氣分裝置節(jié)能降耗優(yōu)化措施

李 紅

（揚(yáng)州石化有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225200）

0 前言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化和世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，節(jié)約能源，降本增效，是一項(xiàng)長期而緊迫的戰(zhàn)略任務(wù)，也是未來可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。氣體分餾裝置的主要作用是將催化裂化裝置來的液化烴分離出丙烯、丙烷及混合碳四作為聚丙烯與MTBE裝置的原料。分離過程采用精餾方式，能量使用密集，降低裝置能耗。

1 裝置簡介與能耗分析

1.1 裝置簡介

揚(yáng)州石化氣體分餾裝置設(shè)計(jì)加工量12萬t/年，采用常規(guī)三塔流程，原料液態(tài)烴來自上游催化裝置，由脫丙烷塔分離成碳二、碳三和碳四餾分。碳二、碳三餾分經(jīng)脫乙烷塔脫除碳二后，進(jìn)入丙烯精餾塔分離出丙烯和丙烷餾分。丙烷餾分外銷，碳四餾分和丙烯作為聚丙烯和MTBE裝置原料。主要能源消耗是塔底熱源（蒸汽、低溫?zé)幔┖蜋C(jī)泵耗能。氣體分餾裝置工藝流程見圖1。

圖1 氣體分餾裝置流程

開工投產(chǎn)以來，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，丙烯拔出率98.5%，丙烯純度≥99.5%，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，裝置已通過采用高效浮閥塔盤、應(yīng)用屏蔽泵、干氣密封泵、表面蒸發(fā)式空冷等新技術(shù)新設(shè)備，充分利用裝置內(nèi)部熱源給原料液態(tài)烴換熱、與催化裝置進(jìn)行熱聯(lián)合等措施，有效降低裝置能耗。但受上游裝置生產(chǎn)方案及市場影響，投產(chǎn)后相當(dāng)長時(shí)間液態(tài)烴加工量僅為設(shè)計(jì)能力的68%左右，投產(chǎn)當(dāng)年加工量更僅有設(shè)計(jì)能力的62%，處于裝置加工彈性范圍60%～110%的下限。投產(chǎn)當(dāng)年裝置單位能耗為63 kg標(biāo)油/t，比中石化平均水平高26%，在生產(chǎn)流程、工藝參數(shù)及生產(chǎn)方案調(diào)整等方面有較大優(yōu)化空間。

1.2 能耗分析

氣分裝置開工初期能耗狀況見表1（循環(huán)水用電已計(jì)入用電總量）。

表1 氣分裝置2011年耗能表

從表1可以看出，裝置實(shí)際運(yùn)行中，蒸汽與低溫?zé)嵴寄芎牡?3.07%,蒸汽的消耗同比設(shè)計(jì)值高56.95%，加熱耗能高是裝置高能耗的主要原因。 氣分精餾塔處理量一定時(shí),加熱耗能主要由回流及系統(tǒng)溫度、壓力決定。因此,要降低能耗須考慮優(yōu)化操作參數(shù)、流程及低負(fù)荷時(shí)的操作方案。

2 裝置能耗偏高的原因分析及解決措施

2.1 操作參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化

氣體分餾裝置開工后，工藝參數(shù)按照設(shè)計(jì)值執(zhí)行，但目前裝置負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)值的62%。生產(chǎn)中，脫丙烷塔回流比2.2，丙烯塔回流比22，均比設(shè)計(jì)值（1.8、15.35）高。資料顯示,氣分精餾塔的溫度、壓力、回流量的降低能顯著降低裝置能耗。計(jì)算表明，氣分精餾塔回流量每降低1 t，加熱能耗負(fù)荷可降低80～100 kW；降低操作溫度能增大傳熱溫差,提高熱源利用率，減少熱源用量；降低操作壓力能增大原料組分的相對揮發(fā)度,進(jìn)一步促使回流比的降低。

（1）丙烷塔（塔一）操作分析。脫丙烷塔塔頂碳四含量高，脫丙烷塔氣相負(fù)荷高于液相負(fù)荷，塔壓稍低，因此經(jīng)常出現(xiàn)塔頂帶碳四，提高操作壓力和液相負(fù)荷可以提高分離效率，相應(yīng)電耗和蒸汽耗量也會上升，降低塔氣相負(fù)荷，適降液相負(fù)荷，可滿足產(chǎn)品分離要求，操作有一定彈性，同時(shí)可降低能耗。

（2）丙烯塔（塔三）操作分析。丙烯塔塔頂丙烯純度99.8%，分離精度能滿足要求，但回流比為22，低負(fù)荷下以高氣液比來保證分離效率。氣體分餾裝置產(chǎn)品丙烯是供給聚丙烯裝置作為原料使用，丙烯純度只要滿足≮99%，因此，適當(dāng)降低塔頂丙烯純度，犧牲部分操作彈性，降低氣液相負(fù)荷，可降低丙烯塔能耗。

（3）操作過程調(diào)整。分兩步降低塔壓與回流比，采用最小回流比、低壓進(jìn)行操作，各塔壓力降低0.1～0.2 MPa，回流比脫丙烷塔由2.2降至1.8，丙烯塔回流比由22降至16，調(diào)整后降低蒸汽 0.7～1.0 t/h。

2.2 低溫?zé)崃鞒痰恼{(diào)整與優(yōu)化

氣分裝置另一主要熱源是低溫位熱水，氣分-常壓、催化裝置低溫?zé)嵯到y(tǒng)使用的低溫?zé)崴猿捍呋b置取熱后作為丙烯塔的熱源，丙烯塔取熱完畢后重新回到常壓催化裝置循環(huán)。實(shí)際運(yùn)行中來水溫度偏低，不夠補(bǔ)充氣分丙烯塔所需熱量，仍需補(bǔ)充蒸汽。而同時(shí)催化裝置技改后液態(tài)烴收率由29%提高至34%，富氣量明顯增加，分餾塔頂油氣冷卻效果惡化，汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行達(dá)到最大負(fù)荷。為提高油氣冷卻效果，減少蒸汽使用，充分利用低溫位熱量，對低溫?zé)崃鞒踢M(jìn)行調(diào)整。

低溫?zé)崴鞒谭謨刹竭M(jìn)行改造，（1）將壓縮富氣前冷卻器移位至分餾塔頂油氣冷卻器后。解決分餾塔頂負(fù)荷大，熱媒水與壓縮富氣前冷卻器換熱后，不能滿足分餾塔頂油氣冷卻器換熱需求的問題。項(xiàng)目實(shí)施后丙烯塔不需再使用蒸汽作為熱源。（2）由于催化裝置熱量仍然富裕，氣分裝置取熱不完全，回水溫度偏高，運(yùn)行中不得不采用循環(huán)水為低溫?zé)崴禍亍橛行Ю脽嵩磳⒚撘彝樗{入低溫?zé)嵯到y(tǒng)。將脫乙烷塔塔底重沸器更新改造，增大傳熱面積，流程調(diào)整為常壓-催化回水—脫乙烷塔塔底重沸器—丙烯塔塔底重沸器，丙烯塔塔底熱源不夠由蒸汽重沸器補(bǔ)充。

改造實(shí)施后，催化出裝置熱媒水溫度上升4℃，有效利用低溫?zé)崃客仍黾?0.12%，減少蒸汽使用1.2 t/h，降低蒸汽費(fèi)用115萬元。

2.3 冬季伴熱優(yōu)化

由于工藝需要，氣分裝置低點(diǎn)和儀表測量處會積存的水分，冬季會凍凝，裝置設(shè)計(jì)為使用蒸汽進(jìn)行伴熱。蒸汽伴熱是強(qiáng)伴熱，通常用于重油組分，氣分裝置屬于輕烴介質(zhì)，只需要弱伴熱（電伴熱）即可。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)冬季蒸汽伴熱開啟后，蒸汽流量較未開啟前多0.9 t/h，按每年開啟伴熱3個(gè)月計(jì)，該為電伴熱后，年節(jié)省蒸汽1944 t，僅多耗電6.38萬kW·h。

3 優(yōu)化改進(jìn)效果

氣分操作參數(shù)、換熱流程與伴熱方式的優(yōu)化改進(jìn),生產(chǎn)實(shí)踐證明在保證產(chǎn)品質(zhì)量及操作平穩(wěn)的同時(shí)節(jié)能效果顯著。氣分裝置單位綜合能耗從63 kgeo/t同比降至41.3 kgeo/t，熱源耗能由83.07%同比降至75.5%,年降低能耗費(fèi)用近300萬元。