苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置聯(lián)合運(yùn)行節(jié)能技術(shù)探討

張廣偉

（大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶 163714）

節(jié)能技術(shù)

苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置聯(lián)合運(yùn)行節(jié)能技術(shù)探討

張廣偉

（大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶 163714）

某石化企業(yè)的苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置都是用于生產(chǎn)苯乙烯單體的裝置，產(chǎn)能分別為90 kt/a和100 kt/a。由于2套裝置原料分配不合理，造成能源浪費(fèi)，且直影響上下游物料平衡。通過工藝技術(shù)改進(jìn)，將2套裝置不同工藝包的2個(gè)單元合并成1套完整的裝置聯(lián)合運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了裝置節(jié)能的目的。

苯乙烯；節(jié)能；技術(shù)開發(fā)；聯(lián)合運(yùn)行

某石化企業(yè)擁有苯乙烯裝置和乙苯脫氫裝置，生產(chǎn)淡季時(shí)，單獨(dú)運(yùn)行苯乙烯裝置，不能滿足下游ABS裝置需求，原料存在較大缺口，如外購苯乙烯成本較高，卸車還存在巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)2套裝置全開，雖能滿足下游需求，但裝置負(fù)荷過低，能耗很高。由于2套裝置的設(shè)計(jì)、產(chǎn)能、設(shè)備等多方面存在的差異較大，將不同工藝包的2個(gè)單元合并成1套完整的裝置，需要解決乙苯單元蒸汽合理應(yīng)用、工藝流程變更、能量平衡、聯(lián)鎖保護(hù)、公用工程平衡等技術(shù)問題［1］。

1 項(xiàng)目總體思路及技術(shù)方案

1.1 總體思路

乙苯脫氫裝置的工藝包較苯乙烯裝置的工藝包晚了10 a，在設(shè)計(jì)上需采用多項(xiàng)節(jié)能降耗的先進(jìn)技術(shù)，苯乙烯裝置已經(jīng)運(yùn)行17 a，設(shè)備陳舊，工藝較落后。如果將苯乙烯裝置的乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯(lián)合運(yùn)行，可以形成優(yōu)勢互補(bǔ)、取長補(bǔ)短的合理運(yùn)行模式。

苯乙烯裝置經(jīng)過2005年的改擴(kuò)建后，乙苯單元由原來的氣相分子篩工藝改為液相分子篩工藝生產(chǎn)乙苯。在新應(yīng)用的UOP/Lummus工藝包的設(shè)計(jì)中，由苯回收塔和烷基化反應(yīng)放出的巨大熱量被轉(zhuǎn)化成壓力為0.4 MPa、溫度為160℃的低等級蒸汽，這些蒸汽被用作脫氫精餾塔的再沸蒸汽。如果乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯(lián)合生產(chǎn)，那么苯乙烯裝置的脫氫單元就必須停下來，這些蒸汽將無法被消耗，將直接制約乙苯單元的生產(chǎn)負(fù)荷。因此，乙苯單元的副產(chǎn)蒸汽能否在乙苯脫氫裝置得到合理應(yīng)用是聯(lián)合運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵，是工藝包整合的核心技術(shù)。

通過對乙苯脫氫裝置所應(yīng)用的工藝包的研究和分析，蒸汽過熱爐HS-2201所使用的主稀釋蒸汽是由電廠提供的1.0 MPa蒸汽，其他各等級蒸汽系統(tǒng)是基本平衡的，蒸汽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較獨(dú)立完整的。結(jié)合乙苯單元蒸汽不平衡的問題綜合分析，將乙苯單元副產(chǎn)的蒸汽作為乙苯脫氫裝置蒸汽過熱爐的稀釋蒸汽的替代蒸汽，既解決了乙苯單元蒸汽不平衡的問題，又能降低乙苯脫氫裝置能耗，這樣2套工藝包才有整合的可能性，乙苯單元與乙苯脫氫裝置聯(lián)合運(yùn)行才有可能性。如果能將乙苯單元副產(chǎn)蒸汽引入乙苯脫氫裝置蒸氣過熱爐作為稀釋蒸汽替代原有的1.0 MPa蒸汽，能夠解決乙苯單元蒸汽系統(tǒng)不平衡的瓶頸問題，使聯(lián)合運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)；乙苯脫氫裝置外網(wǎng)1.0 MPa蒸汽消耗將大幅度降低，聯(lián)合運(yùn)行后所產(chǎn)的苯乙烯產(chǎn)品成本降低，使裝置生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)得到最佳優(yōu)化［2］。

1.2 技術(shù)方案

1.2.1 理論分析乙苯單元副產(chǎn)蒸汽替代乙苯脫氫蒸汽過熱爐原設(shè)計(jì)蒸汽的可行性需要進(jìn)行理論核算和試驗(yàn)。利用苯乙烯裝置乙苯單元自產(chǎn)蒸汽后，加熱爐出口溫度達(dá)到原設(shè)計(jì)溫度（842℃）時(shí)才能滿足生產(chǎn)的要求。故只需計(jì)算在HS-2201設(shè)計(jì)負(fù)荷下，蒸汽經(jīng)過HS-2201的對流段及福射段后出口溫度能否達(dá)到的設(shè)計(jì)值即可。根據(jù)工藝包中提供的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)，結(jié)合苯乙烯裝置乙苯單元副產(chǎn)蒸汽的工藝條件，對HS-2201的負(fù)荷進(jìn)行了模擬核算。考慮到苯乙烯車間裝置乙苯生產(chǎn)能力為90 kt/a，而乙苯脫氫裝置苯乙烯的生產(chǎn)能力為100 kt/a；當(dāng)產(chǎn)能都為90 kt/a時(shí)，乙苯脫氫單元不需要加熱這么大的稀釋蒸汽流量。當(dāng)乙苯單元與乙苯脫氫裝置產(chǎn)能同為90 kt/a，進(jìn)入蒸汽過熱爐的蒸汽量減少至原設(shè)計(jì)值的90%，即由18 150 kg/h減少到16 335 kg/h時(shí)，蒸汽過熱爐完全可以提供反應(yīng)所需的熱量，理論上可滿足2套裝置的聯(lián)合運(yùn)行的技術(shù)要求。

1.2.2 現(xiàn)場試驗(yàn)為檢驗(yàn)理論模擬核算結(jié)論的正確性，為設(shè)計(jì)部門提供科學(xué)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，裝置技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)真研究制定《蒸汽過熱爐應(yīng)用乙苯單元蒸汽現(xiàn)場試驗(yàn)方案》，按照方案的目標(biāo)和步驟，分5個(gè)梯度降低主蒸汽的入口溫度，通過降低主蒸汽流量來保證過熱爐出口溫度、過熱爐燃料量不變。當(dāng)蒸汽過熱爐蒸汽入口溫度降低到166℃時(shí)，維持過熱爐負(fù)荷不變，主稀釋蒸汽流量需要降低到原工藝包設(shè)計(jì)值的92%才能保證過熱爐出口溫度TI-2109維持在837～840℃。該工況下的操作數(shù)據(jù)與理論模擬核算的數(shù)據(jù)非常接近。在燃料量和過熱爐出口溫度不變的工況下，蒸汽過熱爐可以加熱原設(shè)計(jì)流量92%的蒸汽流量，能夠滿足乙苯脫氫裝置在90%的負(fù)荷下運(yùn)行。同時(shí)，與理論模擬核算的結(jié)論基本一致，可以證明理論核算的準(zhǔn)確性［3］。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施

由于2套苯乙烯裝置應(yīng)用完全不同的工藝包，因此各自的蒸汽管網(wǎng)控制系統(tǒng)差異也非常大。綜合考慮2套裝置特性、聯(lián)合運(yùn)行后安全穩(wěn)定等因素，通過增設(shè)蒸汽管線將2套裝置的蒸汽系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起，形成統(tǒng)一的有機(jī)體整。

2.1 運(yùn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立

對2套裝置蒸汽管網(wǎng)中產(chǎn)汽設(shè)備、用汽設(shè)備及管網(wǎng)穩(wěn)定的影響評價(jià)分析，確定乙苯單元與蒸汽系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備對管網(wǎng)擾動(dòng)影響至關(guān)重要。在乙苯單元龐大的蒸汽控制系統(tǒng)中，LP2蒸汽管網(wǎng)的一個(gè)壓力控制系統(tǒng)PIC-2613B卻成為影響兩苯安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心。同時(shí)，確定PIC-2613B為核心控制系統(tǒng)，并向相關(guān)部門提出要求。將PIC-2613引入乙苯脫氫裝置DCS控制，或至少顯示其重要參數(shù)，利于整個(gè)蒸汽系統(tǒng)的控制和2套裝置的安全運(yùn)行。

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2.2 保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)乙苯單元副產(chǎn)蒸汽引入乙苯脫氫蒸汽過熱爐以后，由于流程改變、操作參數(shù)改變，原有聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)不具備保護(hù)人員和設(shè)備的需要。通過對新工藝流程和2套裝置的關(guān)聯(lián)性的分析和研究，提出“一觸發(fā)，三動(dòng)作”的聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)入過熱爐蒸汽管線上的電磁閥要采用具備流量調(diào)節(jié)功能的電磁閥，這樣非常有利于對蒸汽過熱爐安全和脫氫催化劑壽命的保護(hù)。

2.3 工藝管線優(yōu)化設(shè)計(jì)

來自乙苯單元的蒸汽為飽和蒸汽，從起點(diǎn)到終點(diǎn)需要經(jīng)過大約400 m管線，流動(dòng)過程產(chǎn)生的壓降和溫降，使蒸汽溫度降得更低，并會(huì)產(chǎn)生凝液。帶有凝液的蒸汽進(jìn)入過熱爐后汽化，系統(tǒng)壓力將會(huì)劇烈波動(dòng)，損壞膨脹節(jié)，形成安全隱患。同時(shí)，大幅度增加了蒸汽過熱爐的負(fù)荷，增加了燃料的消耗。尤其是在裝置開車初期，該管線蒸汽流量低，溫度和壓力將會(huì)更低，對蒸汽過熱爐的影響就更大。為克服該不利因素的影響，經(jīng)過技術(shù)人員核算，提出增加1條蒸汽暖管線，并帶有流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。增設(shè)該暖管線后，既可以解決蒸汽帶液的問題，又能解決乙苯單元負(fù)荷大于乙苯脫氫裝置時(shí)所產(chǎn)生蒸汽排放不掉的難題，確保前后負(fù)荷自如調(diào)整［4］。

2.4 配管現(xiàn)場勘察

乙苯單元引入的蒸汽管線需要沿著已有的管廊鋪設(shè)，管廊空間位置很有限，現(xiàn)場配管設(shè)計(jì)難度非常大。工程技術(shù)人員多次勘察現(xiàn)場，并提供給設(shè)計(jì)單位。同時(shí)明確提出必須設(shè)置的排凝導(dǎo)淋位置，提醒設(shè)計(jì)單位管線流向的坡度的設(shè)置，在確保安全的前提下盡量減少脹力彎的數(shù)量。

2.5 全過程跟蹤施工

項(xiàng)目在施工過程中裝置技術(shù)人員配合施工方及時(shí)跟進(jìn)跟蹤施工，保證全程監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度和施工質(zhì)量，對于在施工過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)研究改進(jìn)方案，避免出現(xiàn)影響項(xiàng)目投用的問題發(fā)生，使得項(xiàng)目施工進(jìn)展順利。

3 投用后效果對比

項(xiàng)目實(shí)施后對不同負(fù)荷和運(yùn)行模式（3種工況）下的能耗指標(biāo)進(jìn)行對比。

（1）工況Ⅰ：90 kt/a苯乙烯裝置滿負(fù)荷工況下最好能耗為16 155 MJ/t。

（2）工況Ⅱ：2套苯乙烯裝置低負(fù)荷運(yùn)行實(shí)際能耗為20 700 MJ/t。

（3）工況Ⅲ：該項(xiàng)目在此工況下實(shí)施后實(shí)際能耗為13 549 MJ/t。

工況Ⅲ的能耗低于前2種工況。由此可知，聯(lián)合運(yùn)行后，節(jié)能效果十分顯著。同時(shí)，從根本上解決了淡季苯乙烯原料供需不平衡的問題。

自2013年9月該項(xiàng)目投用后，乙苯脫氫裝置90%負(fù)荷的情況下可消耗乙苯單元副產(chǎn)蒸汽11.11 t/h，2套裝置工藝運(yùn)行參數(shù)正常、物料及蒸汽系統(tǒng)平衡、關(guān)鍵設(shè)備過熱爐及壓縮機(jī)運(yùn)行正常、所有分析數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過對聯(lián)合運(yùn)行項(xiàng)目的標(biāo)定，該項(xiàng)目累計(jì)節(jié)約1.0 MPa蒸汽112.1 kt，實(shí)現(xiàn)效益1 435.6萬元。裝置能耗從20 700 MJ/t，降低到13 549 MJ/t，實(shí)現(xiàn)效益400萬元。

所以，苯乙烯裝置與乙苯脫氫裝置組成1套裝置聯(lián)合運(yùn)行，既能保證裝置負(fù)荷自由調(diào)整，又能保證下游裝置的原料需求［5］。

4 結(jié)束語

該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了2套裝置優(yōu)勢資源的有效利用，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益可觀，符合“清潔生產(chǎn)，節(jié)能減排，提質(zhì)增效”的企業(yè)發(fā)展和經(jīng)營的需要。在乙苯原料充足，苯乙烯效益好的生產(chǎn)旺季，還可以將苯乙烯裝置的脫氫單元重新開滿負(fù)荷，提高2套裝置的產(chǎn)能，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目的成功實(shí)施，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)外同行業(yè)相關(guān)的技術(shù)空白，同時(shí)為裝置節(jié)能減排、提質(zhì)增效方面的科技創(chuàng)新、自主技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用開辟出一條新路，符合當(dāng)前環(huán)保低碳、清潔生產(chǎn)的要求。

［1］于美紅，叢林，宋守剛，等.苯乙烯工藝技術(shù)改進(jìn)及應(yīng)用［J］.現(xiàn)代化工，2010（10）：16-19.

［2］王明福，齊航.苯乙烯裝置用能分析及節(jié)能措施［J］.齊魯石油化工，2007（3）：43-45.

［3］宋守剛，于美紅.苯乙烯裝置蒸汽過熱爐節(jié)能技術(shù)改進(jìn)［J］.河南化工，2009（10）：32-34.

［4］尤景紅.苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)對比［J］.沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（2）：185-188.

［5］張曉宇.苯乙烯裝置節(jié)能措施研究［J］.橡塑資源利用，2014（6）：31-37.

Technical discussion on energy-saving technology of combined operation of styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant

Zhang Guangwei
（No.3 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Both of the styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant in a petrochemical enterprise are the plants used for producing benzene,and the capacity are 90 kt/a and 100 kt/a respectively.The unreasonable materials allocation of these 2 plants caused energy wasting and directly influenced the up-stream and down-stream material balance.Through process technology improvement which combined the 2 units of 2 plants of different PDP into 1 set of integrated plant to have combined operation,the energy-saving target is realized.

styrene;energy-saving;technical improvement;combined operation

TQ241.21

B

1671-4962（2017）04-0063-03

3017-03-13

張廣偉，男，工程師，2004年畢業(yè)于齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事化工生產(chǎn)管理工作。