茹衛(wèi)國(guó)

(中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315200)

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鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置綜合節(jié)能技術(shù)的探討

茹衛(wèi)國(guó)

(中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315200)

介紹了中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司芳烴裝置近年來(lái)采取的節(jié)能新技術(shù)，對(duì)新型三劑技術(shù)、低氧燃燒技術(shù)、低溫?zé)崂谩⒄羝芗?jí)優(yōu)化等技術(shù)方案及實(shí)施效果進(jìn)行探討，通過(guò)這些技術(shù)手段的實(shí)施，芳烴裝置單位能耗顯著降低，綜合效益良好，對(duì)同類裝置有良好的借鑒價(jià)值。

芳烴聯(lián)合裝置低溫?zé)峁?jié)能能級(jí)優(yōu)化

節(jié)能降耗是工業(yè)裝置技術(shù)進(jìn)步的永恒主題，中國(guó)石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司(以下簡(jiǎn)稱鎮(zhèn)海煉化)芳烴聯(lián)合裝置依托現(xiàn)有的公用工程，通過(guò)技術(shù)改造和技術(shù)攻關(guān)，廣泛應(yīng)用新型催化劑、新工藝技術(shù)等措施，消除裝置瓶頸，進(jìn)行升級(jí)改造，達(dá)到了很好的節(jié)能降耗效果。文章主要介紹了近年來(lái)該裝置采取新型三劑、加熱爐低氧燃燒、低溫?zé)峄厥?、蒸汽能?jí)優(yōu)化等綜合節(jié)能技術(shù)，并對(duì)實(shí)施效果加以探討。

1　應(yīng)用新型三劑技術(shù)降低裝置能耗

1.1應(yīng)用新型吸附劑

吸附劑的性能對(duì)于芳烴聯(lián)合裝置對(duì)二甲苯(PX)產(chǎn)品的純度和回收率、解吸劑循環(huán)量、吸附塔區(qū)域流量以及系統(tǒng)二甲苯循環(huán)量有直接影響，進(jìn)而影響到PX產(chǎn)品的產(chǎn)能和裝置能耗。鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置原先采用的吸附劑為IFP公司的SPX-3000，為進(jìn)一步提高PX產(chǎn)能并降低裝置能耗，于2012年將其更換為更高效的新型吸附劑SPX-3003。吸附劑更換后，裝置單位吸附原料所需循環(huán)解吸劑用量下降了16.67%，有效降低了裝置的電能消耗和后續(xù)分餾系統(tǒng)的能耗，同時(shí)，PX產(chǎn)量增加126 kt/a，單位能耗也因此而大幅降低10%左右。

1.2應(yīng)用新型甲苯歧化催化劑

甲苯歧化催化劑必須在氫氣氣氛下使用，循環(huán)氫量以及補(bǔ)充氫量都比較大，從而導(dǎo)致循環(huán)氫壓縮機(jī)和補(bǔ)充氫壓縮機(jī)的電能消耗較大。一般而言，反應(yīng)過(guò)程中的氫烴比越低，循環(huán)氫和補(bǔ)充氫量就越低，裝置能耗就越低。此外，甲苯歧化單元碳八芳烴(C8A)產(chǎn)物中乙苯(EB)質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低、PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，越有利于提高吸附分離單元分離效率，從而降低能耗[1]。

為進(jìn)一步提高甲苯歧化單元裝置運(yùn)行效率，降低裝置能耗，鎮(zhèn)海煉化于2014年將HAT-096甲苯歧化催化劑更換為更高性能的HAT-099，換劑前后裝置運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　兩種甲苯歧化催化劑運(yùn)行結(jié)果對(duì)比

由表1可知:通過(guò)應(yīng)用HAT-099新型催化劑，甲苯歧化單元的氫烴物質(zhì)的量比降低了35%，使得甲苯歧化單元裝置能耗大幅降低48.44%。此外，反應(yīng)產(chǎn)物中EB質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.33%降至0.28%，PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)由8.22%提高至8.80%，可以明顯降低異構(gòu)化單元和吸附分離單元的裝置能耗，從而進(jìn)一步降低芳烴聯(lián)合裝置能耗。

1.3應(yīng)用新型異構(gòu)化催化劑

異構(gòu)化單元是芳烴聯(lián)合裝置的重要組成部分，由于循環(huán)量大，該單元的運(yùn)行能耗對(duì)于芳烴聯(lián)合裝置的整體能耗影響非常大，是節(jié)能降耗的重要著眼點(diǎn)[2]。2014年，鎮(zhèn)海煉化將異構(gòu)化催化劑由原先的Oparis Plus更換為更高性能的Oparis Max，與前者相比，Oparis Max反應(yīng)初期的入口溫度低5 K，反應(yīng)壓力低0.06 MPa，而反應(yīng)產(chǎn)物中PX質(zhì)量分?jǐn)?shù)和EB質(zhì)量分?jǐn)?shù)更接近平衡濃度，并且C8A損失更小。兩種催化劑的性能對(duì)比見(jiàn)表2。

表2　兩種催化劑性能比較

從表2可以看出:Oparis Max催化劑各項(xiàng)性能指標(biāo)表現(xiàn)更優(yōu)異，特別是EB接近平衡率提高6.8個(gè)百分點(diǎn)，有效降低吸附進(jìn)料中最難與PX分離的EB質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有利于提高裝置產(chǎn)能，降低PX單耗，從而提高整體經(jīng)濟(jì)效益。

2　應(yīng)用加熱爐低氧燃燒技術(shù)

2.1技術(shù)原理

加熱爐是石化企業(yè)重要的耗能設(shè)備，同時(shí)也是二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)等氣體排放的主要來(lái)源之一。近些年，隨著節(jié)能環(huán)保壓力的增大，加熱爐的節(jié)能減排日益受到關(guān)注。此外，因排煙導(dǎo)致的熱量損失是影響加熱爐熱效率的關(guān)鍵因素，因此，降低排煙溫度，盡量減少過(guò)剩空氣成為降低排煙損失的重要措施。

控制煙氣中一氧化碳(CO)體積分?jǐn)?shù)水平的實(shí)質(zhì)是控制燃燒過(guò)程中過(guò)量氧氣(O2)的供給，使其符合理論燃燒配比，即低氧燃燒技術(shù)。以甲烷燃燒為例，當(dāng)甲烷與O2按照1∶2 的體積配比反應(yīng)時(shí)，燃燒產(chǎn)物只有CO2和H2O，即所有燃料被消耗干凈，沒(méi)有未燃燒組分和過(guò)?？諝饬粼谌紵覂?nèi)，此時(shí)燃燒過(guò)程產(chǎn)生的排放物最少，加熱爐的熱效率最高。

但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中要達(dá)到理論配比燃燒非常困難。傳統(tǒng)的加熱爐控制技術(shù)為保證操作安全必須預(yù)留一定的O2余量，這部分O2未經(jīng)燃燒而進(jìn)入到煙氣中，從而帶走大量熱量，導(dǎo)致加熱爐的能耗增加，污染物排放增多。當(dāng)燃燒空氣缺乏，O2量不足以使甲烷完全燃燒轉(zhuǎn)化為CO2時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一些CO，因此CO是燃燒的關(guān)鍵變量，其在煙氣中的體積分?jǐn)?shù)能直接表征燃燒的效果。根據(jù)煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)調(diào)節(jié)燃料和空氣的配比，使其接近理論配比，從而使加熱爐能以最小的燃料消耗滿足同樣的工藝要求，并在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生最少的排放物，從而可以從源頭上減少排放，實(shí)現(xiàn)加熱爐的節(jié)能、環(huán)保、安全運(yùn)行。

2.2技術(shù)改造方案

經(jīng)評(píng)估，鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置對(duì)PX加熱爐F401具備實(shí)施低氧燃燒技術(shù)改造條件，其具體技術(shù)改造方案如下(信息采集及控制策略見(jiàn)圖1)。

圖1　低氧燃燒項(xiàng)目控制方案示意

(1)在原DCS控制系統(tǒng)中納入CO體積分?jǐn)?shù)在線測(cè)量數(shù)據(jù)，以CO體積分?jǐn)?shù)為控制目標(biāo)，控制加熱爐燃燒所需的空氣量，代替原有的以O(shè)2為控制目標(biāo)的控制方式。CO體積分?jǐn)?shù)控制的設(shè)定值為0.005%～0.010%。

(2)在現(xiàn)有的鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的基礎(chǔ)上將增加燃燒率(負(fù)載曲線)來(lái)自動(dòng)設(shè)定與加熱爐燃料流量相關(guān)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。鼓風(fēng)機(jī)控制動(dòng)作將調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)速度以維持煙氣中CO 體積分?jǐn)?shù)在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)CO體積分?jǐn)?shù)微量升高時(shí)，增加鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)CO 體積分?jǐn)?shù)微量降低時(shí)降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

(3)在現(xiàn)有的引煙機(jī)轉(zhuǎn)速控制基礎(chǔ)上將增加爐膛壓力的自動(dòng)控制，另外，對(duì)O2以及其他變量的上下限進(jìn)行設(shè)置。

2.3低氧燃燒技術(shù)的實(shí)施效果

2014年12月中旬，鎮(zhèn)海煉化對(duì)芳烴聯(lián)合裝置加熱爐F401進(jìn)行了低氧燃燒技術(shù)裝置改造，通過(guò)調(diào)整燃燒配比將煙氣中的CO體積分?jǐn)?shù)控制值為0.005%～0.010%，煙氣中的O2體積分?jǐn)?shù)明顯降低，表明過(guò)量O2供應(yīng)的現(xiàn)象得到有效抑制。

實(shí)施低氧燃燒技術(shù)后，加熱爐煙氣中氧體積分?jǐn)?shù)從3.5%下降至0.5%左右，使加熱爐熱效率從92.4%提高至93.2%，甲烷消耗降低2 160 t/a，節(jié)能效果相當(dāng)明顯。在取得明顯節(jié)能效果的同時(shí)，該加熱爐的NOx和CO2排放也大幅減少，其中NOx減排總量為29.20 t/a，CO2減排總量為17.312 kt/a，表明該技術(shù)也具有很好的環(huán)保效益。低氧燃燒技術(shù)在操作層面打破了常規(guī)思維，為加熱爐調(diào)整開(kāi)拓了思路,具有很好的推廣價(jià)值。

3　低溫?zé)峄厥占夹g(shù)

鎮(zhèn)海煉化芳烴裝置吸附分離單元抽出液塔T202采用塔頂氣相物流由空冷進(jìn)行冷凝冷卻的流程，共設(shè)有4臺(tái)空冷器，冷凝冷卻負(fù)荷約21 MW，有較多的低溫余熱資源可以綜合利用。這些可利用的低溫余熱資源可以通過(guò)熱水換熱器為用戶提供所需熱源，既可以降低空冷的電耗，又可以增加裝置輸出150 ℃左右低溫位熱量，實(shí)現(xiàn)能源利用效益最大化，挖潛增效的效果非常明顯。同時(shí)，取走T202頂部熱量，也有利于解決夏季高溫生產(chǎn)時(shí)T202頂部物料在空冷全開(kāi)情況下，冷后溫度仍經(jīng)常遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值造成T202操作波動(dòng)的問(wèn)題。

3.1技術(shù)改造方案

吸附分離單元抽出液塔T202頂采出原工藝?yán)梅桨笧榭绽淦骼鋮s至130 ℃，可回收熱負(fù)荷21.517 MW，工藝參數(shù)及熱負(fù)荷情況見(jiàn)表3。

表3　低溫?zé)嵩碩202工藝參數(shù)

根據(jù)表3可知：吸附分離單元抽出液塔T202頂物料有約21 MW的低溫?zé)峥梢岳?，在PX聯(lián)合裝置中吸附分離單元抽出液塔T202頂新增兩臺(tái)抽出液塔頂氣-除氧水換熱器E215，回收T202頂氣低溫?zé)?，新增熱水循環(huán)系統(tǒng)所需熱水罐、熱水冷卻器、熱水泵。

鎮(zhèn)海煉化低溫?zé)崂眉夹g(shù)方案工藝流程見(jiàn)圖2。抽出液塔T202塔頂餾出物為粗對(duì)二甲苯，一部分進(jìn)入抽出液塔頂氣-除氧水換熱器E215AB(新增)，利用它的潛熱加熱除氧水至150 ℃。熱除氧水作為熱源利用后，冷除氧水(85 ℃)返回PX聯(lián)合裝置吸附分離單元，進(jìn)入熱水罐V510(新增)儲(chǔ)存，經(jīng)熱水泵P510AB(新增)提壓至1.4 MPa后進(jìn)入E215AB換熱至150 ℃。

圖2　抽出液塔T202頂熱水項(xiàng)目換熱示意

表4是低溫?zé)崂庙?xiàng)目標(biāo)定結(jié)果，在標(biāo)定期間抽出液塔T202頂?shù)蜏責(zé)峁灿?7.15 MW被除氧水取走，實(shí)現(xiàn)節(jié)能(以EO計(jì))約為12.9 kt/a。

表4　抽出液塔T202頂?shù)蜏責(zé)岚l(fā)生熱水項(xiàng)目標(biāo)定結(jié)果

3.2低溫?zé)崂眉夹g(shù)實(shí)施效果分析

項(xiàng)目實(shí)施后，低溫?zé)峥梢缘玫交厥眨琍X聯(lián)合裝置總能耗有一定的降低。吸附分離單元增加換熱器的能耗分析是基于吸附分離流程，針對(duì)低溫位熱利用的分析結(jié)果，所產(chǎn)生的效益只局限于本項(xiàng)目。

原吸附分離單元流程在未改造前，抽出液塔T202頂物料低溫?zé)崛拷?jīng)空冷器冷卻。 改造后，T202頂物料取熱20.51 MW用以加熱熱水250 t/h,低溫?zé)峄厥?0.51 MW，同時(shí)耗電165.1 kW，可以使PX裝置能耗(以標(biāo)油計(jì))降低15 kg/t(以產(chǎn)品為基準(zhǔn)), 低溫?zé)崂眉夹g(shù)實(shí)施后能耗分析見(jiàn)表5。

表5　低溫?zé)崂眉夹g(shù)實(shí)施后能耗分析

注：1)電力消耗量數(shù)據(jù)單位為kWh/h；

2)電力能耗以10.89 MJ/kWh折算。

此外，由于T202頂部熱量被取走，在增加T202負(fù)荷20%的情況下，還可停用2臺(tái)空冷，從而節(jié)約用電74 kW，既解決了夏季高溫生產(chǎn)時(shí)T202冷后溫度遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值的問(wèn)題，又實(shí)現(xiàn)能源利用效益最大化，節(jié)能效果非常明顯。

4　優(yōu)化芳烴聯(lián)合裝置蒸汽能級(jí)

蒸汽是芳烴聯(lián)合裝置綜合能耗中除燃料油和燃料氣之外的另一主要構(gòu)成部分，蒸汽能級(jí)越高，其對(duì)綜合能耗的貢獻(xiàn)越大。因此降低蒸汽消耗、合理使用蒸汽能級(jí)、少用或不用減溫減壓器對(duì)裝置節(jié)能具有重要意義。

鎮(zhèn)海煉化芳烴聯(lián)合裝置原設(shè)計(jì)產(chǎn)汽壓力分別為2.2 MPa和1.4 MPa，實(shí)際產(chǎn)汽壓力1.4 MPa，經(jīng)減溫減壓后并入公司1.0 MPa管網(wǎng)。Ⅳ重整脫已烷塔(T801)塔底再沸器E801A/B原設(shè)計(jì)使用22 t/h的3.5 MPa減溫后飽和蒸汽(250 ℃)作為熱源，將塔底物料由155 ℃加熱至160 ℃，苯抽提裝置使用約25 t/h的3.5 MPa減溫、減壓為2.2 MPa蒸汽作為裝置再沸熱源，這些環(huán)節(jié)都存在蒸汽高質(zhì)低用的不合理現(xiàn)象。

經(jīng)設(shè)計(jì)核算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，E801A/B使用的3.5 MPa飽和蒸汽完全可以由1.4 MPa過(guò)熱蒸汽替代,苯抽提裝置2.2 MPa再沸熱源可以由1.7 MPa過(guò)熱蒸汽替代，而歧化裝置可利用二甲苯塔(T104)塔頂物料的低溫?zé)釋⑺敯l(fā)生蒸汽的壓力等級(jí)從1.0 MPa提升至1.7 MPa，直接輸送至苯抽提裝置代替3.5 MPa蒸汽，從而可達(dá)到優(yōu)化蒸汽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源利用效益最大化的目的。

2012年，鎮(zhèn)海煉化按照上述優(yōu)化方案對(duì)芳烴聯(lián)合裝置蒸汽管網(wǎng)進(jìn)行了改造，在歧化裝置二甲苯塔頂新增一臺(tái)蒸汽發(fā)生器，具體的蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化方案見(jiàn)圖3。

圖3　蒸汽能級(jí)優(yōu)化利用示意

改造后，E110AB仍發(fā)生1.0 MPa蒸汽，但負(fù)荷由改造前125%降至目前103%，E110C發(fā)生1.7 MPa蒸汽17 t/h,經(jīng)F101-104對(duì)流段加熱為過(guò)熱蒸汽，供給苯抽提裝置用以替代3.5 MPa蒸汽，實(shí)現(xiàn)節(jié)能(以EO計(jì))1.2 kt/a。此外，用1.4 MPa歧化過(guò)熱蒸汽替代脫己烷塔底重沸器熱源3.5 MPa飽和蒸汽(正常用量22 t/h)，可節(jié)能(以標(biāo)油計(jì))約264 kg/h。通過(guò)蒸汽管網(wǎng)能級(jí)優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施，既使能源得到合理利用，又在一定程度上緩解了煉油新區(qū)1.0 MPa蒸汽過(guò)剩而3.5 MPa蒸汽不足的問(wèn)題，還消除了負(fù)荷過(guò)高的安全隱患，綜合效益顯著。

5　結(jié)束語(yǔ)

近幾年，鎮(zhèn)海煉化芳烴裝置在新技術(shù)應(yīng)用、低溫?zé)衢_(kāi)發(fā)、蒸汽能級(jí)優(yōu)化、DCS功能開(kāi)發(fā)、流程模擬等方面做了較多的嘗試，不斷總結(jié)創(chuàng)新，有效管控風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)裝置合理經(jīng)濟(jì)的節(jié)能優(yōu)化潛力進(jìn)行充分挖掘,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品增產(chǎn)和節(jié)能減排的最終目的，為公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了更高效益,也對(duì)同類裝置改造優(yōu)化具有很好借鑒意義。

[1]程文才，孔德金，楊德琴，等．HAT-095甲苯歧化與烷基轉(zhuǎn)移催化劑的研制與應(yīng)用[J].石油化工，1999，28(2)：109-110.

[2]廖巧麗，米鎮(zhèn)濤．化學(xué)工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

ABSTRACT

The new energy-saving technologies adopted by aromatics plant of SINOPEC Zhenhai Refining & Chemical Company were introduced. The techniques as three new agent technique, low oxygen combustion technique, low-temperature heat utilization technique, and steam level optimization technique, as well as their implementation effects were discussed. Through implementation of these techniques, the unit energy consumption of the aromatics plant was significantly reduced, and achieved good comprehensive benefits, which has good reference value for peer plants.

Discussion on Comprehensive Energy Saving Technology and Measures in Zhenhai Refining & Chemical Company

Ru Weiguo

(SINOPECZhenhaiRefining&ChemicalCompany,Ningbo315200)

baromatics united plant, low-temperature heat, energy saving, energy level optimization

2016-06-11。

茹衛(wèi)國(guó)，男，1981年出生，2001年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事芳烴生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

1674-1099(2016)04-0023-04

TQ241

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