脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐燃料系統(tǒng)優(yōu)化

李延海

（海南實(shí)華嘉盛化工有限公司，海南洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū) 578101）

海南實(shí)華嘉盛苯乙烯裝置由8萬(wàn)t·a-1催化干氣制乙苯裝置及乙苯中間罐區(qū)、8萬(wàn)t·a-1乙苯脫氫制苯乙烯裝置及苯乙烯中間罐區(qū)組成。脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301是苯乙烯裝置的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)提供210kPa過(guò)熱蒸汽的方式，給脫氫第一反應(yīng)器R-301、第二反應(yīng)器R-302提供反應(yīng)需要的熱量。蒸汽過(guò)熱爐F-301由2個(gè)分開的輻射爐膛和一個(gè)共同的對(duì)流段組成。低壓蒸汽（溫度為147℃，壓力為210kPa）通過(guò)分液罐D(zhuǎn)-611進(jìn)入蒸汽過(guò)熱爐F-301的對(duì)流段加熱，加熱到630℃左右，再進(jìn)入蒸汽過(guò)熱爐F-301輻射段A室進(jìn)一步加熱，加熱到818℃進(jìn)入到脫氫第二反應(yīng)器R-302級(jí)間換熱器，將二段脫氫反應(yīng)器的進(jìn)料加熱到所需的溫度。在換熱后，主蒸汽返回到蒸汽過(guò)熱爐F-301輻射段B室重新加熱，溫度從589℃升到817℃后進(jìn)入脫氫第一反應(yīng)器R-301，為脫氫第一反應(yīng)器R-301提供所需反應(yīng)熱量。

1 蒸汽過(guò)熱爐燃料系統(tǒng)概述

由于裝置在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生脫氫尾氣、烴化尾氣及苯乙烯焦油等廢氣、廢料，合理利用這些廢氣、廢料作為蒸汽過(guò)熱爐加熱燃料，平衡裝置自產(chǎn)物料，降低能耗。蒸汽過(guò)熱爐F-301A室用燃料氣作為加熱燃料,B室采用燃料油和燃料氣混合加熱燃料，燃燒器為燃料油與燃料氣混燒的聯(lián)合燃燒器。苯乙烯脫氫系統(tǒng)改造前流程見(jiàn)圖1，改造后流程見(jiàn)圖2。

圖1 苯乙烯脫氫系統(tǒng)改造前流程

圖2 苯乙烯脫氫系統(tǒng)改造后流程

2 改造內(nèi)容及處理措施

2.1 停用精餾系統(tǒng)焦油燃料

合理利用裝置生產(chǎn)的廢氣、廢料，脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301B室設(shè)計(jì)采用燃料油與燃料氣混合燃燒器，以苯乙烯精餾系統(tǒng)精苯乙烯塔C-403塔釜物料經(jīng)薄膜蒸發(fā)器E-414合理回收苯乙烯的焦油和裝置生產(chǎn)的烴化尾氣、脫氫尾氣為燃料。但在實(shí)際生產(chǎn)中，燃燒焦油給脫氫系統(tǒng)的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)較大的波動(dòng)和諸多不利因素。因?yàn)?，苯乙烯精餾系統(tǒng)精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油，雖然經(jīng)過(guò)薄膜蒸發(fā)器E-414回收大部分苯乙烯產(chǎn)品，但還是含有一定量的苯乙烯產(chǎn)品，而苯乙烯產(chǎn)品的性質(zhì)，在高溫下易發(fā)生自聚反應(yīng)，生成苯乙烯聚合物，導(dǎo)致燃料油火嘴經(jīng)常嚴(yán)重堵塞，影響蒸汽過(guò)熱爐F-301的正常燃燒。清理火嘴時(shí)蒸汽過(guò)熱爐出口溫度大幅度波動(dòng)，引起脫氫反應(yīng)溫度大幅度波動(dòng)。

苯乙烯脫氫蒸汽過(guò)熱爐以焦油為燃料，雖然解決了裝置自產(chǎn)的廢料，達(dá)到自產(chǎn)物料平衡，又節(jié)約燃料資源，但由于燃燒時(shí)火嘴易堵塞造成脫氫反應(yīng)溫度波動(dòng)較大而頻繁，大大縮短了脫氫反應(yīng)催化劑的使用壽命。經(jīng)綜合考量，為了保護(hù)脫氫反應(yīng)催化劑的使用壽命，優(yōu)化生產(chǎn)平穩(wěn)操作，公司決定停止以焦油作為燃料，而把苯乙烯焦油作為副產(chǎn)品銷售。從停用苯乙烯精餾系統(tǒng)精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油作為燃料的使用情況來(lái)看，確實(shí)達(dá)到了預(yù)期效果，優(yōu)化了裝置的平穩(wěn)運(yùn)行生產(chǎn)。

2.2 燃料氣帶液處理

脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301使用的燃料氣是由乙苯裝置烴化尾氣吸收塔C-103產(chǎn)出的烴化尾氣和脫氫系統(tǒng)自產(chǎn)的脫氫尾氣。自裝置開工以來(lái)，燃料氣帶液比較嚴(yán)重，主要是由脫氫尾氣所夾帶。這不僅影響加熱爐的正常燃燒和脫氫反應(yīng)溫度波動(dòng)，而且使液體在燃料氣管路低點(diǎn)U型袋處積存，形成液封，導(dǎo)致管路流通截面積大大減小，阻力增大，使得燃料氣系統(tǒng)前面尾氣壓縮機(jī)K-301出入口壓力增大，增大壓縮機(jī)做功，而蒸汽過(guò)熱爐單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的燃料氣量相對(duì)減小，致使燃料氣控制閥開度很大，也達(dá)不到脫氫反應(yīng)所需溫度。

脫氫尾氣帶液的主要原因，是由于本裝置使用的是國(guó)產(chǎn)脫氫尾氣壓縮機(jī)，所需的入口噴淋水量較大，而且壓縮機(jī)出口管路的布置也存在較大的缺陷，壓縮機(jī)出口至高點(diǎn)的尾氣冷凝器E-310之間存在低點(diǎn)U型袋，壓縮機(jī)出口排水至油水分離器D-305的排水管直徑（DN25）較小，再加上壓縮機(jī)出口有苯乙烯聚合物的存在，使得壓縮機(jī)出口管路中的水不能及時(shí)排至油水分離器D-305，而在壓縮機(jī)出口管路低點(diǎn)的U型袋處大量積存，形成液封，脫氫尾氣流通截面積大大減小。這不僅導(dǎo)致脫氫尾氣壓縮機(jī)出入口壓力上升，增大透平汽輪機(jī)做功和3.5MPa蒸汽消耗量，而且脫氫尾氣在高阻力下打破水封夾帶大量液體進(jìn)入尾氣吸收塔。因脫氫尾氣夾帶大量液體，而尾氣吸收塔C-302是間歇式排水，循環(huán)吸收劑量比設(shè)計(jì)值偏小，很難實(shí)現(xiàn)氣液兩相的完全分離，從而使脫氫尾氣帶液最終至蒸汽過(guò)熱爐F-301燃料氣系統(tǒng)。

為解決燃料氣帶液這一問(wèn)題，公司在大檢修中做了如下處理：

（1）為了消除尾氣壓縮機(jī)出口管路阻力，降低尾氣壓縮機(jī)出入口壓力，使壓縮機(jī)出口管路中的液體完全順利排至油水分離器D-305，在壓縮機(jī)出口管路中增設(shè)分液罐D(zhuǎn)-309，尾氣壓縮機(jī)出口排水管徑由原來(lái)的DN25改為DN50,同時(shí)將壓縮機(jī)出口管路適當(dāng)提高，消除尾氣壓縮機(jī)出口管路低點(diǎn)的U型袋。經(jīng)過(guò)改造，不但可以回收全部工藝凝液，而且可以降低尾氣壓縮機(jī)K-301出入口壓力，降低透平汽輪機(jī)做功，減少3.5MPa蒸汽用量，更為重要的是解決脫氫尾氣夾帶大量液體進(jìn)入燃料氣系統(tǒng)，影響蒸汽過(guò)熱爐F-301的正常燃燒，引起脫氫反應(yīng)溫度大幅度波動(dòng)。

（2）適當(dāng)提高尾氣吸收塔的吸收劑循環(huán)量，加強(qiáng)尾氣吸收塔C-302間歇排水次數(shù)。

2.3 更換蒸汽過(guò)熱爐F-301B燃燒器為低壓火嘴燃燒器

苯乙烯脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301B室設(shè)計(jì)采用燃料油和燃料氣混合加熱燃料燃燒器，因脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐燃料系統(tǒng)改造，停用精餾系統(tǒng)精苯乙烯塔C-403塔釜采出焦油，蒸汽過(guò)熱爐只燃燒燃料氣。為了降低脫氫尾氣壓縮機(jī)K-301出入口壓力，減少壓縮機(jī)功耗，降低3.5MPa(G)蒸汽用量，從而降低脫氫反應(yīng)壓力，蒸汽過(guò)熱爐B室的燃燒器由原來(lái)的燃料油、燃料氣混燒火嘴改為低壓火嘴，并且把燃料油燒嘴改為燃料氣燒嘴，蒸汽過(guò)熱爐的燃料氣系統(tǒng)壓力由原來(lái)的0.06MPa降至0.03MPa。

3 改造成果

通過(guò)大檢修對(duì)苯乙烯脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301燃料系統(tǒng)進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行觀察，改造效果較為明顯。停止使用苯乙烯精餾系統(tǒng)精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油后，苯乙烯脫氫系統(tǒng)運(yùn)行更為平穩(wěn)，催化劑使用壽命也有所延長(zhǎng)。經(jīng)脫氫尾氣壓縮機(jī)K-301出口管路增設(shè)分液罐D(zhuǎn)-309和更換蒸汽過(guò)熱爐F-301B室燃燒器為低壓火嘴燃燒器后，燃料氣帶液得到了有效的控制，燃料氣系統(tǒng)管網(wǎng)壓力由原來(lái)的0.060~0.065MPa降至現(xiàn)在的0.025~0.030MPa。脫氫尾氣壓縮機(jī)K-301出入口壓力由32~38 kPa(A)降至28~33kPa(A)，壓縮機(jī)入口噴淋水量明顯減少，透平汽輪機(jī)所消耗3.5MPa蒸汽用量明顯降低，乙苯脫氫系統(tǒng)轉(zhuǎn)化率及負(fù)荷明顯提高。脫氫系統(tǒng)改造前后參數(shù)變化列于表1。

表1 脫氫系統(tǒng)改造前后參數(shù)變化表

從表1明顯看出反應(yīng)轉(zhuǎn)化率同比增長(zhǎng)5% ，脫氫反應(yīng)乙苯進(jìn)料量同比增加2500kg·h-1，即：

苯乙烯產(chǎn)量平均同比增加：2500×(63%+65%)÷ 2=1600kg·h-1；

K-301的3.5MPa蒸汽能耗平均同比下降：1.5×88=132kg標(biāo)油；

K-301脫鹽水能耗平均同比下降：1×2.3=2.3kg標(biāo)油；

綜合能耗同比下降：(132+2.3)÷(16×64%）=13.1kg標(biāo)油·(t SM)-1；

全年苯乙烯產(chǎn)品提高：1.6×8400=13440t；

全年綜合能耗下降：13.1×8400=110040kg標(biāo)油。

4 小結(jié)

2009年苯乙烯裝置大檢修對(duì)脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301燃料系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造效果非常明顯，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在苯乙烯脫氫系統(tǒng)提高處理能力的同時(shí)，起到了節(jié)能降耗的效果，全年綜合能耗可降低110040kg標(biāo)油。脫氫反應(yīng)壓力降低2~3kPa,脫氫反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高達(dá)65%，全年多產(chǎn)苯乙烯產(chǎn)品高達(dá)13440t。脫氫系統(tǒng)蒸汽過(guò)熱爐F-301燃料系統(tǒng)雖仍帶有微量的液體，但帶液量明顯降低，對(duì)蒸汽過(guò)熱爐影響較小，脫氫反應(yīng)溫度相對(duì)穩(wěn)定。本次改造不僅保障了裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，優(yōu)化生產(chǎn)操作，而且節(jié)能降耗效果非常顯著。