催化裂化裝置飽和吸收油進(jìn)解析塔流程優(yōu)化改造

王東華 孫浩 王峰 于兆峰

（1.大慶煉化公司煉油生產(chǎn)二部；2.大港石化公司第三聯(lián)合車間）

大慶煉化公司180×104t/a ARGG裝置，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)的任務(wù)是分離汽油、液態(tài)烴和干氣[1]。該系統(tǒng)采用四塔流程，主要包括吸收塔、解吸塔、再吸收塔、穩(wěn)定塔。壓縮富氣自凝縮油罐進(jìn)入吸收塔自下而上逆流與粗汽油和補(bǔ)充吸收劑（穩(wěn)定汽油）逆向接觸，氣體中的C3及C3以上的更重組分大部分被吸收，剩下含有少量吸收劑的氣體（貧氣）再去吸收塔，與從分餾部分來的貧吸收油（輕柴油）逆流接觸，以脫除氣體中夾帶的輕汽油組份，經(jīng)吸收后的氣體（干氣）送至脫硫裝置，富吸收油則返回分餾塔[2-3]。為了取走吸收時放出的熱量，在吸收塔抽出四個中段回流進(jìn)行循環(huán)冷卻。吸收塔底的飽和吸收油（48℃）經(jīng)泵加壓后與壓縮富氣、解吸氣一道經(jīng)循環(huán)水冷卻至40℃后進(jìn)入凝縮油罐，在凝縮油罐中平衡汽化后，氣相進(jìn)入吸收塔，液相（凝縮油）由泵抽出，一部分與穩(wěn)定汽油換熱至55℃后，作為熱進(jìn)料進(jìn)入解吸塔頂部37層塔盤，另一部分不經(jīng)換熱直接作為冷進(jìn)料進(jìn)入解吸塔頂部40層塔盤[4]。解吸塔底部熱源由分餾中段回流作為熱載體提供熱量，以脫除凝縮油中的C2組份，解吸塔底抽出的脫乙烷汽油送至汽油穩(wěn)定系統(tǒng)，穩(wěn)定塔頂液態(tài)烴冷卻后送至脫硫裝置，塔底穩(wěn)定汽油送至汽油加氫裝置[5]。改造前吸收穩(wěn)定原則流程見圖1。但是吸收塔底的飽和吸收油在進(jìn)入解吸塔前存在先冷卻、再加熱，屬于典型的熱量浪費(fèi)。可以對吸收塔底飽和吸收油流程進(jìn)行優(yōu)化改造，回收這部分余熱，同時減少循環(huán)水消耗，達(dá)到降低裝置能耗的目的。

圖1 改造前吸收穩(wěn)定原則流程Fig.1 The absorption stability principle before transformation

1 工藝流程優(yōu)化方案

1.1 建立模型

根據(jù)180×104t/a ARGG裝置操作數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)用Aspen Hysys軟件平臺，選用Peng-Robinson物性包，按照分餾-吸收-穩(wěn)定流程建立模型，其中吸收穩(wěn)定系統(tǒng)四個塔均使用理論板模擬，其模擬精度對比見表1。吸收塔溫度分布見圖2，解析塔溫度分布見圖3。

圖2 吸收塔溫度分布Fig.2 The temperature distribution of absorption tower

圖3 解吸塔溫度分布Fig.3 The temperature distribution of desorption tower

表1 模擬精度對比Tab.1 Comparison of simulation accuracy

通過Aspen Hysys軟件模擬，由表1計算結(jié)果可以看到，模型結(jié)果與實(shí)際值吻合，關(guān)鍵指標(biāo)平均誤差僅為1.39%。由此可以判斷，該模型與裝置相匹配。因此，可以在此基礎(chǔ)上對180×104t/a ARGG裝置吸收穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行流程優(yōu)化改造[6]。

1.2 飽和吸收油流程優(yōu)化改造

針對吸收穩(wěn)定系統(tǒng)現(xiàn)有流程，在不改變原有的換熱網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在吸收塔底油泵出口至解吸塔熱進(jìn)料控制閥后增加跨線，使吸收塔底的飽和吸收油（全部或部分）不經(jīng)過冷卻，預(yù)熱后直接作為熱進(jìn)料進(jìn)入解吸塔頂，凝縮油罐中的凝縮油全部由冷進(jìn)料管線進(jìn)入解吸塔頂（40層塔盤），改造后原則流程見圖4。除了保持原有的換熱網(wǎng)絡(luò)外，還需保持產(chǎn)品分布基本不變，以及重要產(chǎn)品指標(biāo)不降低，即改造后的干氣中丙烯摩爾分?jǐn)?shù)要小于等于原流程，液化石油氣中C2組分和C5以上組分要滿足控制指標(biāo)要求[7-8]。因此，在改造后的流程中，會有部分操作參數(shù)因保持產(chǎn)品分布和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)而適當(dāng)調(diào)整，同時也可反應(yīng)出改造后吸收-穩(wěn)定系統(tǒng)總能耗的變化。產(chǎn)品分布及關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)對比見表2。

圖4 改造后原則流程Fig.4 The principle flow after transformation

表2 產(chǎn)品分布及關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)對比Tab.2 Comparison of product distribution and key quality indicators

吸收塔底飽和吸收油流程優(yōu)化改造后，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品分布與改造前對比，沒有發(fā)生明顯變化，操作參數(shù)中除進(jìn)入吸收塔富氣量、凝縮油量和解吸氣量外，其它操作參數(shù)與改造前對比基本一致[9-10]，部分操作參數(shù)對比見表3。進(jìn)入吸收塔富氣量比改造前增加6 428 Nm3/h，提高了約20%，凝縮油泵出口流量比改造前減少247 t/h，解吸氣量比改造前約減少2 400 Nm3/h。富氣量的增加主要是因?yàn)槲账罪柡臀沼臀丛诶鋮s器中與富氣接觸，而直接進(jìn)入解吸塔，導(dǎo)致部分應(yīng)被吸收的富氣未被吸收，但是吸收塔四個中段冷卻器總負(fù)荷增加0.24 MW。同時吸收塔底油流量也隨之增加，而吸收塔底油直接進(jìn)入解吸塔，降低富氣冷卻器負(fù)荷2.55 MW，解吸塔底重沸器負(fù)荷0.25 MW，凝縮油泵負(fù)荷0.12 MW，且吸收塔進(jìn)料基本不用穩(wěn)定汽油進(jìn)行預(yù)熱，解吸塔進(jìn)料預(yù)熱節(jié)約的1.95 MW熱量約有1.11 MW熱量用于給除穩(wěn)定汽油-除鹽水換熱器中的除鹽水加熱，除鹽水升溫后至余熱鍋爐產(chǎn)汽，剩余未被回收的0.84 MW熱量，被穩(wěn)定汽油空冷和補(bǔ)充吸收劑冷卻器取走，增加補(bǔ)充吸收劑冷卻負(fù)荷0.66 MW，裝置綜合能耗明顯降低，節(jié)約總能量為3.99 MW。飽和吸收油流程優(yōu)化改造后，從能量回收的角度考慮是必要的[11]，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)能耗分布對比見表4。

表3 部分操作參數(shù)對比Tab.3 Comparison of part operation parameters

表4 吸收穩(wěn)定系統(tǒng)能耗分布對比Tab.4 Comparison of energy consumption distribution of absorption and stabilization system MW

2 效益分析

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)飽和吸收油流程優(yōu)化改造后，主要在三個方面實(shí)現(xiàn)降低能耗，冷負(fù)荷降低1.66 MW、熱負(fù)荷降低1.36 MW、電耗降低0.11 MW，其中冷負(fù)荷對應(yīng)循環(huán)水消耗（按照溫差7℃計算），主要熱負(fù)荷可經(jīng)過能量回收后進(jìn)入余熱鍋爐轉(zhuǎn)化為1.0 MPa蒸汽，按照2020年當(dāng)月能耗參考單價計算，節(jié)約466.4元/h，創(chuàng)效408.5萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益見表5。

表5 經(jīng)濟(jì)效益Tab.5 Economic benefits table

3 注意事項(xiàng)

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)飽和吸收油流程優(yōu)化改造后，因飽和吸收油未在冷卻器中與富氣接觸，而直接進(jìn)入解吸塔，導(dǎo)致部分應(yīng)被吸收的富氣未被吸收下來，存在熱量轉(zhuǎn)移的問題。因此，改造后在操作上還應(yīng)注意以下幾方面的問題:

1）穩(wěn)定汽油空冷EC-10302冷負(fù)荷和E-10309冷負(fù)荷增加較多，已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，下次檢修時應(yīng)考慮部分設(shè)備改造，確保其負(fù)荷能夠滿足生產(chǎn)需求。

2）改造后由于凝縮油流量大幅減少，對于當(dāng)前的凝縮油泵已嚴(yán)重偏離生產(chǎn)運(yùn)行工況，因此需要更換凝縮油泵或采取減少吸收塔底油進(jìn)入解吸塔的操作方案。

3）收塔底油流量相對增多，同時解吸塔壓力較高，吸收塔底油泵存在超負(fù)荷運(yùn)行，應(yīng)在下次檢修時考慮吸收塔底油泵改型，確保吸收塔底油泵規(guī)格滿足生產(chǎn)要求。

4）吸收塔底油全部進(jìn)入解吸塔時，富氣冷后溫度會大幅度降低，為保持富氣溫度不變，循環(huán)水用量會減少，此時應(yīng)注意氣壓機(jī)出口冷卻器循環(huán)水流速不能低于0.9 m/s，以滿足防腐導(dǎo)則中對循環(huán)水流速的規(guī)定，如流速不能滿足防腐要求，可切除一臺冷卻器。

4 結(jié)論

通過對吸收穩(wěn)定系統(tǒng)飽和吸收油流程優(yōu)化改造，可達(dá)到降低催化裂化裝置綜合能耗的目的。飽和吸收油全部或部分直接進(jìn)入解吸塔后，可以實(shí)現(xiàn)低溫位熱量的有效利用，降低解吸塔底重沸器熱量需求。同時，因飽和吸收油不需要冷卻，氣壓機(jī)出口冷卻器循環(huán)水用量也隨之大幅度降低。另外，凝縮油量的減少可以降低凝縮油泵電耗。綜上所述，流程優(yōu)化改造后，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)主要在冷負(fù)荷、熱負(fù)荷、電能三個方面實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗，分別節(jié)省能耗1.66 MW、1.36 MW、0.11 MW，年創(chuàng)效益408.5萬元。