李世偉

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部， 200540)

工業(yè)化應(yīng)用

熱集成節(jié)能技術(shù)在芳烴聯(lián)合裝置上的應(yīng)用

李世偉

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部， 200540)

熱集成技術(shù)利用烴類介質(zhì)的沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)隨著壓力變化而變化的特性，通過(guò)改變各精餾塔的操作壓力和溫度，使各精餾塔塔頂和塔底熱源得到二次利用。文章介紹了熱集成節(jié)能技術(shù)在600 kt/a芳烴聯(lián)合裝置上的應(yīng)用，指出了操作過(guò)程中需要注意的若干問(wèn)題。

芳烴聯(lián)合裝置 熱集成 節(jié)能技術(shù)

一般情況下，烴類介質(zhì)的沸點(diǎn)及凝固點(diǎn)隨著壓力的變化而變化。根據(jù)這一特性，幾個(gè)精餾塔同時(shí)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)可以使這幾個(gè)塔在不同的壓力和溫度下操作，將高溫精餾塔塔頂餾出氣的冷凝熱作為低溫精餾塔塔底再沸器的熱源，從而實(shí)現(xiàn)熱量的二次利用。

能耗費(fèi)用在芳烴裝置操作費(fèi)用中所占比例最大，直接決定了芳烴裝置的整體經(jīng)濟(jì)效益。目前，隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，芳烴裝置中先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，其中熱集成技術(shù)［1］的應(yīng)用最為廣泛。熱集成節(jié)能技術(shù)不僅是一種節(jié)能的有效方法，而且是降低裝置運(yùn)行和基建投資費(fèi)用的良好途徑。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部(以下簡(jiǎn)稱芳烴部)在600 kt/a芳烴聯(lián)合裝置上采用了熱集成節(jié)能技術(shù)，取得了很好的節(jié)能效果。

1 裝置概況

芳烴部芳烴聯(lián)合裝置由連續(xù)重整、芳烴抽提、甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移、吸附分離、異構(gòu)化、二甲苯分餾、氫氣提純等裝置及公用工程設(shè)施組成，其中精餾塔數(shù)量比較多，而且負(fù)荷較高。

芳烴聯(lián)合裝置總能耗中，二甲苯分餾裝置能耗占比最大，為40.64%。二甲苯塔塔底加熱爐為2臺(tái)大型立管箱式爐，總熱負(fù)荷為157.77 MW，燃料氣消耗12 510 kg/h，約占聯(lián)合裝置燃料氣總消耗量的60%，是能耗大戶。

2 熱集成技術(shù)在芳烴裝置上的應(yīng)用

在芳烴聯(lián)合裝置中，精餾分離體系中各組分的沸點(diǎn)非常接近，所以在精餾分離過(guò)程中所需的回流比很大，需要為每臺(tái)精餾塔提供大量的熱能。而部分精餾塔塔頂卻產(chǎn)生大量的低溫?zé)?，如果精餾塔塔底單獨(dú)采用加熱爐供熱，塔頂熱量采用空氣冷卻器和水冷器進(jìn)行冷凝或冷卻，則能耗非常大，設(shè)備投資費(fèi)用也較高。為了降低能耗，充分利用聯(lián)合裝置中的潛熱資源，最大限度地降低操作費(fèi)用，在聯(lián)合裝置設(shè)計(jì)中應(yīng)用了熱集成技術(shù)，對(duì)3臺(tái)大負(fù)荷高溫塔(甲苯塔、二甲苯塔和重芳烴塔)進(jìn)行提壓操作，為其他負(fù)荷較小的精餾塔提供熱源，實(shí)現(xiàn)低溫?zé)岬亩卫?，從而?jié)約燃料。

2.1 甲苯塔熱集成流程

甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移裝置中的甲苯塔采用升壓、升溫操作方式，甲苯塔塔釜由加熱爐供熱，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷30.97 MW。在提供甲苯塔所需熱量的同時(shí)，塔頂油氣還可為甲苯塔塔釜提供16.822 MW的熱量，多余的熱量則由甲苯塔塔頂?shù)目諝饫鋮s器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持塔頂壓力的穩(wěn)定。甲苯塔熱集成流程設(shè)置情況見(jiàn)圖1。

圖1 甲苯塔熱集成流程示意

熱集成技術(shù)的應(yīng)用使甲苯塔的熱效率得到了很大提高，節(jié)能效果明顯。同時(shí)，甲苯塔塔底再沸器采用1臺(tái)立式高通量管換熱器［2，3］替代傳統(tǒng)熱交換器，傳熱效果明顯強(qiáng)化，因?yàn)樵跓嵩礊槔淠橘|(zhì)的場(chǎng)合，同等規(guī)格的高通量管熱交換器總傳熱系數(shù)比光管熱交換器的總傳熱系數(shù)提高2～5倍，且高通量管換熱器占地面積少。

2.2 二甲苯塔熱集成流程

二甲苯分餾裝置中二甲苯塔的熱集成工藝則為多個(gè)裝置精餾設(shè)備提供了能源集成供應(yīng)，各集成裝置熱負(fù)荷分布情況見(jiàn)表1，能源集成流程設(shè)置見(jiàn)圖2。

表1 二甲苯分餾塔熱集成能源分布情況

圖2 二甲苯塔熱集成流程示意

二甲苯塔底加熱爐作為供熱系統(tǒng)，二甲苯塔底料液通過(guò)塔底泵分別進(jìn)入到抽余液塔塔底輔助再沸器E－603、解吸劑再蒸餾塔塔底再沸器E－611、白土塔進(jìn)料換熱器E－806、重芳烴塔塔底再沸器E－807及岐化汽提塔塔底再沸器E－506進(jìn)行換熱，然后進(jìn)入加熱爐進(jìn)行加熱，再回到二甲苯塔塔底，如此循環(huán)，為各精餾塔提供熱源。

與此同時(shí)，二甲苯分餾塔采用升溫、升壓操作，塔頂餾出氣體的冷凝熱用作抽余液塔塔底再沸器E－602、抽出液塔塔底再沸器E－606和脫庚烷塔塔底再沸器E－707的熱源進(jìn)行加熱。

另外，抽余液塔塔底再沸器E－602和輔助再沸器E－603以及抽出液塔塔底再沸器E－606都采用了高通量管換熱器，不僅換熱效率高，而且降低了投資，節(jié)省了占地面積。

2.3 重芳烴塔熱集成流程

二甲苯分餾裝置中重芳烴塔的塔底熱源來(lái)源于二甲苯塔塔底油，采取加壓操作后提高了重芳烴塔塔頂氣相餾出物的溫度，可以進(jìn)一步為重整油分離塔塔底再沸器E－804提供熱源。重芳烴塔熱集成流程見(jiàn)圖3。

圖3 重芳烴塔熱集成流程示意

塔頂壓力通過(guò)重芳烴塔塔頂空冷前的閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，以確保塔頂壓力穩(wěn)定。重芳烴塔塔頂氣相餾出物在對(duì)重整油分離塔提供熱量后，經(jīng)3.5 MPa蒸汽加熱后進(jìn)入下一道工序。

3 熱集成技術(shù)的應(yīng)用效果

2011年芳烴聯(lián)合裝置的能源消耗整體上低于設(shè)計(jì)值，實(shí)際運(yùn)行時(shí)綜合能耗(標(biāo)油)為528.10 t/t，與設(shè)計(jì)值相比降低約8.6%，取得了良好的節(jié)能效果。

4 建議

芳烴聯(lián)合裝置是高能耗裝置，因此充分利用各種先進(jìn)節(jié)能降耗技術(shù)是芳烴聯(lián)合裝置的主要任務(wù)之一，其中熱集成技術(shù)將在裝置設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中的節(jié)能降耗方面占主導(dǎo)地位。根據(jù)芳烴聯(lián)合裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，熱集成技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的運(yùn)用需要特別注意以下幾個(gè)方面:

(1)二甲苯塔加熱爐在熱集成工藝操作流程中處于承上啟下的位置，必須先開(kāi)工、后停工;熱源集成的關(guān)聯(lián)裝置之間應(yīng)盡可能做到同開(kāi)、同停。

(2)二甲苯塔在升溫前一定要升壓至0.4～0.5 MPa，以防升溫過(guò)程中C9組分通過(guò)平衡管線進(jìn)入吸附原料罐，對(duì)吸附劑的吸附性能造成影響。

(3)應(yīng)用熱集成技術(shù)的各裝置之間的熱源用量相互制約，需要嚴(yán)格按照熱集成流程進(jìn)行操作和調(diào)整，特別是二甲苯塔，其熱集成對(duì)于芳烴聯(lián)合裝置的節(jié)能至關(guān)重要。發(fā)生加熱爐儀表故障或輔助設(shè)備故障時(shí)，要及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)，確保二甲苯塔加熱爐的穩(wěn)定運(yùn)行，避免裝置的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生大的波動(dòng)。

［1］ 楊德明，匡華．芳烴熱集成精餾的模擬研究［J］．石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2001，14(1):25 －28．

［2］ 趙亮，張延豐，陳韶范．高通量管熱交換器在芳烴裝置中的應(yīng)用及前景［J］．石油化工設(shè)備，2010，39(6):68 －70．

［3］ 譚集艷．對(duì)二甲苯裝置中高通量管強(qiáng)化傳熱技術(shù)［J］．石油化工設(shè)備，2007，36(3):81 －83．

Application of Heat Integration Energy－saving Technology in Aromatics United Plant

Li Shiwei
(Aromatics Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The heat integration technology realized reutilization of heat in bottom and top of rectifying tower through changing of operation pressure and temperature of each rectifying tower by using the characteristics of hydrocarbon medium which boiling point and freezing point vary with pressure changes．The application of heat integration energy－saving technology in 600 kt/a aromatics united plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited was introduced，and the problems deserves attention in operation were pointed out．

aromatics united plant，heat integration，energy － saving technology

1674－1099 (2012)03－0047－03

TE991

A

2012-03-21。

李世偉，男，1981年8月出生，2006年7月畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事芳烴生產(chǎn)工作。