裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)流程節(jié)能改造

續(xù) 康 李世偉

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海 200540)

某石化公司現(xiàn)有兩套裂解汽油加氫裝置，一套為1#裂解汽油加氫裝置，裂解汽油處理能力205.1 kt/a，生產(chǎn)加氫汽油150.5 kt/a；另一套為2#裂解汽油加氫裝置，裂解汽油處理能力300 kt/a，生產(chǎn)加氫汽油205.2 kt/a。兩套裂解汽油加氫裝置由于建設(shè)年代久，存在換熱流程設(shè)置不合理、跨夾點(diǎn)傳熱、熱量回收效果較差、換熱設(shè)備傳熱效率低及設(shè)備老舊等問題[1]，特別是加熱爐數(shù)量多、熱效率低，生產(chǎn)運(yùn)行過程中還存在加熱爐煙氣環(huán)保排放卡邊現(xiàn)象，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來了較大的困擾。目前，兩套裂解汽油加氫裝置已經(jīng)不適應(yīng)國家和公司節(jié)能降耗的要求，運(yùn)行成本高，1#裂解汽油加氫裝置能耗84.12 kg/t(以標(biāo)油計(jì)，下同)，2#裂解汽油加氫裝置能耗75.03 kg/t，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新建裝置能耗(一般45 kg/t)，因此有必要進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造。

1 裂解汽油加氫裝置改造前基本情況

1#裂解汽油加氫裝置原工藝流程主要由前餾系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、硫化氫汽提系統(tǒng)3部分組成。前餾系統(tǒng)作用是脫去C5及以下組分和C9及以上組分，得到C6～C8中間餾分；反應(yīng)系統(tǒng)作用是使烯烴類化合物加氫飽和，同時(shí)脫去氧、硫、氮等雜質(zhì)，得到穩(wěn)定的飽和烴；硫化氫汽提系統(tǒng)作用是脫除加氫汽油中的硫化氫及其他輕組分，得到符合芳烴抽提需要的加氫汽油。二段反應(yīng)器反應(yīng)原料主要是從一段反應(yīng)器(H-DC-101)來的液相產(chǎn)品，然后用泵(H-GA-107A/B/C)加壓到需要的壓力。在二段進(jìn)料預(yù)熱器(H-EA-109)中與二段反應(yīng)器(H-DC-102)流出物換熱到控制溫度，并送到混合噴嘴(H-HG-101)，液體通過噴嘴(H-HG-101)噴入熱的富氫氣流，并且立即汽化和過熱，已汽化的進(jìn)料、補(bǔ)充的氫氣與循環(huán)氣的混合物，則進(jìn)一步在第二段加熱爐(H-BA-101)爐管中加熱到反應(yīng)器入口的溫度，送入二段反應(yīng)器(H-DC-102)，在那里通過催化劑使進(jìn)料中的烯烴加氫飽和，而硫的化合物則轉(zhuǎn)化為烴類和硫化氫。圖1為1#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)改造前的流程。

圖1 1#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)改造前示意

2#裂解汽油加氫裝置原工藝流程主要由前餾系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、硫化氫汽提系統(tǒng)3部分組成。來自一反的物料經(jīng)過泵GA-207輸送與EA-209、二段反應(yīng)器出料換熱后，進(jìn)入混合噴嘴HG-201與氫氣混合霧化，再經(jīng)BA-201A/B/C/D 4臺加熱爐加熱后進(jìn)入DC-202。經(jīng)二段催化劑的作用，物料中的雙烯烴、單烯烴、氧、硫、氮、氯等雜質(zhì)全部進(jìn)行加氫反應(yīng)。反應(yīng)后的物料先后經(jīng)EA-211、EA-209、EA-215、EA-210R進(jìn)行熱量回收，再經(jīng)EA-212進(jìn)行冷卻后進(jìn)入FA-206進(jìn)行氣液分離，分離出來的氫氣大部分與一反出來的氫氣混合后進(jìn)入FA-207。經(jīng)GB-201加壓后，作為二段反應(yīng)器的循環(huán)氫氣，另外一小部分氣體由FIC-236控制，從FA-206罐頂部排放到燃料氣系統(tǒng)。圖2為2#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)改造前流程。

圖2 2#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)改造前流程示意

2 裂解汽油加氫裝置節(jié)能改造技術(shù)方案

2.1 1#裂解汽油加氫裝置

1#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)器進(jìn)出料換熱器換熱能力不足，無法充分回收熱量，使二段加氫反應(yīng)器的進(jìn)料無法達(dá)到反應(yīng)溫度，需由二段反應(yīng)器進(jìn)料加熱爐進(jìn)行加熱。本次改造對二段反應(yīng)器進(jìn)出物料換熱流程進(jìn)行夾點(diǎn)分析[2]，采取優(yōu)化氫氣和原料換熱流程，優(yōu)化進(jìn)料方式、改進(jìn)熱分離系統(tǒng)、整合換熱網(wǎng)絡(luò)等措施，達(dá)到降低單位產(chǎn)品能耗，降低碳排放，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2.1.1 二段反應(yīng)物進(jìn)出增加高效換熱器

本次改造增加一臺二段進(jìn)料預(yù)熱器，對二段反應(yīng)器的進(jìn)料先進(jìn)行預(yù)熱，使物料溫度提升20 K以上，再經(jīng)新型高效進(jìn)出料換熱器充分換熱，停用二段進(jìn)料加熱爐[3]。當(dāng)裝置剛開車時(shí)，反應(yīng)器入口溫度不夠的情況下，采用超高壓蒸汽進(jìn)行加熱。

2.1.2 二段反應(yīng)器出口冷高分改為熱高分

原流程二段加氫反應(yīng)產(chǎn)物的分離流程為冷分離流程，即反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)進(jìn)料換熱后，未經(jīng)分離直接用冷卻水冷卻至45 ℃左右作為硫化氫汽提塔的進(jìn)料。改造后的流程為熱高分流程，即二段反應(yīng)出料經(jīng)閃蒸后，液相不冷卻進(jìn)入硫化氫汽提塔，配套增加二段加氫冷分離罐、二段后冷卻器，改造原氣液分離罐。圖3為1#裂解汽油加氫裝置改造后流程示意。

圖3 1#裂解汽油加氫裝置改造后流程示意

2.2 2#裂解汽油加氫裝置

2#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)產(chǎn)物的換熱流程過于復(fù)雜，存在跨夾點(diǎn)傳熱現(xiàn)象，熱量回收效果較差。一方面，加熱爐燃料消耗高，加熱爐數(shù)量多、熱負(fù)荷小、流程復(fù)雜；另一方面，二段反應(yīng)物出料被循環(huán)水冷卻時(shí)大量熱量浪費(fèi)。本次改造重點(diǎn)是對二段反應(yīng)進(jìn)出物料換熱流程進(jìn)行優(yōu)化，取消加熱爐加熱，降低裝置運(yùn)行成本。

2.2.1 二段反應(yīng)物進(jìn)出增加高效換熱器

拆除原有部分換熱設(shè)備，優(yōu)化換熱流程。來自一段反應(yīng)產(chǎn)物和循環(huán)氫氣混合后先后經(jīng)過二段進(jìn)料預(yù)熱器和二段進(jìn)出料換熱器與加氫出料進(jìn)行換熱[3]，正常生產(chǎn)時(shí)，達(dá)到二段反應(yīng)器DC-202入口所需溫度260 ℃。當(dāng)裝置剛開車時(shí)，采用新增電加熱器滿足反應(yīng)器開車需要。

2.2.2 二段反應(yīng)器出口冷高分改為熱高分

原流程二段加氫反應(yīng)產(chǎn)物的分離流程為冷分離流程，此次新增熱高分設(shè)備。二段反應(yīng)物出料在新增的纏繞式換熱器中與進(jìn)料換熱后，直接進(jìn)入熱高分分離罐進(jìn)行氣液分離，熱高分罐頂氣相經(jīng)反應(yīng)器出口冷凝器冷凝后進(jìn)入原冷高分罐，冷凝液相自流回，無法冷凝的氣相大部分去循環(huán)氫壓縮機(jī)吸入罐。圖4為2#裂解汽油加氫裝置改造后流程示意。

圖4 2#裂解汽油加氫裝置改造后流程示意

2.3 兩套裂解汽油加氫裝置換熱設(shè)備選用比對

此次改造重點(diǎn)對兩套裂解汽油加氫裝置換熱設(shè)備及換熱流程進(jìn)行了改造，新增部分設(shè)備(見表1和表2)。1#、2#汽油加氫裝置的節(jié)能降耗改造充分考慮了能量合理利用，盡可能地優(yōu)化工藝流程，節(jié)約能源，改進(jìn)二段反應(yīng)物換熱流程，停用加熱爐，新增熱高分分離罐。1#汽油加氫裝置二段進(jìn)出料換熱器采用4臺串聯(lián)雙殼程U型換熱管設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)傳熱溫差19 K；2#汽油加氫裝置二段進(jìn)出料換熱器采用纏繞式換熱器設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)傳熱溫差16.5 K，盡可能地利用二段加氫反應(yīng)熱來加熱進(jìn)料，達(dá)到停運(yùn)加熱爐的目的，以節(jié)約能源。

表1 1#裂解汽油加氫裝置新增設(shè)備

表2 2#裂解汽油加氫裝置新增設(shè)備

3 裂解汽油加氫裝置改造前后節(jié)能效益分析

3.1 1#裂解汽油加氫裝置

1#裂解汽油加氫裝置經(jīng)過此次節(jié)能改造，取消二段反應(yīng)器進(jìn)口加熱爐H-BA-101A/B，減少了加熱爐煙氣的排放，大大降低了裝置的環(huán)保排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，拆除原有4臺二段反應(yīng)物料進(jìn)出物料換熱器，盡可能地優(yōu)化二段反應(yīng)器進(jìn)出口工藝流程，利用夾點(diǎn)分析工具，做到熱量合理利用，選用采用4臺串聯(lián)雙殼程U型換熱器，充分利用反應(yīng)熱。1#裂解汽油加氫裝置綜合能耗由原來的84.12 kg/t降至73.15 kg/t，下降10.97 kg/t，下降幅度達(dá)到13.04%，節(jié)能效果明顯。按每年運(yùn)行時(shí)間8 400 h、負(fù)荷100%計(jì)算，每年總體節(jié)約能量1 869 t標(biāo)油。

3.2 2#裂解汽油加氫裝置

2#裂解汽油加氫裝置經(jīng)過此次節(jié)能改造，取消二段反應(yīng)器進(jìn)口加熱爐BA201A/B/C/D，減少了加熱爐煙氣的排放，大大降低了裝置的環(huán)保排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，盡可能地優(yōu)化二段反應(yīng)器進(jìn)出口工藝流程，利用夾點(diǎn)分析工具，做到熱量合理利用，選用高效纏繞式換熱器，充分利用反應(yīng)熱，2#裂解汽油加氫裝置綜合能耗由原來的75.03 kg/t降至58.4 kg/t，下降16.63 kg/t，下降幅度達(dá)到22.16%，節(jié)能效果明顯。按每年運(yùn)行時(shí)間8 400 h、負(fù)荷100%計(jì)算，總體節(jié)約能量4 281 t標(biāo)油。

4 結(jié)論

隨著安全、環(huán)保要求的不斷提高，運(yùn)行時(shí)間較長的裂解汽油加氫裝置要不斷地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，重點(diǎn)從能源消耗出發(fā)對工藝流程優(yōu)化，利用夾點(diǎn)優(yōu)化工具，充分利用二段反應(yīng)器反應(yīng)熱，取消加熱爐，減少燃料氣消耗，有效降低裂解汽油加氫裝置的能源消耗，降低了裝置運(yùn)行成本。

(1)1#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)器進(jìn)出物料換熱流程復(fù)雜，未充分利用反應(yīng)熱，造成熱量損失。改造后取消加熱爐，對工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，綜合能耗下降13.04%，每年總體節(jié)約能量1 869 t 標(biāo)油。

(2)2#裂解汽油加氫裝置加熱爐較多，熱量未充分利用。改造后取消4臺加熱爐，避免加熱爐煙氣排放超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，綜合能耗下降22.16%，每年節(jié)約能量4 281 t標(biāo)油。

(3)1#裂解汽油加氫裝置和2#裂解汽油加氫裝置二段反應(yīng)器進(jìn)出物料分別選用了U型換熱器和纏繞式換熱器，纏繞式換熱器在實(shí)際運(yùn)行中節(jié)能效果更加明顯。

(4)優(yōu)化調(diào)整兩套裂解汽油加氫裝置一段反應(yīng)器反應(yīng)，使其烯烴控制在正常范圍內(nèi)，確保二段反應(yīng)器溫升大于40 K，有效利用反應(yīng)熱，停止使用進(jìn)料預(yù)熱器。