40萬t/a輕石腦油異構(gòu)化裝置的降耗分析

趙慧敏

（中國石油廣西石化公司，廣西 欽州535000）

某公司40萬t·a-1輕石腦油異構(gòu)化裝置是國內(nèi)首套采用UOP的Penex低溫異構(gòu)化技術(shù)的裝置，采用UOP專利技術(shù)，一次通過式流程，2014年初投產(chǎn)，目前順利完成了2個長周期運行且狀況良好。

1 裝置工藝簡介

1.1 裝置流程

裝置進料來自于石腦油加氫裝置的輕石腦油，經(jīng)過脫戊烷塔塔頂餾出高辛烷值組分(主要是異戊烷及少量正戊烷)后，塔底的重組分(主要是正戊烷以及C6)物料經(jīng)脫硫、干燥后，與經(jīng)過脫硫、干燥的氫氣混合并加熱后進入反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生正戊烷轉(zhuǎn)化為異戊烷的異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進入穩(wěn)定塔進行全回流操作，塔頂干氣（C1、C2、氫氣以及酸性氣）進入堿洗塔脫出酸性氣，然后進入燃料氣管網(wǎng)。穩(wěn)定塔底的物料與脫戊烷塔塔頂?shù)奈锪匣旌虾螅蔀樾镣橹荡笥?5的汽油調(diào)和組分，流程見圖1。

1.2 再生流程

由穩(wěn)定塔底引出一路再生油油品，在自壓作用下進入低壓蒸汽加熱器，用低壓蒸汽將油品加熱到150℃以上，油品氣化后進入電加熱器，將油氣加熱到330℃左右。高溫油氣進入石腦油干燥罐或氫氣干燥罐，利用高溫油氣將干燥劑內(nèi)吸附的水分蒸發(fā)后帶出。攜帶水分的高溫油氣經(jīng)過空冷、水冷冷卻后返回到穩(wěn)定塔塔底低壓段。流程見圖2。

圖2 再生流程示意圖Fig.2 Schematic diagram of the regeneration process

2 裝置能耗分析

一段時間內(nèi)，開工后的綜合能耗接近40kg EO·t-1，裝置的綜合能耗相對較高。裝置的耗能項目主要有循環(huán)水、電能、低壓蒸汽、低低壓蒸汽、中壓蒸汽等。首次開工的數(shù)據(jù)顯示，低低壓蒸汽在實際能耗中的占比達到70%左右，電力在實際消耗中的占比為7.8%，低壓蒸汽占比為17%，中壓蒸汽占比為2.8%，循環(huán)水的占比較低，為0.5%。由于裝置會外送一定量的凝結(jié)水，因此計算結(jié)果為負能耗，實際的綜合能耗要高于計算能耗。從表1數(shù)據(jù)可以看出，降低能耗主要就是降低低低壓蒸汽、低壓蒸汽、中壓蒸汽以及電能的消耗。

表1 裝置主要能耗列表 / kgEO·t-1Table 1 Main Energy Consumption List

3 各項單耗的優(yōu)化措施

3.1 低低壓蒸汽

3.1.1 降低脫戊烷塔塔壓

脫戊烷塔以低低壓蒸汽為熱源。依據(jù)油品沸點隨壓力的降低而降低、揮發(fā)性相對增大的特性，2019年初開始，將脫戊烷塔的操作壓力逐步降低，至2020年檢修結(jié)束重新開工，操作壓力降低了0.044MPa。調(diào)整思路是：塔壓升高后，氣相中的難揮發(fā)組分減少，氣相量降低，反之塔壓降低，氣相增多，氣相量增加。在其他操作條件基本不變的前提下，降低脫戊烷塔的操作壓力，可達到降低物料沸點的目的，進而增加被分離組分的揮發(fā)性。在滿足塔頂產(chǎn)品純度要求的前提下，降低塔壓可減少蒸汽消耗量，節(jié)約能耗。這一操作既避免了脫戊烷塔的塔頂組分出現(xiàn)大的波動，也避免了因反應(yīng)進料組分出現(xiàn)大的變化而導(dǎo)致異戊烷的轉(zhuǎn)化率降低，進而導(dǎo)致異構(gòu)化產(chǎn)品油的辛烷值降低甚至不合格的情況發(fā)生。

3.1.2 效果

降低脫戊烷塔塔壓前，蒸汽與裝置進料的比值基本在0.481左右。降低脫戊烷塔的操作壓力后，蒸汽與進料的比值平均在0.245左右。每t進料消耗的低低壓蒸汽差值為0.236t，按2020年8月裝置的輕石腦油處理量為43041t計算，在產(chǎn)品辛烷值不低于85的情況下，當月實際節(jié)約低低壓蒸汽10157t。

3.2 低壓蒸汽

3.2.1 降低穩(wěn)定塔底的蒸汽用量

穩(wěn)定塔底用低壓蒸汽提供再沸熱量。采取節(jié)能措施前，穩(wěn)定塔底的蒸汽用量為3.0t·h-1。2019年1月開始，逐步降低蒸汽用量，到2020年8月，塔底蒸汽用量最低降至2.0t·h-1左右，由此每月可以節(jié)約低壓蒸汽1440t。降低穩(wěn)定塔底的低壓蒸汽用量，會導(dǎo)致穩(wěn)定塔的回流量降低，穩(wěn)定塔分離不凝氣及酸性氣的能力會下降，有可能導(dǎo)致異構(gòu)化油的蒸氣壓不合格以及穩(wěn)定塔的塔底油攜帶酸性氣，因此蒸汽用量不能無限降低。

3.2.2 降低再生頻次

1）采取節(jié)能措施前，再生頻次按照UOP給定的參考頻次，干燥劑每周需要再生1次。再生蒸汽加熱器以低壓蒸汽為熱源，石腦油干燥罐每次再生需要加熱約14h，蒸汽流量保持在978kg·h-1左右，每次再生需要低壓蒸汽大約13692kg。再生氫氣干燥罐的蒸汽流量約為789kg·h-1，加熱時間約8h，每次再生需要蒸汽約6312kg。2臺干燥罐每月再生共需要低壓蒸汽80016kg左右。

為節(jié)約低壓蒸汽，采取了逐步降低再生頻次進而降低蒸汽消耗的辦法，最低頻次時2周再生1次。降低再生頻次后，每月可節(jié)約低壓蒸汽約40000kg左右。

2）降低再生次數(shù)產(chǎn)生的風險，是干燥罐切入流程的間隔時間拉長，干燥劑的含水量升高，吸附劑吸附水分的能力變差，干燥后的油品以及氫氣的含水量可能會大幅上升甚至超標。當含水量超標的油品和氫氣進入反應(yīng)器后，可能會導(dǎo)致催化劑不可逆的中毒事件發(fā)生。

從圖3、圖4可知，降低低壓蒸汽消耗后，前置干燥罐的水含量并沒有出現(xiàn)大幅上漲甚至超標的情況，水分含量一直維持在較低水平。由于探頭受白天溫度的影響，氫氣干燥罐水分含量的分析結(jié)果偏大，晚上降溫后則恢復(fù)正常。剔除溫度的影響因素后，經(jīng)過前置干燥罐的氫氣，實際水含量在0.05×10-6左右。經(jīng)過前置干燥罐的油品，水含量基本穩(wěn)定在0.003×10-6左右，表明再生頻次的降低，對干燥罐脫除水分的能力基本沒有影響（氫氣干燥罐后氫氣水含量＜1×10-6，進料油干燥后石腦油水含量＜ 0.1×10-6）。

圖3 氫氣干燥器水分儀數(shù)據(jù)變化曲線Fig.3 Data variation curve of water separator for hydrogen dryer

圖4 進料油干燥器水分儀數(shù)據(jù)變化曲線Fig.4 Data variation curve of water separator of oil inlet dryer

3.3 用電量

干燥劑再生需要啟動電加熱器。電加熱器功率為460kW，每次再生負荷約為60%，每次再生電加熱器啟動約10h。降低再生頻次后，每月油品干燥罐及氫氣干燥罐均可以減少2次啟動。綜合計算后，每月可因電加熱器啟動頻次減少而節(jié)電11040kWh。

對裝置的空冷負荷也進行了優(yōu)化。裝置共有空冷16臺,每型空冷各有一半變頻一半定頻。優(yōu)化中，最大限度地使用定頻空冷，再輔以變頻空冷來調(diào)節(jié)冷后溫度，進而減少啟動設(shè)備的數(shù)量。提高冷后溫度后，降低了用電負荷，同時降低了后路加熱器的蒸汽用量。

3.4 循環(huán)水用量

再生頻次降低后，大多數(shù)時間里，再生系統(tǒng)水冷器不需要投用，只在再生系統(tǒng)啟動后再投用。水冷投用后，循環(huán)水用量在35m3·h-1左右，每月水冷再生的投用時間約7h，其余時間停用，由此每月可以節(jié)約循環(huán)水用量22750m3。

4 異構(gòu)化油的組成對比

采取以上節(jié)能降耗措施后，對比表2的2組異構(gòu)化油數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，2020年8月，異構(gòu)化油中的異戊烷較2018年8月有明顯下降，下降幅度平均在18%左右；正戊烷含量增加了6%左右；高辛烷值C6組分在2020年8月(2,2二甲基丁烷、2,3二甲基丁烷)平均增加了3.4%左右。異構(gòu)化油產(chǎn)品的蒸氣壓沒有出現(xiàn)大幅上漲，2組異構(gòu)化油產(chǎn)品的辛烷值（研究法）沒有出現(xiàn)明顯變化。

表2 異構(gòu)化油性質(zhì)對比Table 2 Comparison of the Properties of Isomerized Oil

5 節(jié)能效果

對比表3和表1的數(shù)據(jù)可以看到，優(yōu)化后輕石腦油異構(gòu)化裝置的各項能耗指標均有大幅下降，其中低低壓蒸汽的降幅較大，用電量和低壓蒸汽用量也有較大降幅，綜合能耗及單項能耗的降幅均較為明顯。

表3 能耗數(shù)據(jù)對比表 /kgEO·t-1Table 3 Comparison of energy consumption data