張廣偉

（大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶 163714）

節(jié)能技術

苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置聯合運行節(jié)能技術探討

張廣偉

（大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶 163714）

某石化企業(yè)的苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置都是用于生產苯乙烯單體的裝置，產能分別為90 kt/a和100 kt/a。由于2套裝置原料分配不合理，造成能源浪費，且直影響上下游物料平衡。通過工藝技術改進，將2套裝置不同工藝包的2個單元合并成1套完整的裝置聯合運行，實現了裝置節(jié)能的目的。

苯乙烯；節(jié)能；技術開發(fā)；聯合運行

某石化企業(yè)擁有苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置，生產淡季時，單獨運行苯乙烯裝置，不能滿足下游ABS裝置需求，原料存在較大缺口，如外購苯乙烯成本較高，卸車還存在巨大的安全風險。當2套裝置全開，雖能滿足下游需求，但裝置負荷過低，能耗很高。由于2套裝置的設計、產能、設備等多方面存在的差異較大，將不同工藝包的2個單元合并成1套完整的裝置，需要解決乙苯單元蒸汽合理應用、工藝流程變更、能量平衡、聯鎖保護、公用工程平衡等技術問題［1］。

1 項目總體思路及技術方案

1.1 總體思路

乙苯脫氫裝置的工藝包較苯乙烯裝置的工藝包晚了10 a，在設計上需采用多項節(jié)能降耗的先進技術，苯乙烯裝置已經運行17 a，設備陳舊，工藝較落后。如果將苯乙烯裝置的乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯合運行，可以形成優(yōu)勢互補、取長補短的合理運行模式。

苯乙烯裝置經過2005年的改擴建后，乙苯單元由原來的氣相分子篩工藝改為液相分子篩工藝生產乙苯。在新應用的UOP/Lummus工藝包的設計中，由苯回收塔和烷基化反應放出的巨大熱量被轉化成壓力為0.4 MPa、溫度為160℃的低等級蒸汽，這些蒸汽被用作脫氫精餾塔的再沸蒸汽。如果乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯合生產，那么苯乙烯裝置的脫氫單元就必須停下來，這些蒸汽將無法被消耗，將直接制約乙苯單元的生產負荷。因此，乙苯單元的副產蒸汽能否在乙苯脫氫裝置得到合理應用是聯合運行的技術關鍵，是工藝包整合的核心技術。

通過對乙苯脫氫裝置所應用的工藝包的研究和分析，蒸汽過熱爐HS-2201所使用的主稀釋蒸汽是由電廠提供的1.0 MPa蒸汽，其他各等級蒸汽系統是基本平衡的，蒸汽系統的設計是比較獨立完整的。結合乙苯單元蒸汽不平衡的問題綜合分析，將乙苯單元副產的蒸汽作為乙苯脫氫裝置蒸汽過熱爐的稀釋蒸汽的替代蒸汽，既解決了乙苯單元蒸汽不平衡的問題，又能降低乙苯脫氫裝置能耗，這樣2套工藝包才有整合的可能性，乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯合運行才有可能性。如果能將乙苯單元副產蒸汽引入乙苯脫氫裝置蒸氣過熱爐作為稀釋蒸汽替代原有的1.0 MPa蒸汽，能夠解決乙苯單元蒸汽系統不平衡的瓶頸問題，使聯合運行成為現實；乙苯脫氫裝置外網1.0 MPa蒸汽消耗將大幅度降低，聯合運行后所產的苯乙烯產品成本降低，使裝置生產經營指標得到最佳優(yōu)化［2］。

1.2 技術方案

1.2.1 理論分析乙苯單元副產蒸汽替代乙苯脫氫蒸汽過熱爐原設計蒸汽的可行性需要進行理論核算和試驗。利用苯乙烯裝置乙苯單元自產蒸汽后，加熱爐出口溫度達到原設計溫度（842℃）時才能滿足生產的要求。故只需計算在HS-2201設計負荷下，蒸汽經過HS-2201的對流段及福射段后出口溫度能否達到的設計值即可。根據工藝包中提供的基礎設計參數，結合苯乙烯裝置乙苯單元副產蒸汽的工藝條件，對HS-2201的負荷進行了模擬核算?？紤]到苯乙烯車間裝置乙苯生產能力為90 kt/a，而乙苯脫氫裝置苯乙烯的生產能力為100 kt/a；當產能都為90 kt/a時，乙苯脫氫單元不需要加熱這么大的稀釋蒸汽流量。當乙苯單元與乙苯脫氫裝置產能同為90 kt/a，進入蒸汽過熱爐的蒸汽量減少至原設計值的90%，即由18 150 kg/h減少到16 335 kg/h時，蒸汽過熱爐完全可以提供反應所需的熱量，理論上可滿足2套裝置的聯合運行的技術要求。

1.2.2 現場試驗為檢驗理論模擬核算結論的正確性，為設計部門提供科學可靠的基礎數據，裝置技術人員經過認真研究制定《蒸汽過熱爐應用乙苯單元蒸汽現場試驗方案》，按照方案的目標和步驟，分5個梯度降低主蒸汽的入口溫度，通過降低主蒸汽流量來保證過熱爐出口溫度、過熱爐燃料量不變。當蒸汽過熱爐蒸汽入口溫度降低到166℃時，維持過熱爐負荷不變，主稀釋蒸汽流量需要降低到原工藝包設計值的92%才能保證過熱爐出口溫度TI-2109維持在837～840℃。該工況下的操作數據與理論模擬核算的數據非常接近。在燃料量和過熱爐出口溫度不變的工況下，蒸汽過熱爐可以加熱原設計流量92%的蒸汽流量，能夠滿足乙苯脫氫裝置在90%的負荷下運行。同時，與理論模擬核算的結論基本一致，可以證明理論核算的準確性［3］。

2 項目設計與實施

由于2套苯乙烯裝置應用完全不同的工藝包，因此各自的蒸汽管網控制系統差異也非常大。綜合考慮2套裝置特性、聯合運行后安全穩(wěn)定等因素，通過增設蒸汽管線將2套裝置的蒸汽系統緊密聯系在一起，形成統一的有機體整。

2.1 運行控制系統設計與建立

對2套裝置蒸汽管網中產汽設備、用汽設備及管網穩(wěn)定的影響評價分析，確定乙苯單元與蒸汽系統相關的設備對管網擾動影響至關重要。在乙苯單元龐大的蒸汽控制系統中，LP2蒸汽管網的一個壓力控制系統PIC-2613B卻成為影響兩苯安全穩(wěn)定運行的核心。同時，確定PIC-2613B為核心控制系統，并向相關部門提出要求。將PIC-2613引入乙苯脫氫裝置DCS控制，或至少顯示其重要參數，利于整個蒸汽系統的控制和2套裝置的安全運行。

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2.2 保護聯鎖系統的設計

當乙苯單元副產蒸汽引入乙苯脫氫蒸汽過熱爐以后，由于流程改變、操作參數改變，原有聯鎖保護系統已經不具備保護人員和設備的需要。通過對新工藝流程和2套裝置的關聯性的分析和研究，提出“一觸發(fā)，三動作”的聯鎖保護系統，同時進入過熱爐蒸汽管線上的電磁閥要采用具備流量調節(jié)功能的電磁閥，這樣非常有利于對蒸汽過熱爐安全和脫氫催化劑壽命的保護。

2.3 工藝管線優(yōu)化設計

來自乙苯單元的蒸汽為飽和蒸汽，從起點到終點需要經過大約400 m管線，流動過程產生的壓降和溫降，使蒸汽溫度降得更低，并會產生凝液。帶有凝液的蒸汽進入過熱爐后汽化，系統壓力將會劇烈波動，損壞膨脹節(jié)，形成安全隱患。同時，大幅度增加了蒸汽過熱爐的負荷，增加了燃料的消耗。尤其是在裝置開車初期，該管線蒸汽流量低，溫度和壓力將會更低，對蒸汽過熱爐的影響就更大。為克服該不利因素的影響，經過技術人員核算，提出增加1條蒸汽暖管線，并帶有流量調節(jié)系統。增設該暖管線后，既可以解決蒸汽帶液的問題，又能解決乙苯單元負荷大于乙苯脫氫裝置時所產生蒸汽排放不掉的難題，確保前后負荷自如調整［4］。

2.4 配管現場勘察

乙苯單元引入的蒸汽管線需要沿著已有的管廊鋪設，管廊空間位置很有限，現場配管設計難度非常大。工程技術人員多次勘察現場，并提供給設計單位。同時明確提出必須設置的排凝導淋位置，提醒設計單位管線流向的坡度的設置，在確保安全的前提下盡量減少脹力彎的數量。

2.5 全過程跟蹤施工

項目在施工過程中裝置技術人員配合施工方及時跟進跟蹤施工，保證全程監(jiān)控項目實施進度和施工質量，對于在施工過程中出現的問題及時研究改進方案，避免出現影響項目投用的問題發(fā)生，使得項目施工進展順利。

3 投用后效果對比

項目實施后對不同負荷和運行模式（3種工況）下的能耗指標進行對比。

（1）工況Ⅰ：90 kt/a苯乙烯裝置滿負荷工況下最好能耗為16 155 MJ/t。

（2）工況Ⅱ：2套苯乙烯裝置低負荷運行實際能耗為20 700 MJ/t。

（3）工況Ⅲ：該項目在此工況下實施后實際能耗為13 549 MJ/t。

工況Ⅲ的能耗低于前2種工況。由此可知，聯合運行后，節(jié)能效果十分顯著。同時，從根本上解決了淡季苯乙烯原料供需不平衡的問題。

自2013年9月該項目投用后，乙苯脫氫裝置90%負荷的情況下可消耗乙苯單元副產蒸汽11.11 t/h，2套裝置工藝運行參數正常、物料及蒸汽系統平衡、關鍵設備過熱爐及壓縮機運行正常、所有分析數據符合設計要求。經過對聯合運行項目的標定，該項目累計節(jié)約1.0 MPa蒸汽112.1 kt，實現效益1 435.6萬元。裝置能耗從20 700 MJ/t，降低到13 549 MJ/t，實現效益400萬元。

所以，苯乙烯裝置與乙苯脫氫裝置組成1套裝置聯合運行，既能保證裝置負荷自由調整，又能保證下游裝置的原料需求［5］。

4 結束語

該項目實現了2套裝置優(yōu)勢資源的有效利用，達到節(jié)能降耗的目的，節(jié)能效果顯著，經濟效益可觀，符合“清潔生產，節(jié)能減排，提質增效”的企業(yè)發(fā)展和經營的需要。在乙苯原料充足，苯乙烯效益好的生產旺季，還可以將苯乙烯裝置的脫氫單元重新開滿負荷，提高2套裝置的產能，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經濟效益。該項目的成功實施，不僅填補了國內外同行業(yè)相關的技術空白，同時為裝置節(jié)能減排、提質增效方面的科技創(chuàng)新、自主技術開發(fā)與應用開辟出一條新路，符合當前環(huán)保低碳、清潔生產的要求。

［1］于美紅，叢林，宋守剛，等.苯乙烯工藝技術改進及應用［J］.現代化工，2010（10）：16-19.

［2］王明福，齊航.苯乙烯裝置用能分析及節(jié)能措施［J］.齊魯石油化工，2007（3）：43-45.

［3］宋守剛，于美紅.苯乙烯裝置蒸汽過熱爐節(jié)能技術改進［J］.河南化工，2009（10）：32-34.

［4］尤景紅.苯乙烯生產技術對比［J］.沈陽工程學院學報（自然科學版），2010（2）：185-188.

［5］張曉宇.苯乙烯裝置節(jié)能措施研究［J］.橡塑資源利用，2014（6）：31-37.

Technical discussion on energy-saving technology of combined operation of styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant

Zhang Guangwei
（No.3 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Both of the styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant in a petrochemical enterprise are the plants used for producing benzene,and the capacity are 90 kt/a and 100 kt/a respectively.The unreasonable materials allocation of these 2 plants caused energy wasting and directly influenced the up-stream and down-stream material balance.Through process technology improvement which combined the 2 units of 2 plants of different PDP into 1 set of integrated plant to have combined operation,the energy-saving target is realized.

styrene;energy-saving;technical improvement;combined operation

TQ241.21

B

1671-4962（2017）04-0063-03

3017-03-13

張廣偉，男，工程師，2004年畢業(yè)于齊齊哈爾大學化學工程與工藝專業(yè)，現從事化工生產管理工作。