脱庚烷塔的节能优化

2015-06-09李宏光刘志壮衣桂娟宫秀平佟伯峰

化工科技 2015年4期

李宏光，刘志壮，衣桂娟，宫秀平，佟伯峰

(1 中国石油吉林石化公司炼油厂，吉林吉林 132022；2中国石油吉林石化公司污水处理厂，吉林吉林 132022)

中国石油吉林石化公司炼油厂联合芳烃装置是生产芳烃类产品的大型联合装置，于1996年投产，设计加工能力为40万t/a，装置由8个单元组成，其中500#二甲苯异构化单元以二甲苯塔顶的混二甲苯为原料，经反应增产邻二甲苯后，在脱庚烷塔内切割出C6以下组分后，送回二甲苯塔。鉴于节能是目前致力于研究的方向性问题，以脱庚烷塔为独立单元按蒸馏装置的节能方法对能量进行了具体的剖析，完成了降塔压、降回流比等优化工作，并提出了进一步优化的可行方法。

1 异构化单元分馏系统的工艺流程与原理简述

脱庚烷塔塔顶气相依次经脱庚烷塔冷凝器、水冷器、冷却后，进入脱庚烷塔受槽，在这里不凝气和液体分离，气体从受槽顶部排入燃料气系统；液体由灵敏板温度控制器和流量控制器组成的串级系统控制，送到脱庚烷塔顶作回流；另一部分液体由脱庚烷塔塔顶馏分泵抽出，送往铂重整单元DA-201塔，受槽水包排出的废水送往酸性水罐，脱庚烷塔流程见图1。

脱庚烷塔塔底液相，经脱庚烷塔塔底液泵抽出后，进入脱庚烷塔进料/塔底换热器换热后，经白土处理脱去微量烯烃后，由脱庚烷塔的液位控制器和流量控制器组成的串级系统控制，送往二甲苯分离单元。

图1 脱庚烷塔流程图

脱庚烷塔塔底热源由2路提供，一路经脱庚烷塔塔底液泵抽出的部分塔底液，分2路进入反应加热炉对流段取热后返回塔底来提供；另一路由用二甲苯分离单元的二甲苯分离塔底液作为热源的脱庚烷塔再沸器提供。

2 运行中的问题及原因分析

2.1 运行过程中的问题

联合芳烃装置的燃料消耗一直是炼油厂的能耗大户，为降低联合装置的能耗，只有从各个单元下手，逐一摸索研究，才能从最根本的降低联合装置的能耗。

本单元的分馏系统在日常操作中，产品质量合格率一直都在百分之百，在出现生产波动时也没有出现过质量事件，说明塔的操作弹性很大，有很大的优化潜能。

2.2 原因分析

蒸馏装置节能形式基本上可以分为热能回收类型和热能节减类型2类[1]。所谓热能回收类型并不是减少蒸馏操作消耗的能量，而是回收带出系统外的热能(即冷凝器中撤除的热量、馏出液和塔釜液的显热)，许多情况下作为其它过程的热源加以利用。另一方面，与热能回收类型不同，热能节减方式是减少蒸馏操作所消耗的热能(主要是再沸器热源热量的消耗量)，即节省向蒸馏系统供应的热流量，脱庚烷塔设计数据见表1。

表1 脱庚烷塔设计数据

从表1可看出，脱庚烷塔从再沸器输入的热流量为9.43 MW，进料中带入的热流量为5.02 MW，塔顶空冷器冷凝热流量为7.43 MW，塔釜液带出热流量为5.44 MW。

热能回收类型的显热利用方面分析，塔顶液带出热流量只有0.03 MW，可不考虑优化，而塔釜液带出热流量较高达到5.44 MW，但其热流量可直接带入二甲苯塔，此股物料也不考虑优化。从潜热利用方面分析，塔顶空冷器冷凝热流量为7.43 MW且温度达到156 ℃，可采用低温热回收技术回收其热流量。目前在用的低温热回收方法有2类，一类是直接作一般加热用热源，加热装置低温物流或加热生活用水；另一类是升级利用，采用热泵技术做重沸器热源，采用制冷技术制备低温冷水用于生产和生活，采用装置大规模统一回收低温度用作发电，采用变热器技术获得高品位热源[2]。

从热能节减类型分析，需要减少塔底热流量的输入。脱庚烷塔塔底热流量，一股来自炉进入反应炉对流段的物料，占塔底加热量的20%且是热源为反应炉废热，取热越多，越有利于节能，较低的塔底温度和塔釜泵允许的前提下的最高流量可获得最大热流量；另一股来自二甲苯塔的塔釜液，占塔底加热流量的80%，此热流量最终来源于二甲苯塔塔底再沸炉，减少用量可间接节省燃料气。

蒸馏装置所需热能取决于塔压和回流比。设计装置时，塔压取决于轻组分能否在塔顶顺利冷凝和塔顶干气能否顺利外送，所以装置运行正常后，根据实际情况，采用试探法降低塔压是塔节能的基本要求。

蒸馏装置所需热能一半以上取决于回流比，再沸器加热所需最少热能在很多情况下由最小回流比决定。而实际操作中，蒸馏塔应在分离纯度达到目标值的最佳回流比状态运行。设计装置时，设计回流比取决于根据塔盘分离效果及设计时的产品质量指标的高于最低回流比的初步给定回流比。装置实际运行时，产品的最低纯度不一定是设计的纯度，而需要实际生产中根据实际情况摸索出一个真正必要的纯度值，不能出现质量过剩。因设计余地问题设计上给出的回流比不一定代表装置运行所需的最低回流比。实际优化过程中，下调回流比中可能引起板效率下降，引起分离效果突然下降，这样需要采用试探的方法，在与分离纯度达到目标值时即确定为最佳回流比。

3 采取的措施

蒸馏塔的节能，可从2个方面着手。热能节减方面，蒸馏塔的塔压、产品质量指标和回流比的设计值多数留有余地，在生产步入正常后，从塔压开始，采用试探式优化方法进行优化，摸索出略有弹性的最佳值，使之处于最低能耗状态。热能回收方面，蒸馏塔的显热、潜热方面利用不足，应在新设计装置和改造装置中使用低温热回收技术，进一步完成蒸馏塔的节能。

最终单元脱庚烷塔，采取了尽可能降低塔顶操作压力，降低回流比的优化操作方法，减少塔底热源的热流量输入，从而减少了二甲苯塔塔底再沸炉燃料消耗，间接的节省了联合装置的燃料消耗。

通过采用监控塔顶塔底产品质量的同时逐天降低脱庚烷塔塔压的试探式优化方法，在保证塔操作平稳和产品质量合格的前提下，最终将塔压从设计值的0.79 MPa逐渐优化至目前的0.55 MPa，回流比从设计值的1.0降至0.4。脱庚烷塔优化后数据见表2，从表2可以看出进料温度较设计值低23 ℃，而塔釜液温度则较设计值降了5 ℃，简单从优化后和设计值间进料和塔釜液间热流量差比较，塔再沸器需要热流量就增加了0.8 MW；而塔底再沸器热源输入量则降至4.6 MW，较原设计降了3.33 MW。