徐彬（中海石油寧波大榭石化有限公司生產(chǎn)運行九部，浙江 寧波315812）

苯乙烯是重要的有機化工原料，主要用于生產(chǎn)聚苯乙烯及ABS 等改性樹脂。工業(yè)上苯乙烯的生產(chǎn)主要采用乙苯負壓絕熱脫氫工藝技術路線[1]，為得到高純度的苯乙烯產(chǎn)品需在反應及分離過程中消耗大量的燃料、水蒸氣及冷卻水，使得該工藝耗能較大[2]，以一套年產(chǎn)20 萬噸苯乙烯裝置為例，每生產(chǎn)1 噸苯乙烯產(chǎn)品需要消耗13800MJ熱量，折合330kg標油[3]。

近年來，苯乙烯裝置正向大型化、特大型化方向發(fā)展，能耗問題日益突出，世界很多苯乙烯生產(chǎn)專利商都在優(yōu)化并開發(fā)新的精餾換熱流程，以降低能耗，增強競爭力。

1 裝置概況

中海石油寧波大榭石化有限公司28萬噸/年苯乙烯裝置采用中石化上海工程公司自主開發(fā)的ST乙苯絕熱脫氫恒沸精餾節(jié)能技術，該技術使用級間換熱的負壓絕熱脫氫反應工藝，并使用GS系列高轉化率、高選擇性催化劑，脫氫液分餾精制采用恒沸精餾熱回收節(jié)能流程，并對工藝凝液和尾氣進行充分處理，使“三廢”排放符合有關國家標準[4，5]。

2 工藝流程

2.1 恒沸精餾節(jié)能工藝流程簡介

恒沸精餾節(jié)能工藝主要包括兩個系統(tǒng)：乙苯脫氫單元乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)、苯乙烯精餾單元乙苯/苯乙烯分離系統(tǒng)。其中乙苯脫氫單元乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)主要由乙苯蒸發(fā)器、乙苯/蒸汽共沸器、乙苯/蒸汽分液罐及乙苯/凝液循環(huán)泵組成，該系統(tǒng)使原料乙苯完成蒸發(fā)，然后同來自蒸汽過熱爐的高溫過熱水蒸氣混合，獲取熱量，升到反應溫度，進入反應器床層，在負壓和絕熱條件下發(fā)生脫氫反應。乙苯/苯乙烯分離塔主要由精餾塔、恒沸換熱器、循環(huán)水冷卻器（后冷器）、深冷器、真空系統(tǒng)、塔釜再沸器、塔釜泵、回流罐、回流泵等組成，該系統(tǒng)使乙苯、苯乙烯混合物在塔內(nèi)進行分離，塔頂?shù)玫窖h(huán)乙苯，循環(huán)乙苯返回乙苯脫氫單元進行反應，塔釜得到粗苯乙烯，粗苯乙烯去精苯乙烯塔進行分離得到苯乙烯產(chǎn)品。

圖1 乙苯負壓絕熱脫氫恒沸精餾技術工藝流程簡圖

苯乙烯精餾單元乙苯/苯乙烯分離塔塔頂溫度設計較低（101℃），屬于較難回收的低溫熱，正常設計需用循環(huán)水進行冷卻，塔頂循環(huán)水用量占整個裝置的35%，能耗較高。同時乙苯脫氫單元乙苯蒸發(fā)需要消耗蒸汽，為降低苯乙烯裝置能耗，通過提高乙苯/苯乙烯分離塔操作壓力，提高塔頂溫度，利用塔頂氣相物料的熱量，與乙苯脫氫單元來的乙苯/凝液在塔頂恒沸換熱器中換熱，將乙苯/凝液氣化后作為脫氫反應單元的進料，降低了乙苯脫氫單元乙苯/凝液蒸發(fā)的蒸汽用量，同時降低了精餾塔頂循環(huán)水的用量。

本裝置采用乙苯負壓絕熱脫氫恒沸精餾技術，該工藝技術流程簡圖如圖1所示。

3 恒沸精餾節(jié)能技術的優(yōu)化

乙苯負壓絕熱脫氫恒沸精餾節(jié)能技術，優(yōu)點在于將精餾系統(tǒng)塔頂熱源與乙苯反應單元進行熱聯(lián)合，利用精餾塔塔頂熱源給乙苯蒸發(fā)系統(tǒng)加熱，一方面減少了乙苯脫氫單元乙苯蒸發(fā)加熱蒸汽用量，另一方面減少了苯乙烯精餾單元循環(huán)水用量，裝置節(jié)能效果顯著。但應用該節(jié)能技術后，苯乙烯精餾單元與乙苯脫氫單元關聯(lián)性增強，抗干擾能力下降，裝置平穩(wěn)性相對降低。

為提高裝置的可操作性、平穩(wěn)性，在設計階段，不斷對原有設計流程、控制方案、設備選型等方面進行優(yōu)化調(diào)整，具體優(yōu)化措施如下：

3.1 后冷器E408設計負荷優(yōu)化

T402 塔頂氣相物料正常工況條件下先通過恒沸換熱器E407A/B進行換熱降溫，再由后冷器E408冷卻。當脫氫反應單元SIS3001、3002、3003 聯(lián)鎖觸發(fā)后，T402 塔頂氣相自動切至E407A/B 旁路，大量熱量需通過E408 進行冷卻。按照原先設計，如果換熱不通過E407A/B，E408 只能滿足T402 塔70%負荷。內(nèi)操需要迅速降低T402進料負荷，降低塔頂氣相熱源，防止T402塔超溫超壓及苯乙烯聚合，極易導致T402塔生產(chǎn)波動，產(chǎn)品不合格，影響較大。

針對以上原設計中存在的問題，通過流程模擬計算，將E408 換熱面積擴大29%，同時循環(huán)水回水管線增加旁路電磁閥，在出現(xiàn)聯(lián)鎖時，該旁路電磁閥迅速打開，增大E408 循環(huán)水量，加大E408冷卻量，維持T402塔正常負荷操作。正常生產(chǎn)時為減少循環(huán)水用量，可以手動關閉循環(huán)水旁路電磁閥，提高經(jīng)濟性。

3.2 優(yōu)化V304氣相出口應急蒸汽控制方案，有效控制脫氫反應器入口溫度

乙苯蒸發(fā)負荷70%由T402塔頂恒沸換熱器E407A/B提供，30%由E304 提供。出現(xiàn)緊急工況時，乙苯蒸發(fā)負荷要迅速由E407A/B 切換到E304。由于E304 蒸發(fā)調(diào)整較慢，乙苯蒸發(fā)負荷的降低極易造成R301 反應器入口溫度升高而觸發(fā)聯(lián)鎖停車。對V304 氣相出口緊急蒸汽控制方案進行優(yōu)化調(diào)整，將調(diào)節(jié)閥和緊急切斷閥相組合使用。當乙苯蒸發(fā)量波動、反應器入口溫度迅速上升時，通過打開調(diào)節(jié)閥，及時通入應急蒸汽，降低反應器入口溫度，防止反應器入口超溫；緊急聯(lián)鎖時，切斷閥迅速打開，降低反應器入口溫度，有效防止設備超溫。

圖2 V304氣相出口應急蒸汽原控制方案

圖3 V304氣相出口應急蒸汽優(yōu)化后的控制方案

3.3 乙苯/苯乙烯分離塔T402塔頂熱旁路增設調(diào)節(jié)控制，降低相互干擾性，簡化操作，提高操作靈活性

恒沸精餾節(jié)能工藝流程將脫氫單元與精餾單元進行了熱聯(lián)合，關聯(lián)程度高，造成裝置單元與單元間、單元內(nèi)部間干擾性強、靈活性差、操作復雜。通過對T402塔頂氣相熱源旁路增設閥門定位器，增加調(diào)節(jié)控制功能，同時優(yōu)化E408、E304 換熱負荷，對E407A/B 進料入口增設防偏流調(diào)節(jié)閥控制措施等優(yōu)化，實現(xiàn)了脫氫單元乙苯蒸發(fā)負荷調(diào)整、苯乙烯精餾單元負荷調(diào)整的相對獨立，降低了脫氫單元與精餾單元相互干擾性，簡化了操作。在充分回收精餾塔頂余熱，減少循環(huán)水用量的同時，確保了裝置安全穩(wěn)定運行。

4 恒沸精餾節(jié)能技術應用效果

4.1 運行工藝參數(shù)

表1 恒沸精餾工藝主要操作參數(shù)

由表1 操作參數(shù)可以看出，T402的塔頂操作壓力和操作溫度與設計值一致，塔釜溫度低于設計值（有利于減少苯乙烯聚合）；恒沸換熱器乙苯和水恒沸溫度低于設計值，原因是脫氫反應進料混合器、反應器、組合換熱器等設計優(yōu)化后，沿程壓力降低于設計值；恒沸換熱器E407A/B 換熱溫差高于設計值，有利于充分回收T402塔頂?shù)蜏責帷?/p>

4.2 運行穩(wěn)定性

裝置自2016年建成開工以來，脫氫單元與精餾單元實現(xiàn)獨立操作，升降負荷、切換負荷平穩(wěn)，恒沸精餾熱回收節(jié)能工藝運行穩(wěn)定，節(jié)能效果突出。裝置試車初期，由于3.5MPG 蒸汽波動，造成尾氣壓縮機聯(lián)鎖停車3次，但經(jīng)過前期對恒沸熱回收節(jié)能工藝流程的優(yōu)化，脫氫單元與精餾單元相互影響的程度大大降低，3次壓縮機停車均未造成反應器入口溫度高高聯(lián)鎖，同時T402塔運行穩(wěn)定，抗波動能力強。

4.3 節(jié)能效果及經(jīng)濟效益

裝置自運行以來，該節(jié)能技術運行平穩(wěn)，標定期間E304加熱蒸汽量平均為1.2 噸/小時，如不采用該節(jié)能技術，E304 加熱蒸汽量需40.1 噸/小時（蒸發(fā)57.3 噸/小時乙苯和28.4 噸/小時配水），T402 塔釜加熱蒸汽平均為40.4 噸/小時，塔頂92%熱量得到回收，T402 塔頂冷凝器循環(huán)冷卻水用量僅需206 噸/小時(計算值，實際無循環(huán)水計量表)，如不采用該節(jié)能技術，T402 塔頂冷凝器循環(huán)冷卻水用量需1930噸/小時，可節(jié)省冷卻水1724噸/小時。

恒沸精餾熱回收節(jié)能工藝節(jié)能效果：相比不采用該技術的典型脫氫工藝流程，采用該技術可節(jié)省蒸氣38.9噸/小時，節(jié)省循環(huán)水1724噸/小時，綜合能耗降低3434MJ/tSM(82公斤標油/噸苯乙烯)，每年節(jié)約成本約5625萬元[6]。

5 結語

大榭石化28萬噸/年苯乙烯裝置采用的恒沸精餾熱回收節(jié)能工藝技術，最大優(yōu)點在于回收精餾塔塔頂?shù)蜏赜酂岬耐瑫r降低了脫氫單元加熱蒸汽用量及苯乙烯精餾單元循環(huán)水用量，節(jié)能效果顯著，企業(yè)競爭力增強。

采用恒沸精餾技術，乙苯脫氫單元與苯乙烯精餾單元相對關聯(lián)性強，操作要求較高，同時T402塔頂壓力及塔釜溫度較高，增加了苯乙烯在加工過程中聚合的風險。

為此，采用恒沸精餾工藝流程技術裝置，在設備選型上需要選用低壓降精餾塔塔內(nèi)件、低壓降的反應器入口混合器及油水混合效果好的共沸換熱器；在苯乙烯阻聚方面需要優(yōu)化換熱流程，選用阻聚性能優(yōu)的阻聚劑，降低苯乙烯聚合的風險，降低苯乙烯聚合物的損耗；在設計上需要優(yōu)化恒沸精餾工藝流程及控制方案，通過增大后冷器E408的冷卻效果、優(yōu)化V304氣相出口應急蒸汽控制方案、T402塔頂氣相熱旁路增設調(diào)節(jié)控制方案等措施，降低脫氫單元與精餾單元間的關聯(lián)度，在提高裝置運行經(jīng)濟性的同時，提高裝置運行的安全穩(wěn)定性，降低操作難度。