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        芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)崂脤嵺`

        2021-09-02 06:46:38王志華徐培澤
        石油石化綠色低碳 2021年4期

        王志華,徐培澤

        (中國石化金陵分公司,江蘇南京 210033)

        芳烴聯(lián)合裝置工藝復(fù)雜、分餾塔數(shù)量多、精餾塔低溫?zé)釢摿薮?,裝置生產(chǎn)過程中部分精餾塔塔頂100~200℃富含相變潛熱的氣相或氣液混相物流,大多以空冷或水冷方式進行冷卻,大量熱量直接損失[1-3]。另外,部分煉廠仍需要使用大量1.0 MPa低壓蒸汽用作精餾塔熱源,例如異丁烷裝置、氣分裝置、MTBE裝置等,同時也有部分煉油廠使用低壓蒸汽為配套生活區(qū)供暖,造成高溫位低壓蒸汽大幅消耗,未實現(xiàn)梯級利用。

        1 芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)岈F(xiàn)狀及存在問題

        某公司60萬t/a芳烴聯(lián)合裝置精餾塔頂包含低溫?zé)峁灿嫾s164 MW,詳見表1。低溫?zé)崂庙椖扛脑熘?,精餾塔頂熱量通過空冷直接冷卻,造成低溫?zé)崮軗p失,裝置內(nèi)部鄰二甲苯塔與抽出液塔夏季塔頂空冷滿負荷運行時,冷卻負荷仍不足。芳烴聯(lián)合裝置內(nèi)抽余液塔頂熱量相對較高,但由于非芳組分實際工況較設(shè)計偏高,塔頂溫度與冷后溫度均較設(shè)計值低10℃左右,溫位品質(zhì)不高,但抽余液塔頂熱量占據(jù)低溫?zé)峥傊祵⒔话?。通過回收精餾塔低溫?zé)崃?,可有效實現(xiàn)芳烴聯(lián)合裝置用能優(yōu)化并消除精餾塔夏季冷卻負荷瓶頸。

        表1 芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)岣艣r

        2 低溫?zé)崂梅桨副冗x

        由于精餾塔塔頂?shù)蜏責(zé)崃烤薮?,芳烴聯(lián)合裝置通過挖掘合適用戶以充分利用熱量是實現(xiàn)節(jié)能增效的有效手段。常規(guī)低溫?zé)崂梅绞街饕a(chǎn)熱媒發(fā)電、產(chǎn)熱媒傳熱供匹配溫位精餾塔和產(chǎn)熱媒通過機組制冷媒用于介質(zhì)制冷等方式。下面結(jié)合該芳烴聯(lián)合裝置、煉廠用戶實際需求,進行低溫?zé)崂梅椒ㄌ接憽?/p>

        2.1 低溫?zé)岚l(fā)電分析

        芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)嵊糜诋a(chǎn)蒸汽或者熱水,通過新增發(fā)電機組以產(chǎn)出熱量用于發(fā)電。實際蒸汽及熱水發(fā)電機組占地面積較大,且單純只發(fā)電的技術(shù)熱能利用效率較低,對于改建、占地較緊的裝置適應(yīng)性不高。按照國內(nèi)某已經(jīng)工業(yè)化芳烴裝置實際蒸汽發(fā)電機組運行情況及熱水發(fā)電機組數(shù)據(jù),蒸汽發(fā)電綜合效率約為30%,而新型的卡林娜動力循環(huán)技術(shù)的熱水發(fā)電機組綜合發(fā)電效率不到9%。從投資效益考慮,發(fā)電機組及配套工程的一次性建設(shè)投資較大,投資回收期較長。

        2.2 異丁烷裝置熱阱分析

        異丁烷裝置設(shè)計規(guī)模為60萬t/a,其內(nèi)部脫輕塔、穩(wěn)定塔底操作溫度為95~105℃,均使用1.0 MPa低壓蒸汽加熱,高溫位蒸汽未能梯級利用,裝置用能存在巨大優(yōu)化空間。具體工況見表2。通過以芳烴聯(lián)合裝置產(chǎn)出熱媒水供給2臺塔加熱,可有效降低異丁烷低壓蒸汽能耗。

        表2 異丁烷裝置精餾塔工況

        2.3 催化裂化裝置冷源分析

        該公司內(nèi)某催化裂化裝置設(shè)計規(guī)模350萬t/a,在夏季高溫季節(jié)丙烯塔頂冷卻負荷嚴(yán)重不足,丙烯塔塔頂壓力與回流溫度超過正常范圍,為產(chǎn)品質(zhì)量和安全運行帶來較大風(fēng)險。夏季丙烯塔需降量運行,導(dǎo)致上游催化裝置進料被迫大幅度降低,最嚴(yán)重情況下降幅度達到15%,為夏季全公司的物料平衡及經(jīng)濟效益帶來較大影響。通過新增溴化鋰機組,以吸收式制冷方式將芳烴聯(lián)合裝置熱媒水轉(zhuǎn)換為12℃冷媒水,用于替代原有的30℃循環(huán)水冷卻催化裝置丙烯塔頂物料,可消除夏季催化裝置高負荷生產(chǎn)瓶頸,并可解決該煉廠夏季全流程物料平衡問題。

        3 低溫?zé)崂梅桨笇嵤?/h2>

        考慮現(xiàn)有煉廠內(nèi)部熱阱及冷源需求,該芳烴聯(lián)合裝置利用2019年裝置停工大檢修機會實施改造,即重芳烴塔、抽出液塔及鄰二甲苯塔頂?shù)蜏責(zé)崂酶脑祉椖?,設(shè)計產(chǎn)熱水1 360 t/h,供出熱媒水溫度135℃,回水溫度100℃。改造后熱媒水流程如圖1所示。

        圖1 改造后芳烴聯(lián)合裝置熱媒水流程

        3.1 芳烴裝置流程優(yōu)化

        某芳烴聯(lián)合裝置內(nèi)部三臺精餾塔產(chǎn)出熱媒水原設(shè)計為三路并聯(lián)方案,經(jīng)過優(yōu)化改為兩路并聯(lián)工況,產(chǎn)出熱水135℃,新方案供出熱水溫度上升9℃,通過提高熱水溫位,解決了介質(zhì)間傳熱溫差小、關(guān)聯(lián)裝置操作彈性小的問題。另外,三臺塔頂熱媒水板換與空冷均呈并聯(lián)狀態(tài),塔頂均保留原空冷流程,具體工藝流程見圖2。遇取熱裝置停工檢修或者各種熱媒水系統(tǒng)波動異常工況時,可重啟原空冷進行頂氣冷卻,也可將泄漏熱媒水板換單獨切出維修,裝置生產(chǎn)調(diào)整靈活性大。另外,從項目投資考慮,空冷與水冷并聯(lián)工況下施工,也可降低串聯(lián)工況下部分平臺需加高的施工費用。

        圖2 抽出液塔頂冷卻流程

        3.2 異丁烷裝置參數(shù)調(diào)優(yōu)

        為提升傳熱效率,異丁烷裝置脫輕塔進行降壓操作試驗,調(diào)整前后工藝參數(shù)見表3。異丁烷裝置脫輕烴塔、穩(wěn)定塔塔底以熱水替代低壓蒸汽進行加熱,并保留蒸汽換熱器備用,以防熱媒水系統(tǒng)故障時可重新投用蒸汽加熱流程。熱媒水改造項目實施后,兩塔分離精度可滿足分離要求,異丁烷裝置共計降低1.0 MPa低壓蒸汽用量約25.4 t/h。

        表3 脫輕烴塔降壓優(yōu)化參數(shù)調(diào)整情況

        3.3 催化裝置丙烯塔提負荷

        芳烴聯(lián)合裝置熱媒水系統(tǒng)新增溴化鋰吸收式制冷機組,將產(chǎn)出熱媒水熱量經(jīng)溴化鋰制冷機組產(chǎn)出冷媒水,替代催化裂化裝置穩(wěn)定塔頂冷卻器、丙烯塔頂冷卻器部分循環(huán)水。某芳烴聯(lián)合裝置配套溴化鋰制冷機組流程產(chǎn)冷媒水流程如圖3所示。

        圖3 溴化鋰制冷機產(chǎn)冷媒水流程

        芳烴聯(lián)合裝置配套溴化鋰制冷機組投用后,產(chǎn)出冷媒水溫度12℃,回水22℃;原循環(huán)水進水溫度30℃,回水溫度40℃。相較于循環(huán)水工況,冷媒水具備傳熱溫差更大、傳熱系數(shù)高的優(yōu)勢。夏季高溫時段,催化裂化裝置氣分單元丙烯塔在應(yīng)用冷媒水流程后,冷卻效果明顯,丙烯塔兩種冷源工況下夏季時段運行參數(shù)對比見表4。

        表4 循環(huán)水與冷媒水工況下丙烯塔運行參數(shù)對比

        在同等氣溫的外界環(huán)境下,冷媒水流程應(yīng)用后,氣分單元丙烯塔處理負荷可以提高約5 t/h,配套催化裂化裝置反應(yīng)進料可以增加約25 t/h,可有效緩解催化裂化裝置夏季高溫時段滿負荷生產(chǎn)瓶頸,有利于夏季煉廠上、下游裝置物料靈活調(diào)整。

        4 低溫?zé)崂庙椖磕芎呐c效益分析

        2020年某芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)崂庙椖客队煤?,各關(guān)聯(lián)裝置標(biāo)定期間能耗變化平均值如表5所示,其中水汽裝置由于全廠蒸汽平衡需要,暫未投用熱媒水。按照2020年10月該公司能源價格,低壓蒸汽150元/t、電0.5元/kW·h、循環(huán)水0.4元/t、除鹽水7元/t計算,熱媒水項目全年經(jīng)濟效益約為2 920萬元。該熱媒水節(jié)能項目總投資為1.08億元,投資回收期為3.7年。按照135℃溫位產(chǎn)出熱媒水60%熱量回收率計算,該芳烴聯(lián)合裝置節(jié)約能耗約為23 kgEO/t PX。

        表5 熱媒水系統(tǒng)關(guān)聯(lián)裝置能耗變化

        5 結(jié)論

        經(jīng)過對某煉廠內(nèi)熱阱用戶、冷媒用戶及全廠布局深入分析,并考慮煉廠用地現(xiàn)狀,提出以芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)岙a(chǎn)熱媒水,并供給異丁烷裝置替代低壓蒸汽、熱媒水經(jīng)制冷機轉(zhuǎn)化為冷媒水供催化裂化裝置方案,實現(xiàn)低溫?zé)岬挠行Ю?。方案實施后,?jié)約1.0 MPa蒸汽25.4 t/h,并且有效解決芳烴聯(lián)合裝置與催化裂化裝置夏季冷卻負荷不足問題。該低溫?zé)崂庙椖客队煤?,每年?chuàng)造經(jīng)濟效益約2 920萬元。另外,該芳烴聯(lián)合裝置實施空冷與水冷并聯(lián)及高溫位熱水供出方案,可有利于提升異常工況期間供熱、取熱裝置聯(lián)合調(diào)整的靈活性。

        下一步可根據(jù)芳烴聯(lián)合裝置內(nèi)部尚未開發(fā)的低溫?zé)?,繼續(xù)挖掘煉廠內(nèi)部匹配溫位的熱阱用戶實現(xiàn)熱量供取平衡,也可考慮替代煉廠配套生活區(qū)冬季供暖蒸汽,進一步實現(xiàn)煉廠總體用能優(yōu)化。

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