加氫裝置加氫碳四冷后溫度偏高原因分析與對策

王婧(中石油蘭州寰球工程公司 甘肅 蘭州 730060)

一、概述

在某煉油廠輕碳四選擇性加氫裝置中，加氫碳四從脫二甲醚塔釜底出來，進入加氫尾氣冷卻器冷卻到40℃，然后進入下游的烷基化裝置繼續換熱，被冷卻到13℃，最后混入冷劑后溫度降為7℃左右，進入烷基化反應器參加烷基化反應。

目前，加氫碳四冷卻后溫度較高，即使把溫控調節閥和副線閥門開到最大，讓循環冷卻水最大量通過，加氫碳四的溫度也僅冷卻到60～65℃，達不到40℃的工藝指標要求。加氫碳四的冷后溫度過高，導致進入烷基化反應器的混合碳四的溫度高于7℃，超過了烷基化反應的最佳溫度范圍，使烷基化副反應增多，硫酸消耗增加，降低了裝置的加工能力。同時，生成的烷基化油的辛烷值降低，質量下降。

一、原因分析

1.設備因素

在裝置大檢修期間，對該加氫尾氣冷卻器的換熱管束進行了檢修清洗，清洗后加氫碳四冷卻后溫度仍未降下來，說明加氫碳四冷卻后溫度較高的原因不是冷卻水結垢嚴重造成的。原加氫尾氣冷卻器結構是4管程，換熱管為φ 19×2的光管，循環冷卻水走管程，管程多會使冷卻水的壓降較大，水量供應就不太充足，影響了冷卻效果。

2.工藝條件方面

根據車間技術人員提供的介質組成和操作條件，利用P R O/Ⅱ工藝軟件對加氫碳四的冷卻過程進行模擬計算，加氫碳四從85℃降到40℃，冷卻器的熱負荷為201.72×104KCa l/h，比原設計熱負荷高。究其原因，原設計利用技術專利商提供的工藝包中的操作參數和原料組成，加氫碳四在1.25 Mpa G、85℃時處于飽和液體狀態，從85℃冷卻到40℃，放出的熱量是液體的顯熱，所以熱負荷不太大。本次模擬計算發現，在原操作條件下，由于原料組成發生變化，輕組分含量增加，氣相量增加，使加氫碳四從85℃冷卻到40℃，放出的熱量主要是汽化潛熱，所以熱負荷變大。過高的熱負荷使原加氫尾氣冷卻器的換熱面積顯得偏小，不能滿足工藝冷卻要求。

根據計算結果分析和原料組成的對比，造成這種現狀的主要原因是原料組成的變化。加氫碳四經過脫二甲醚塔釜底的液位調節閥后，閥后部分加氫碳四氣相量增加，而物料的潛熱遠大于顯熱，就使得熱負荷比原設計大。

圖1 加氫碳四冷卻部分工藝流程圖

二、應對措施

從模擬計算結果來看，目前工況下冷卻器的熱負荷為201.72×104KCa l/h，需要循環冷卻水202 t/h，原冷卻器已不能滿足工藝要求，需重新選型更換。本次更換加氫尾氣冷卻器，仍采用浮頭式換熱器，單殼程，2管程，換熱管為φ 25×2.5的光管，循環冷卻水走管程。更換后的加氫尾氣冷卻器技術規格參數見表1。更換的加氫尾氣冷卻器設計消耗循環冷卻水202 t/h，加氫裝置消耗循環冷卻水總量為377 t/h。加氫裝置循環冷卻水總管為D N 250，最大輸送水量可達550 t/h，能滿足總水量377 t/h的供應要求，不用更換。考慮到加氫尾氣冷卻器循環冷卻水用量達到202 t/h，原有供水和回水支管的管徑需增大為D N 200。

表1 更換后加氫尾氣冷卻器技術規格表

三、總結及建議

1.降低加氫碳四的冷后溫度，可以使烷基化裝置的處理量提高2 t/h。按照74%的產品收率計算，可以增加烷基化油1.48t/h，全年可增加烷基化油11840 t/h。按照某公司提供的烷基化油的價格為9600元/噸計算，裝置年增效益11366.4萬元。按照某公司提供的原料單價為7000元/噸計算，裝置年增成本11200萬元。扣除原料成本，烷基化裝置年增毛利為166.4萬元，更換加氫尾氣冷卻器需要的總投資為73.82萬元，投資回收期不到半年，經濟效益較好。

2.為了確保輕碳四選擇性加氫裝置加氫碳四冷后溫度降到40℃，建議更換較大換熱面積的加氫尾氣冷卻器，這對于烷基化裝置意義很大。首先，可提高烷基化裝置的處理量；其次，可降低烷基化裝置濃硫酸的消耗，減少廢酸排放；最后，有利于減少烷基化反應的副反應，提高烷基化汽油的產品質量。

[1]劉巍,鄧方義.冷換設備工藝計算手冊（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2]中華人民共和國行業標準《浮頭式換熱器和冷凝器型式與基本參數》JB/T 4714-92.