通過優(yōu)化新鮮蠟進料方式降低能耗

趙大偉，郭永成，宋 兵，蘇龍舉，鄧 艾，史總周

（中國石油撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧 撫順 113001）

通過優(yōu)化新鮮蠟進料方式降低能耗

趙大偉，郭永成，宋 兵，蘇龍舉，鄧 艾，史總周

（中國石油撫順石化公司洗滌劑化工廠，遼寧 撫順 113001）

本文從烷基苯聯(lián)合裝置能量守恒的角度出發(fā)，分了析更改新鮮蠟的進料方式對設備運行的影響，列舉了更改新鮮蠟進料至脫烷烴塔集油箱的優(yōu)點，并計算出回收的熱量和節(jié)約的金額。這項改進措施降低了壓縮機負荷并提高了氫氣純度，最終達到了節(jié)能降耗的目的。

烷基苯；節(jié)能降耗；新鮮蠟；脫烷烴塔；循環(huán)氫氣壓縮機；回收熱量

撫順石化公司洗滌劑化工廠烷基苯聯(lián)合裝置的生產工藝是采樣UOP脫氫-烷基化工藝。其中，脫氫裝置是以直鏈C10～13的烷烴作為原料，生產C10～13的直鏈烯烴；烷基化裝置是以C10～13正構烯烴（其中烯烴含量為11wt%）為原料，在氫氟酸為催化劑的情況下，與苯發(fā)生烷基化反應。通過優(yōu)化新鮮蠟進料流程，可以達到提高脫氫反應器進料溫度、最終降低烷基苯聯(lián)合裝置綜合能耗的效果。

本文從能量守恒原理和避免影響烷基苯聯(lián)合裝置運行的角度出發(fā)，分析如何回收熱能、提高脫氫反應器的進料溫度，并計算出節(jié)約的資金數(shù)額，從而達到節(jié)能、降耗，提高效益的目的。

1. 概述

脫氫裝置進料由新鮮蠟和循環(huán)烷烴組成，通常稱為聯(lián)合進料。新鮮蠟來自儲運車間的外購輕蠟（溫度約30℃），由儲運車間使用新鮮蠟泵送至脫氫裝置內，在FIC-2117控制閥下控制流量，進入進料緩沖罐V-2101。這部分烷烴（新鮮蠟）是用來補充脫氫反應中所消耗和損失的部分烷烴。同時，其進料量由質量流量計FQI-21001進行累計。循環(huán)烷烴來自烷基化裝置脫烷烴塔C-2205頂部集油箱，經(jīng)FIC-2214控制閥控制流量。在脫氫裝置內，首先與產品分離器V-2102循環(huán)回流換熱器E-2102換熱，再用道生油換熱器E-2104加熱，溫度上升到130℃，從頂部進入兩臺串聯(lián)使用的氧化鋁處理器R-2103，經(jīng)活性氧化鋁脫除物料中的氟離子。經(jīng)過處理的循環(huán)烷烴進入進料緩沖罐V-2101內，與新鮮蠟混合。V-2101內的混合物由反應器進料泵P-2102抽出，送往聯(lián)合進料換熱器E-2101。此進料泵P-2102的烷烴在進入聯(lián)合進料換熱器E-2101前與來自循環(huán)壓縮機K-2101的循環(huán)氫混合（氫氣∶烷烴＝6∶1）。由E-2101出來的聯(lián)合進料進入進料加熱爐H-2101，被加熱到475～482℃后直接送入脫氫反應器R-2101A/B。

新鮮蠟進料的流程見圖1，新鮮蠟和循環(huán)烷烴物料的組成（質檢車間分析數(shù)據(jù)）見表1。

2. 結果與討論

2.1 更改新鮮蠟進料方式后參數(shù)變化

新鮮蠟經(jīng)過FV-2117控制閥由直接進入V-2101罐，更改為在FIC-2216控制閥后進入脫烷烴塔集油箱（見圖1中的更改流程）。

通過更改流程，烷基苯裝置參數(shù)迅速變化，最主要的變化參數(shù)是循環(huán)氫氣壓縮機電流降低和V-2101罐底TI-2162溫度升高（見圖2和圖3）。

2.2 參數(shù)變化原因分析

1）新鮮蠟通過脫烷烴塔加熱后進入V-2101緩沖罐，溫度（TI-2162溫度指示）升高至191℃：原因一是通過脫烷烴塔集油箱出口TI-2216時溫度沒有變化，可以看出新鮮蠟的溫度由30℃升高到110℃是由于吸收了E-2216空冷的負荷；二是新鮮蠟在經(jīng)過E-2102換熱器時，溫度升高至120℃，這是由于吸收了E-2103空冷器的負荷（E-2102殼程物料流量260m3/h，溫度133℃，流進E-2103空冷器；管程循環(huán)烷烴流量約120m3/h，溫度110℃）；三是通過E-2104換熱器吸收H-2501加熱爐負荷（該處能量交換，造成H-2101脫氫加熱爐部分負荷轉移到H-2501熱油加熱爐，由于脫氫加熱爐排煙溫度高與H-2501熱油加熱爐，所以該處能量轉移屬于節(jié)能操作）。

圖1 新鮮蠟進料流程示意圖

表1 新鮮蠟和循環(huán)烷烴物料的組成（質檢車間分析數(shù)據(jù)）

圖2 循環(huán)氫氣壓縮機電流降低示意圖

圖3 V-2101罐底TI-2162溫度升高示意圖

表2 更改新鮮蠟進料方式前后數(shù)據(jù)對比

表3 更改新鮮蠟進料方式前后氫氣組成分析數(shù)據(jù)對比

2）K-2101壓縮機的電流從186A下降至180A：其原因是，新鮮蠟中溶解微量的水（質檢車間分析新鮮蠟中含有300～500ppm的水份）、氮氣和不凝氣等輕組分，被加熱進入脫氫反應器參與脫氫反應，造成產生的氫氣中攜帶氮氣和微量的輕組分，導致氫氣純度下降，K-2101壓縮機電流偏高。當新鮮蠟進入脫烷烴負壓塔后，新鮮蠟被加熱到110℃。新鮮蠟中的輕組分（微量的水、氮氣和不凝氣等）在6.0kPa（絕對壓力）和110℃的操作條件下被分離出來，新鮮蠟再進入脫氫反應器，沒有了多余的組份，使K-2101壓縮機中的氫氣純度升高，以至于循環(huán)氫氣壓縮機電流下降。

3）V-2101罐底TI-2162溫度升高10℃，造成循環(huán)烷烴經(jīng)過E-2101換熱器后進入脫氫加熱爐H-2101的入口溫度表TI-2140升高，以至于H-2101加熱爐負荷下降，達到節(jié)省渣油消耗。

4）脫氫反應器出入口溫差增加，說明脫氫反應效果好；凈產氫流量下降，說明氫氣純度上升（從質量分數(shù)93.25%升高到95.88%，循環(huán)氫氣的平均分子量從4.13下降到3.27）。

2.3 電能消耗分析

1）儲運新鮮蠟泵的電耗：新鮮蠟泵出口輸送的位置從V-2101緩沖罐（操作壓力370kPa）改至脫烷烴塔集油箱（操作壓力為6.0kPa絕對壓力）。這樣，由于壓力下降，造成新鮮蠟泵做功減少，導致新鮮蠟泵電流降低，電耗下降。

表5 根據(jù)不同的比熱數(shù)據(jù)計算出不同的金額

2）新鮮蠟并入脫烷烴塔冷回流進入集油箱：理論上，增加脫烷烴塔頂P-2210泵功率，會消耗電能。但在實際操作中，變電所中P-2210泵指針式電流表的電流沒有增加（P-2210泵出口流量約900m3/h，所以增加新鮮蠟流量13m3/h對P-2210泵的功率影響?。?。

3）E-2216空冷器風扇電機變頻調低30%，可以節(jié)約空冷風機的電耗。

2.4 節(jié)約資金核算

脫氫裝置降低的能耗分為循環(huán)氫壓縮機節(jié)約的電能和新鮮蠟吸收的熱能。因為增加了脫氫加熱爐入口物料的溫度，使脫氫加熱爐的負荷下降。

2.4.1 新鮮蠟吸收的熱量計算

先查閱UOP烷基苯裝置工藝數(shù)據(jù)手冊，獲得不同溫度下的烷烴比熱數(shù)據(jù)，見表4。

表4 不同溫度下的烷烴比熱數(shù)據(jù)

再按下式計算新鮮蠟吸收的熱能：Q=cm△T

式中，Q是熱能，c是烷烴比熱容，m是烷烴質量，△T是溫度差。

然后，根據(jù)最小比熱c＝0.496kcal/Kg.℃、新鮮蠟流量10t/h、溫度差為90℃，計算出最小熱量：

熱量Q=cm△T=0.496★10★1000★90=446400

=4.464×105kcal/h

最后，根據(jù)燃料油1噸成本為3400元（撫順洗化廠燃料實際價格）、燃料油的熱值為10000kcal/kg、加熱爐效率91%，計算出每天最低收益金額為：

4.464 ×105÷10000×(3400÷1000)÷91%×24

=4002.8元/天

2.4.2 循環(huán)氫壓縮機節(jié)約的電能

經(jīng)查看，循環(huán)氫氣壓縮機K-2101電機的工作電壓為6000V。

由循環(huán)氫壓縮機的電流值減少5A，代入根據(jù)三相電路的視在功率計算公式：

式中，S是視在功率，U是電壓，I是電流，度是千瓦時。

一天節(jié)省電能：51.96×24=1247.04度

按照電價是0.58元/度電，一天節(jié)省金額為：1247.04× 58=723.28元

結合上面的兩種計算結果，可得出更改新鮮蠟進料方式的收益為：4002.88+723.28=4726.16元/天

此外，由于V-2101罐底TI-2162溫度升高了10℃，造成脫氫加熱爐進料溫度升高，以至于微降脫氫加熱爐負荷。

3. 結論

烷基苯聯(lián)合裝置的節(jié)能降耗工作一直在持續(xù)開展中，各種節(jié)能措施不斷地被發(fā)掘出來，同時都取得了效益。通過優(yōu)化新鮮蠟的進料方式，既能夠達到降低烷基苯聯(lián)合裝置能耗的目標，又降低了壓縮機負荷，還提高了循環(huán)氫氣的純度。同時，微降脫氫加熱爐的負荷也具有降低烷基苯裝置能耗的作用。最重要的是，對脫氫裝置和烷基化裝置而言，該項改動不會增加裝置的操作難度或影響產品質量。

因此，對于類似的原料轉化率低的脫氫裝置（需要過量原料循環(huán)生產產品的裝置），可以通過優(yōu)化進料部分達到回收熱量節(jié)能降耗的目的。該項改動措施對于其他類似裝置也具有較好的參考價值。

[1] 中國石油撫順石化公司洗滌劑化工廠生產分廠編寫. 脫氫裝置操作規(guī)程[Z]. 2014年6月1日實施.

[2] 劉光啟, 馬連湘, 劉杰. 化學化工物性數(shù)據(jù)手冊[M]. 青島化工學院和全國圖算學培訓中心組織編寫. 2002.5.

[3] 夏清, 陳常貴. 化工原理[M]. 天津大學出版社. 2005.

[4] 林平勇, 高嵩主編. 電工電子技術[M]. 北京: 高等教育出版社. 2000.8 (2002重印).