出工序占地面積可有效減少576m2。改進(jìn)后的設(shè)備布局不僅可以縮小系統(tǒng)所占用的空間，進(jìn)而減少建設(shè)費(fèi)用，還可以加快物料處理效率，減少制品停留時間。合理的設(shè)備布置直接影響了現(xiàn)場生產(chǎn)能力、工作效率和生產(chǎn)成本。

3 改進(jìn)前后投資和運(yùn)行費(fèi)用對比

3.1 改進(jìn)前投資及運(yùn)行費(fèi)用

設(shè)備費(fèi)：200萬

消耗煤氣量：1450m3/h

煤氣年運(yùn)行成本：889.14萬元

低壓飽和蒸汽量：2.7t/h

低壓蒸汽年運(yùn)行成本：236.52萬元

綜合運(yùn)行成本為1125.66萬元

3.2 改進(jìn)后投資及運(yùn)行費(fèi)用

設(shè)備費(fèi)：75×2=150萬元

中壓過熱蒸汽消耗量：11.5t/h

中壓過熱蒸汽年運(yùn)行成本：1208.88萬元

回收蒸汽凝液量：9t/h

年回收成本為197.1萬元

綜合運(yùn)行成本為1011.78萬元

150萬噸焦化項(xiàng)目所配套的管式爐與換熱器脫苯工藝投資及運(yùn)行費(fèi)用對比見表1。

表1 150萬噸焦化配套管式爐與換熱器脫苯工藝投資及運(yùn)行對比表

從表1對比分析可知，換熱器脫苯工藝不僅在設(shè)備投資和建設(shè)投資方面比管式爐脫苯工藝節(jié)約成本，而且在運(yùn)行費(fèi)用和穩(wěn)定性、安全性上顯示出巨大的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

與管式爐脫苯工藝相比較，換熱器脫苯工藝可有效改善原有工藝中廢氣污染大、能耗高、明火操作危險發(fā)生等問題，具有顯著環(huán)保效益以及安全效益，在新形勢下的環(huán)保和安全監(jiān)管下，更具有競爭力和市場適應(yīng)性。改進(jìn)后的設(shè)備布置節(jié)省占地面積約576m2，設(shè)備投資節(jié)約50萬元，年運(yùn)行成本節(jié)約113.88萬元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可為我國焦化粗苯產(chǎn)業(yè)工藝的改進(jìn)和研究提供借鑒。