苯乙烯裝置恒沸熱回收與常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合新應(yīng)用

宋滔

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江寧波 315812)

苯乙烯是用苯取代乙烯的一個(gè)氫原子形成的有機(jī)化合物，下游產(chǎn)品廣泛用于家用電器等行業(yè)[1,2]。最重要的用途是作為合成橡膠和塑料的單體，用來生產(chǎn)丁苯橡膠、聚苯乙烯、泡沫聚苯乙烯，也用于與其他單體共聚制造多種不同用途的工程塑料[3]。隨著國(guó)內(nèi)苯乙烯產(chǎn)量和需求量變化，新建苯乙烯裝置也向著大型化、低能耗方向發(fā)展，以提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。其中熱集成和恒沸熱回收技術(shù)在苯乙烯分離流程中得到廣泛應(yīng)用，能有效降低裝置能耗[3,4]。

某公司28 萬噸/年苯乙烯裝置脫氫液分餾精制采用順序分離恒沸熱回收節(jié)能流程，利用乙苯/苯乙烯塔頂換熱器和乙苯共沸蒸發(fā)器共同提供乙苯蒸發(fā)負(fù)荷。為滿足裝置增產(chǎn)需求，實(shí)施技術(shù)改造用一臺(tái)常規(guī)蒸發(fā)器替換乙苯共沸蒸發(fā)器，使乙苯共沸精餾與常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，具有能降低蒸汽過熱爐負(fù)荷、增強(qiáng)乙苯蒸發(fā)負(fù)荷調(diào)整優(yōu)化靈活性和裝置運(yùn)行可靠性的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出生產(chǎn)優(yōu)化建議，保障裝置安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。

1 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述

1.1 乙苯恒沸熱回收技術(shù)流程簡(jiǎn)介

原料乙苯和凝液進(jìn)入乙苯/蒸汽分離器V-304 后進(jìn)行油水分離，油相和水相經(jīng)過泵輸，一部分進(jìn)入乙苯共沸蒸發(fā)器E-304，一部分進(jìn)入乙苯/苯乙烯塔頂換熱器E-407A/B 回收熱量。乙苯和水的共沸物返回至乙苯/蒸汽分離器分液后，進(jìn)入過熱器E-301 殼層，被脫氫反應(yīng)產(chǎn)物加熱，與蒸汽過熱爐來的0.25 MPa 主蒸汽混合共同進(jìn)入反應(yīng)器R-301，發(fā)生脫氫反應(yīng)。乙苯共沸換熱器內(nèi)設(shè)有特殊結(jié)構(gòu)，使水和乙苯在換熱器管層內(nèi)按比例均勻混合，保證共沸效果。

1.2 乙苯恒沸熱回收與常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用流程簡(jiǎn)介

新技術(shù)應(yīng)用工藝流程上最大的變化在于利用一臺(tái)常規(guī)蒸發(fā)器E-315 替換了原設(shè)計(jì)的乙苯共沸蒸發(fā)換熱器E-304。乙苯分兩路進(jìn)入常規(guī)蒸發(fā)器E-315 殼層底部，與三路0.35 MPa 蒸汽混合后被管層蒸汽加熱蒸發(fā)，與來自乙苯/苯乙烯塔頂換熱器E-407A/B 共沸所得的乙苯/蒸汽混合，共同進(jìn)入過熱器E-301殼層，被脫氫反應(yīng)產(chǎn)物加熱后與來自蒸汽過熱爐的0.25 MPa主蒸汽混合共同進(jìn)入反應(yīng)器R-301，發(fā)生脫氫反應(yīng)。乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程如圖1 所示。

圖1 乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖

2 技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

2.1 降低蒸汽過熱爐負(fù)荷

原乙苯蒸發(fā)采用乙苯恒沸熱回收技術(shù)，蒸發(fā)熱負(fù)荷由乙苯/苯乙烯塔頂換熱器E-407A/B 和乙苯共沸蒸發(fā)器E-304 共同提供，采用的是水和乙苯的共沸物蒸發(fā)，設(shè)計(jì)水比為0.5（wt），設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度為90.8℃。經(jīng)過技術(shù)改造取消原乙苯共沸蒸發(fā)器E-304，增加一臺(tái)常規(guī)蒸發(fā)器E-315，利用0.35 MPa 配汽和加熱蒸汽提供蒸發(fā)熱量，設(shè)計(jì)配汽/乙苯比為0.26（wt），設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度為98.0℃，利用乙苯恒沸熱回收和常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用，達(dá)到降低水比、提高蒸發(fā)溫度的目的，經(jīng)過過熱器E-301換熱的冷量減少、溫度提高，從而使E-301 殼程出口溫度提高，在保持進(jìn)料負(fù)荷和反應(yīng)器入口溫度不變的情況下，加熱爐出口溫度得以降低，燃料氣消耗減少，從而降低了蒸汽過熱爐F-301負(fù)荷，經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐證明，新技術(shù)的應(yīng)用，在負(fù)荷提升10%的工況下，乙苯/蒸汽經(jīng)過E-301 換熱后溫度可提升約10℃，消除了高負(fù)荷運(yùn)行工況下加熱爐出口溫度解決聯(lián)鎖值的生產(chǎn)瓶頸。乙苯共沸蒸發(fā)和常規(guī)蒸發(fā)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

表1 乙苯共沸蒸發(fā)和常規(guī)蒸發(fā)參數(shù)

2.2 增強(qiáng)乙苯蒸發(fā)負(fù)荷匹配調(diào)整優(yōu)化的靈活性

共沸蒸發(fā)利用的是低耗能的凝液和乙苯產(chǎn)生共沸物，且能回收乙苯/苯乙烯塔頂熱量、提高回流溫度，降低該塔塔頂冷凝系統(tǒng)循環(huán)水消耗和塔釜加熱蒸汽消耗，降耗上優(yōu)勢(shì)大。常規(guī)蒸發(fā)水比低、蒸發(fā)溫度高、蒸發(fā)負(fù)荷變化快，運(yùn)行過程中受精餾單元干擾影響小，運(yùn)行更穩(wěn)定。

由表2 可得出，恒沸熱回收與常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，可滿足不同工況下負(fù)荷的優(yōu)化調(diào)整。開工初期正壓工況，僅E-315 常規(guī)蒸發(fā)即可滿足50%負(fù)荷需求，正常生產(chǎn)過程中，60%負(fù)荷以下E-407AB 共沸蒸發(fā)即可滿足需求。60%負(fù)荷以上乙苯共沸和常規(guī)蒸發(fā)可在最大負(fù)荷以下靈活匹配調(diào)整。

表2 不同工況下乙苯共沸與常規(guī)蒸發(fā)負(fù)荷匹配

由表3 可看出，在同等乙苯總進(jìn)料不變的前提下，提高乙苯共沸蒸發(fā)負(fù)荷，E-315 加熱蒸汽和配汽量減少近2.95 t/h，在低負(fù)荷工況時(shí)，盡量提高恒沸熱回收乙苯蒸發(fā)負(fù)荷，充分回收乙苯/苯乙烯塔頂熱量，同時(shí)也減少常規(guī)蒸發(fā)器0.35 MPa配汽和加熱蒸汽消耗，降低裝置綜合能耗。

表3 乙苯共沸和常規(guī)蒸發(fā)負(fù)荷調(diào)整參數(shù)表

但負(fù)荷進(jìn)一步提升或催化劑運(yùn)行至末期，F(xiàn)301 加熱爐負(fù)荷受限，可適當(dāng)降低乙苯共沸負(fù)荷，提高E-315 蒸發(fā)負(fù)荷，從而降低乙苯蒸發(fā)水比，提高過熱器殼程出口溫度，降低蒸汽過熱爐出口溫度，提高產(chǎn)能。該技術(shù)的應(yīng)用，可充分發(fā)揮乙苯共沸和常規(guī)蒸發(fā)的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)了裝置乙苯蒸發(fā)負(fù)荷匹配調(diào)整優(yōu)化的靈活性。

2.3 提高特殊工況下裝置運(yùn)行可靠

水和乙苯形成共沸蒸發(fā)受系統(tǒng)壓力影響很大，當(dāng)出現(xiàn)脫氫系統(tǒng)正壓、乙苯/初次水泵故障跳停等工況導(dǎo)致共沸蒸發(fā)失效，由于脫氫反應(yīng)屬于強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)料中斷，很容易導(dǎo)致反應(yīng)器入口溫度快速上漲觸發(fā)裝置聯(lián)鎖停工，造成更多的經(jīng)濟(jì)效益損失。采用乙苯共沸精餾和常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)相結(jié)合，即便共沸蒸發(fā)失效，常規(guī)蒸發(fā)依據(jù)可以補(bǔ)償近70%的蒸發(fā)負(fù)荷，能很大程度上提高特殊工況下裝置運(yùn)行的可靠性。

3 生產(chǎn)運(yùn)行優(yōu)化建議

3.1 存在的問題及原因分析

2020 年6 月，常規(guī)蒸發(fā)器E-315 出現(xiàn)了加熱蒸汽增加、蒸發(fā)溫度反而降低、液位波動(dòng)大的異常情況，限制了常規(guī)蒸發(fā)負(fù)荷的進(jìn)一步提升。分析原因?yàn)閾Q熱器底部的三路0.35 MPa蒸汽長(zhǎng)期沖刷管束造成泄漏，蒸汽凝液漏入殼層，形成了水和乙苯的共沸物，導(dǎo)致該系統(tǒng)波動(dòng)。

在第二運(yùn)行周期過程中，乙苯/苯乙烯塔頂乙苯共沸換熱器E-407AB 也出現(xiàn)了泄漏的情況[5]，主要原因?yàn)橐合嗟囊冶胶退账敓崃亢?，在管層形成共沸物，尤其是在管層上部封頭空間變大，氣液兩相轉(zhuǎn)變加劇，導(dǎo)致?lián)Q熱器管束腐蝕泄漏[6]。凝液漏入乙苯/苯乙烯塔負(fù)壓系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成塔操作紊亂被迫停工。

3.2 優(yōu)化建議

（1）利用大檢修機(jī)會(huì)，更換了常規(guī)蒸發(fā)器E-315，并對(duì)底部?jī)膳艙Q熱管束進(jìn)行預(yù)防性堵漏，在換熱器底部導(dǎo)軌側(cè)面開孔分散0.35 MPa 配汽，減緩蒸汽對(duì)管束的沖刷腐蝕。

（2）E-315 蒸汽/乙苯的設(shè)計(jì)配比為0.26（wt），結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將配氣比最低降至0.21（wt），配汽減少的同時(shí)，蒸發(fā)溫度由97℃提高至104℃，利于節(jié)能降耗。

（3）當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)E-407 出現(xiàn)泄露時(shí)，可采取一臺(tái)換熱器保持共沸蒸發(fā)，一臺(tái)換熱器乙苯單相取熱，該手段可維持60%左右的乙苯蒸發(fā)負(fù)荷，剩余需求利用常規(guī)蒸發(fā)E-315補(bǔ)償。

（4）乙苯共沸蒸發(fā)受乙苯/苯乙烯塔和脫氫系統(tǒng)壓力影響較大，且脫氫和精餾單元波動(dòng)相互干擾形成惡性循環(huán)，因此保持系統(tǒng)壓力穩(wěn)定是共沸蒸發(fā)穩(wěn)定的重要條件，在滿足共沸蒸發(fā)負(fù)荷的前提下，對(duì)乙苯/苯乙烯塔實(shí)施降壓優(yōu)化，降低裝置綜合能耗。

4 結(jié)論

（1）乙苯常規(guī)蒸發(fā)較共沸蒸發(fā)設(shè)計(jì)水比降低0.24（wt），蒸發(fā)溫度提高7.2℃，兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用經(jīng)實(shí)踐證明，在裝置負(fù)荷提升10%的情況下，過熱器E-301 換熱后殼層出口溫度提高約10℃，降低了加熱爐負(fù)荷。

（2）60%負(fù)荷下僅共沸蒸發(fā)即可滿足生產(chǎn)需求，60%負(fù)荷以上共沸和常規(guī)蒸發(fā)可結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行靈活調(diào)整優(yōu)化，以達(dá)到最佳節(jié)能工況。

（3）恒沸熱回收與常規(guī)蒸發(fā)技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，極大程度上提高了共沸失效異常工況下裝置運(yùn)行的可靠性。

（4）針對(duì)乙苯蒸發(fā)換熱器出現(xiàn)泄漏影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行問題，提出了對(duì)換熱管束預(yù)防性堵漏、降低配氣比和精餾塔壓等優(yōu)化建議。