重整聯(lián)合裝置用能分析及節(jié)能優(yōu)化措施

徐 明

(洛陽(yáng)宏興新能化工有限公司 , 河南 洛陽(yáng) 471000)

0 前言

目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的重整裝置有上百套之多,主要以UOP和IFP工藝為主。由于工況的差異和各裝置管理水平的不同,裝置運(yùn)行能耗有所差別。本裝置屬于重整聯(lián)合裝置,包括預(yù)加氫、抽提蒸餾和輕石腦油異構(gòu)化,裝置流程較長(zhǎng)。本文著重介紹裝置的用能情況,已實(shí)施的節(jié)能優(yōu)化措施和節(jié)能計(jì)劃,旨在降低裝置的運(yùn)行成本。裝置是洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司設(shè)計(jì)的100萬(wàn)t/a連續(xù)重整裝置,以外購(gòu)石腦油和加氫裂化重石腦油為原料,生產(chǎn)苯、甲苯、二甲苯和高辛烷值汽油組分。由預(yù)加氫部分、重整部分、再生部分、后分餾部分、芳烴抽提部分、芳烴精餾部分、異構(gòu)化部分、公用工程和熱工部分組成,布置于同一界區(qū)內(nèi),并組成聯(lián)合裝置。其中異構(gòu)化部分以各單元C5、C6輕烴為原料,采用石油化工科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的固體超強(qiáng)酸C5、C6烷烴異構(gòu)化技術(shù),提高產(chǎn)品的辛烷值。

1 裝置運(yùn)行情況

裝置自2020年4月開(kāi)工至今,累計(jì)運(yùn)行27個(gè)月,裝置綜合能耗由開(kāi)工初期的最高130 kgEO/t左右,降低到目前最低101.7 kgEO/t,由于預(yù)加氫、抽提蒸餾和異構(gòu)化在同一界區(qū)內(nèi),能耗數(shù)據(jù)涵蓋以上這三部分。裝置設(shè)計(jì)負(fù)荷125 t/h(以重整進(jìn)料量計(jì)),運(yùn)行最高負(fù)荷為100 t/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷的80%),最低負(fù)荷為50 t/h(設(shè)計(jì)負(fù)荷的40%),2022年平均負(fù)荷維持在62%左右。由于運(yùn)行負(fù)荷低,裝置需要應(yīng)對(duì)重整氫氣增壓機(jī)防喘振閥開(kāi)度較大、流量控閥卡量嚴(yán)重等能源浪費(fèi)的情況,還需應(yīng)對(duì)由于原料組分頻繁的變化對(duì)操作的影響。這些客觀因素不利于裝置的平穩(wěn)運(yùn)行,增加了操作難度,對(duì)降低裝置能耗也不利。

2 裝置能耗分析

2022年7月重整聯(lián)合裝置處理量61 557 t,綜合能耗為103 kgEO/t,具體能耗分布見(jiàn)表1。

表1 2022年7月重整裝置能耗表

3 裝置節(jié)能優(yōu)化措施

3.1 工藝節(jié)能

3.1.1優(yōu)化各塔回流比

本裝置共有各類(lèi)塔設(shè)備18臺(tái),其中12臺(tái)分餾塔,2臺(tái)精餾塔,耗能占比大。在保證塔頂、塔底產(chǎn)品合格的前提下,逐步優(yōu)化各塔回流比,使之更高效、更節(jié)能地運(yùn)行,并固化出不同負(fù)荷下的最優(yōu)回流量。3.5 MPa蒸汽單耗由200 kg/t降到150 kg/t左右,1.0 MPa蒸汽單耗由250 kg/t降到170 kg/t左右。以重整汽油穩(wěn)定塔為例,不同負(fù)荷下各塔最優(yōu)回流量見(jiàn)表2。

表2 不同負(fù)荷下穩(wěn)定塔最優(yōu)回流量

3.1.2工藝流程技術(shù)改造

3.1.2.1精餾單元流程優(yōu)化改造

來(lái)自抽提蒸餾部分的混合芳烴進(jìn)入混合芳烴罐(D510),經(jīng)白土塔進(jìn)料泵P514加壓后經(jīng)過(guò)白土塔進(jìn)出料換熱器殼程(E514)、白土塔加熱器(E515)加熱后經(jīng)過(guò)白土塔(D508AB)、E514后,送至苯塔(C601),分離出苯和甲苯;苯塔底的甲苯進(jìn)入甲苯塔C602,分離出甲苯和重芳烴。由于加工方案的調(diào)整,公司不生產(chǎn)國(guó)標(biāo)要求的甲苯,但原設(shè)計(jì)并沒(méi)有跨過(guò)甲苯塔流程。通過(guò)核算,對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行技術(shù)改造:抽提混芳直供料(不進(jìn)混芳罐),停用白土塔,增加甲苯塔跨線,將白土塔進(jìn)出料換熱器殼程改造為苯塔進(jìn)出料換熱器。通過(guò)改造,實(shí)現(xiàn)了停用甲苯塔,并回收苯塔塔底熱量。通過(guò)技術(shù)改造停用3臺(tái)泵,節(jié)約用電56.4 kW·h ;停用2臺(tái)蒸汽加熱器,節(jié)約3.5 MPa蒸汽0.5 t/h,1.0 MPa蒸汽1 t/h;停用2臺(tái)空冷器,節(jié)約電量30 kW·h。并實(shí)現(xiàn)了苯塔塔底物料可直接外送罐區(qū)。改造流程見(jiàn)圖1。

圖1 技術(shù)改造流程示意圖(虛線部分為改造流程)

3.1.2.2異構(gòu)化脫異戊烷塔C901增加跨線

根據(jù)目前加工方案,C901處于停用狀態(tài),石腦油進(jìn)C901后經(jīng)塔底泵(P902)送至后續(xù)流程。C901僅相當(dāng)于一個(gè)緩沖罐,不僅增加能耗(需要開(kāi)P902),增加控制點(diǎn)(塔壓、塔液位),夏季氣溫較高時(shí)由于組分輕,塔頂放空量大,給低壓火炬系統(tǒng)也帶來(lái)壓力。通過(guò)技術(shù)改造,增加C901跨線,停用P902,節(jié)約電量9.4 kW·h。

3.1.2.3異構(gòu)化抽余油切割塔(C902)進(jìn)料流程優(yōu)化

原設(shè)計(jì)流程中,抽提單元抽余油進(jìn)異構(gòu)化進(jìn)料緩沖罐(D905),經(jīng)進(jìn)料泵(P907)泵送至C902。后通過(guò)技術(shù)改造,增加D905跨線,實(shí)現(xiàn)C902直供料,停用P907的同時(shí),取消了D905的切水作業(yè),節(jié)能的同時(shí),降低了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作量。

3.1.3物料輸送方式優(yōu)化

利用工藝流程前后系統(tǒng)的壓力差,將物料的輸送方式由泵送改為壓送,此時(shí)物料流量高低取決于壓差的大小和管徑。通過(guò)核算,從安全性和可靠性考慮,共有8臺(tái)泵具備停用條件,見(jiàn)表3。

表3 停用泵運(yùn)行參數(shù)表(重整進(jìn)料量90 t/h)

停運(yùn)以上離心泵后,壓送流量穩(wěn)定,裝置運(yùn)行平穩(wěn),8臺(tái)離心泵每小時(shí)合計(jì)節(jié)約電量125 kW·h。但隨著負(fù)荷的提高,由于管徑的限制,可能會(huì)存在流量不足的情況,所以需要密切關(guān)注流程前后壓差和流量的變化,對(duì)于操作的要求更高。

3.2 設(shè)備節(jié)能

3.2.1加熱爐節(jié)能

公司燃料氣由重整干氣、PSA解吸氣和低壓瓦斯脫硫組成,氫氣含量高,硫含量低,組分輕,碳排放量低,煙氣中SO2含量遠(yuǎn)低于國(guó)家允許排放值。通過(guò)降低空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度,提高進(jìn)爐空氣溫度,以提高加熱爐熱效率。由于煙氣中SO2含量低,預(yù)熱器發(fā)生露點(diǎn)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)也得到控制。圓筒爐運(yùn)行情況如下:排煙溫度115.7 ℃,NOx含量48.43×10-6,SO2含量7.4 mg/Nm3,顆粒物4.067 mg/Nm3,各爐參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 圓筒爐運(yùn)行參數(shù)表(2022年8月)

經(jīng)核算,4個(gè)圓筒爐的平均熱效率達(dá)92.84%,公司于2021年11月委托第三方進(jìn)行加熱爐熱效率標(biāo)定,結(jié)果為92.78%,核算和標(biāo)定結(jié)果基本相符,高于設(shè)計(jì)熱效率92%。

3.2.2離心泵葉輪切割

由于離心泵在設(shè)計(jì)選型時(shí)通常會(huì)存在加大和重復(fù)選型系數(shù)現(xiàn)象,致使離心泵存在負(fù)載低,經(jīng)常使泵長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行狀態(tài),泵的高效工作區(qū)較窄,輕載后往往處于低效率工作區(qū),這就造成了泵系統(tǒng)工作效率低,浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。在對(duì)離心泵這類(lèi)二次方負(fù)載進(jìn)行節(jié)能再制造時(shí),對(duì)離心泵葉輪切削滿(mǎn)足正常需要,同時(shí)根據(jù)切削后泵軸功率調(diào)整電機(jī)的設(shè)計(jì),使電動(dòng)機(jī)與泵功率合理匹配,提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的目的。通過(guò)核算,對(duì)抽提貧溶劑泵進(jìn)行葉輪切割改造,節(jié)電24.8 kW·h,效果明顯,見(jiàn)表5。

表5 P505B切割葉輪前后對(duì)比表

3.2.3設(shè)備檢修節(jié)能

預(yù)加氫脫氧塔進(jìn)出料換熱器由于原料雜質(zhì)含量高而結(jié)垢,嚴(yán)重影響換熱器換熱效果。2022年4月脫氧塔系統(tǒng)停工,對(duì)換熱器進(jìn)行檢修清洗,檢修前后換熱器運(yùn)行情況見(jiàn)表6。

表6 換熱器檢修前后運(yùn)行參數(shù)

通過(guò)檢修,換熱器的換熱效果明顯好轉(zhuǎn),脫氧塔的運(yùn)行能耗下降;同時(shí)由于塔底溫度的升高,脫氧效果更好。正常生產(chǎn)中應(yīng)密切關(guān)注換熱設(shè)備的運(yùn)行情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決能夠有效降低裝置能耗。

4 節(jié)能計(jì)劃

4.1 優(yōu)化裝置換熱流程

①二甲苯塔頂熱量利用。根據(jù)目前換熱流程,二甲苯塔塔頂采出流量約16 t/h,溫度180 ℃左右,異構(gòu)化前置反應(yīng)器R901進(jìn)/出料換熱器E906CD殼程出口120 ℃左右。計(jì)劃增加一臺(tái)換熱器,將這兩股物料換熱,以提高異構(gòu)化反應(yīng)進(jìn)料加熱爐F901的進(jìn)料溫度,降低加熱爐負(fù)荷,減少燃料氣用量。②重整汽油穩(wěn)定塔底和二甲苯塔底熱量綜合利用。通過(guò)改造可以提高脫戊烷的進(jìn)料溫度,并降低二甲苯塔底外送溫度,實(shí)現(xiàn)降低脫戊烷塔底蒸汽消耗和空冷電耗的目的。

4.2 大型離心泵節(jié)能改造

預(yù)加氫進(jìn)料泵為多級(jí)泵,泵出口壓力5.2 MPa,高于反應(yīng)系統(tǒng)壓力3.4 MPa,揚(yáng)程過(guò)大,造成電量的浪費(fèi)。計(jì)劃摘除一級(jí)葉輪,降低泵的出口壓力,從而降低泵的運(yùn)行電流。

4.3 合理控制重整反應(yīng)氫油比

目前重整反應(yīng)苛刻度較低,氫油比卻很高,循環(huán)氫量較大,造成了一部分電能的浪費(fèi)。計(jì)劃在壓縮機(jī)出口增加流量控制閥,用于調(diào)節(jié)不同工況下的氫油比,合理控制循環(huán)氫量,達(dá)到節(jié)能的目的。

洛陽(yáng)宏興連續(xù)重整裝置通過(guò)最優(yōu)回流比操作,工藝流程技術(shù)改造,物料輸送方式的優(yōu)化,對(duì)部分泵進(jìn)行葉輪切割,降低加熱爐排煙溫度,對(duì)換熱設(shè)備進(jìn)行及時(shí)檢修處理等優(yōu)化措施,降低了重整裝置的燃料氣、蒸汽和電的消耗,起到了良好的節(jié)能效果。