降低混合脫氫裝置芳烴溶劑消耗的可行性措施

田萍萍，白永濤，馬健，鞏文博，賈詩凡，劉星博

（陜西延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司延安石油化工廠輕烴中心，陜西 延安 727406）

300 kt/a丙烷-異丁烷混合脫氫裝置（簡稱“混合脫氫裝置”）采用Oleflex脫氫工藝技術(shù)[1]。通過連續(xù)催化再生脫氫技術(shù)，保證催化劑連續(xù)再生，周期性穩(wěn)定催化劑活性。裝置由原料預(yù)處理單元、Oleflex 反應(yīng)單元、產(chǎn)品回收單元、SHP 加氫單元、催化劑連續(xù)再生（CCR）單元、氧化物脫除、CSP全加氫單元和公用工程系統(tǒng)組成。Oleflex反應(yīng)單元中，3臺(tái)反應(yīng)器在UOP專用脫氫鉑金催化劑條件下，將丙烷和異丁烷裂解、脫除等體積的氫氣，轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品丙烯和異丁烯，從而為下游聚丙烯裝置和MTBE裝置提供原料[2]。脫氫反應(yīng)過程中伴隨有一定的聚合副產(chǎn)物產(chǎn)生，副產(chǎn)物不僅影響產(chǎn)品烯烴純度，此外，物料通過冷箱時(shí)，重組分會(huì)堵塞流經(jīng)的小孔道，造成冷箱換熱效率急劇下降，影響裝置加工負(fù)荷提升，甚至影響裝置安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行。

為去除混合物中的聚合物及芳烴化重產(chǎn)物，采用外購芳烴溶劑循環(huán)洗滌。每年需外購芳烴溶劑1 550 t 左右，加工成本費(fèi)用較大。通過分析芳烴溶劑消耗量影響因素，降低其用量，控制生產(chǎn)成本，為公司贏得可觀的經(jīng)濟(jì)利益。

1 工藝流程

芳烴溶劑主要是C9～C11 芳烴組分。利用相似相溶原理，芳烴溶劑將反應(yīng)器中裂解后副產(chǎn)的聚合環(huán)化芳烴重組分，在進(jìn)入產(chǎn)物壓縮機(jī)前，予以洗滌脫除，保證產(chǎn)物的輕質(zhì)化。主要流程如圖1所示。

圖1 反應(yīng)產(chǎn)物接觸冷卻塔系統(tǒng)流程Fig1Flow chartof reactionproductcontactcoolingtowersystem

芳烴原料罐來的芳烴溶劑通過補(bǔ)充泵增壓至V103，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行冷卻降溫和洗滌。V103塔頂?shù)姆磻?yīng)產(chǎn)物攜帶少部分的芳烴溶劑，經(jīng)過冷卻、降溫后，進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物壓縮機(jī)，再經(jīng)脫氯罐、反應(yīng)產(chǎn)物干燥器吸附飽和；芳烴溶劑油、水及硫化氫等被反應(yīng)產(chǎn)物干燥劑吸附后，經(jīng)一系列再生流程，最終被送至污油系統(tǒng)；而產(chǎn)物進(jìn)入下游的冷箱及分離系統(tǒng)等流程。V103 塔底循環(huán)使用的芳烴溶劑，經(jīng)過空冷、水冷冷卻后，由塔頂循環(huán)泵P103 繼續(xù)增壓至V103 塔頂循環(huán)使用；此外，V103 塔底一小股含有重組分的芳烴溶劑，則送至下游溶劑再生塔單元進(jìn)行提純回收再利用。

芳烴溶劑技術(shù)指標(biāo)要求見表1。

表1 芳烴溶劑技術(shù)指標(biāo)Tab 1 Aromatic solvent specification requirements

2 芳烴溶劑消耗量影響因素

2.1 芳烴溶劑餾程

按照外購芳烴溶劑餾程范圍不同，并結(jié)合國內(nèi)幾套同類裝置使用芳烴溶劑的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)比分析可知，芳烴溶劑組成輕組分越多，芳烴的餾程越大芳烴溶劑消耗量越大；反之，則消耗數(shù)量大大減少。

2.2 溫 度

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，5－8 月（夏季）芳烴溶劑消耗量大于9－4月（冬季），即周圍環(huán)境溫度越高，消耗芳烴溶劑的量越大。

混合脫氫裝置反應(yīng)產(chǎn)物的介質(zhì)溫度高低，主要由3 個(gè)原因引起的：1）環(huán)境溫度的變化影響，如夏天和冬天的區(qū)別；2）反應(yīng)產(chǎn)物本身溫度變化影響，包括低負(fù)荷條件下產(chǎn)物壓縮機(jī)防喘振閥門開度過大，將會(huì)造成介質(zhì)溫度偏高；3）芳烴溶劑循環(huán)冷卻泵、冷卻器換熱效果及進(jìn)出料高效換熱量等的非正常操作，也將會(huì)造成介質(zhì)溫度偏高現(xiàn)象。

2.3 原料組成變化影響

混合脫氫裝置加工負(fù)荷相同，C3及C4比例不同的條件下，混合脫氫裝置進(jìn)料組成中的C3、C4比例明顯有所下降時(shí)，芳烴溶劑的消耗明顯有所升高。這主要是反應(yīng)器中的C4 環(huán)化脫氫更容易，形成副產(chǎn)物重組分芳烴數(shù)量更多；還有反應(yīng)器中2種物質(zhì)的單程轉(zhuǎn)化率C4（設(shè)計(jì)單程轉(zhuǎn)化率C3 為23%，C4 為45%）高于C3，洗滌時(shí)更容易攜帶芳烴溶劑油至下游流程，消耗量將會(huì)增多的緣故。

根據(jù)市場(chǎng)需求，混合脫氫裝置的C3和C4比例在加工過程中，要做出適當(dāng)?shù)谋壤{(diào)整，以此保證裝置的正常生產(chǎn)加工任務(wù)按期完成。其次，平衡區(qū)域C3、C4物料庫存，保障上下游裝置能夠安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行，產(chǎn)出一定數(shù)量的國VI 標(biāo)準(zhǔn)條件的各調(diào)和組分和一定的聚丙烯產(chǎn)品，保障產(chǎn)業(yè)鏈的長期穩(wěn)定供給[3]。

2.4 其 他

混合脫氫裝置芳烴溶劑的消耗量，還受如下幾個(gè)方面的影響：1）反應(yīng)器中脫氫反應(yīng)伴隨有諸多副反應(yīng)的發(fā)生，如果反應(yīng)溫度過高，則副產(chǎn)物的生成較多，重組分形成數(shù)量也相對(duì)較多，消耗芳烴溶劑同樣增加；2）混合脫氫裝置在實(shí)際運(yùn)行過程中，也會(huì)因公用工程、操作誤差及設(shè)備故障等因素，造成裝置平穩(wěn)率降低，系統(tǒng)壓力的較大波動(dòng)，增加芳烴溶劑氣化率的變化，同樣可以造成消耗量的變化；3）芳烴溶劑單元精細(xì)化操作及其回收其數(shù)量和質(zhì)量的變化，也同樣會(huì)造成芳烴溶劑耗量的較大變化。

3 降低芳烴溶劑消耗措施

3.1 優(yōu)選餾程較重的芳烴溶劑

聯(lián)系芳烴供應(yīng)商，要求芳烴溶劑50%以上組分的餾程盡可能偏高，餾程靠近油品中的柴油組分，以降低自身被攜帶量，從而降低芳烴溶劑耗量，進(jìn)而延長產(chǎn)物干燥劑（DRCS）使用壽命，實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。在裝置相同加工負(fù)荷、原料中C3 和C4 組成相同及操作條件不變等條件下，2022年部分月份芳烴溶劑耗量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 芳烴溶劑消耗分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab 2 Statistical of aromatic solvent analysis data

由表2可知，芳烴溶劑餾程溫度偏高一點(diǎn)，消耗數(shù)量相對(duì)較少。

3.2 保證反應(yīng)產(chǎn)物溫度低位運(yùn)行

反應(yīng)產(chǎn)物溫度偏高，芳烴溶劑耗量增大；反之，芳烴溶劑耗量降低。因此，應(yīng)盡量保持反應(yīng)產(chǎn)物低溫度運(yùn)行。除了這2條措施，芳烴溶劑循環(huán)冷卻泵的質(zhì)量流量不能低于140 t/h，若低于此，介質(zhì)在泵殼體內(nèi)機(jī)械能將會(huì)轉(zhuǎn)化為輸送介質(zhì)的內(nèi)能，造成芳烴溶劑自身溫度升高，從而造成芳烴溶劑耗量增加；此外，芳烴溶劑循環(huán)冷卻器換熱效果下降，也會(huì)造成芳烴溫度偏高；裝置操作期間進(jìn)出料高效換熱器的偏流及使用時(shí)間長短，也會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物溫度出現(xiàn)峰值，造成芳烴溶劑耗量增加。

3.3 C3、C4比例不變時(shí)控制合適的反應(yīng)溫度

混合脫氫裝置原料組分越重即C4 含量越高時(shí)，芳烴溶劑消耗量越多；根據(jù)丙烯和異丁烯市場(chǎng)需求，及時(shí)調(diào)整原料中C3、C4組分的比例。當(dāng)原料中C3、C4比例一定時(shí)，控制合適的反應(yīng)器溫度，不僅能夠保證脫氫的轉(zhuǎn)化率，而且可以降低芳烴溶劑耗量。在以上條件下，盡量降低反應(yīng)溫度，減少副產(chǎn)物，這樣可以延長芳烴溶劑的使用壽命，減少新鮮芳烴溶劑的補(bǔ)充量。

根據(jù)混合脫氫裝置C3和C4脫氫的難易程度可知，原料中C4 較多時(shí)，反應(yīng)溫度可以適當(dāng)降低；假如是C3 脫氫（即PDH 裝置）則溫度控制偏高，具體控制指標(biāo)需要參照第1反應(yīng)器的溫降，指標(biāo)為68～74 ℃，以此保證異丁烷單程體積轉(zhuǎn)化率在45%以上，丙烷單程體積轉(zhuǎn)化率在21%以上（除去空速的影響）。

3.4 技術(shù)改造芳烴溶劑再生單元

芳烴溶劑再生塔系統(tǒng)改造如圖2所示。

圖2 芳烴溶劑再生單元的優(yōu)化改造Fig 2 Optimization of aromatic solvent regeneration unit

在汽提抽出的芳烴溶劑水冷卻器后增設(shè)聚結(jié)器（圖中虛杠內(nèi)），將芳烴溶劑中的水分子聚結(jié)分離后，通過水包定期排水，從而提高芳烴溶劑純度及回用比例，進(jìn)一步降低芳烴溶劑消耗量。

3.5 其他措施

按照流程設(shè)計(jì)及其原理闡述，為進(jìn)一步減少芳烴溶劑耗量，還可以從以下幾個(gè)方面上精心操作，保證芳烴溶劑耗量最小化。

1）原料注硫期間，按照下限指標(biāo)控制硫的質(zhì)量濃度在75～80 mg/L，防止芳烴溶劑攜帶硫含量過高，造成再生芳烴溶劑的回收利用率不高；

2）降低反應(yīng)器上部氫氣還原催化劑時(shí)產(chǎn)生的一部分水；卸車時(shí)，保證完全密封性，防止?jié)窨諝膺M(jìn)入芳烴溶劑油中，造成水含量嚴(yán)重超標(biāo)后，外排芳烴溶劑耗量增加。

3）日常和應(yīng)急裝置操作中，必須保證運(yùn)行平穩(wěn)率，防止操作期間突然升降壓，造成攜帶芳烴溶劑數(shù)量的突增；

4）嚴(yán)格控制原料儲(chǔ)罐的介質(zhì)溫度（加熱介質(zhì)選取循環(huán)水，保證溫度在不凝固的前提下最低），保證損失降低至最??；

5）嚴(yán)格把控芳烴溶劑的補(bǔ)充量，保證外排時(shí)的飽和吸收，控制芳烴溶劑水的質(zhì)量濃度≥200 mg/L，芳烴的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤98%，進(jìn)一步降低新鮮外購芳烴溶劑消耗量。

4 效果評(píng)價(jià)

1）直接經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過如上措施，芳烴溶劑節(jié)約量約1～2 t/d，按目前市場(chǎng)價(jià)格8 650 元/t，每年生產(chǎn)333天，則可節(jié)約費(fèi)用288.05～576.09萬元。

2）間接經(jīng)濟(jì)效益。芳烴溶劑不僅在裝置正常生產(chǎn)時(shí)，需要消耗一定的數(shù)量，而且可以通過技術(shù)分析，綜合研判對(duì)其回?zé)捄?，?jīng)濟(jì)效益會(huì)最大化。通過槽車運(yùn)輸至1.4 Mt/a柴油加氫裝置，進(jìn)行脫硫、反應(yīng)及分離等步驟，將其回收煉制為柴油、汽油和液化氣組分，作為調(diào)和汽柴油和供給下游加工流程[3]。同時(shí)，芳烴溶劑數(shù)量的減少，可以降低產(chǎn)物干燥劑的再生頻次，延長了其使用壽命，間接創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3）社會(huì)效益。芳烴溶劑消耗數(shù)量的減少，也就減少了揮發(fā)性有機(jī)物的排放量，對(duì)操作人員及其周圍民眾的身心健康，做出一定的貢獻(xiàn)；同時(shí)，易燃易爆的芳烴溶劑外購數(shù)量的減少，一定程度上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 論

綜上所述，300 kt/a丙烷-異丁烷混合脫氫裝置芳烴溶劑消耗數(shù)量的差異，主要原因及有效降低消耗的措施為：

1）外購選取的芳烴溶劑餾程越重，則消耗芳烴溶劑越少；

2）原料組成當(dāng)中的C3、C4 比例越高，則消耗芳烴溶劑越少，主要是C3 單程轉(zhuǎn)化率低于約1倍的C4脫氫，C4環(huán)化更容易，洗滌時(shí)消耗越多的緣故；

3）反應(yīng)生成的產(chǎn)物溫度越高，或者是設(shè)備運(yùn)行及操作原因造成的溫度偏高，物料攜帶輕組分會(huì)越多，造成芳烴溶劑的消耗數(shù)量較大；

4）溶劑再生系統(tǒng)回收的芳烴溶劑越多，再次利用的數(shù)量越大，凈含量消耗則變少；

5）反應(yīng)系統(tǒng)原料側(cè)注硫的質(zhì)量濃度選取75～80 mg/L 的優(yōu)化控制指標(biāo)（設(shè)計(jì)為75～85 mg/L）、催化劑還原效果含水量的多少和操作的平穩(wěn)率，都將造成芳烴溶劑消耗數(shù)量的差異。

針對(duì)如上原因，根據(jù)季節(jié)溫度、卸車空氣濕度和優(yōu)化各個(gè)步驟等環(huán)節(jié)，為下一步開展單套裝置節(jié)能降耗，降低其芳烴溶劑消耗，進(jìn)一步為企業(yè)創(chuàng)造利潤空間，提供可行性方案?？蔀橥袠I(yè)裝置提供一定的借鑒。