煉油廠氣體分餾裝置用能的集成和優化

李宜蓉，張紅晨

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

煉油廠氣體分餾裝置用能的集成和優化

李宜蓉，張紅晨

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

一般煉油廠中氣流分餾裝置應用范圍比較廣，能量流相對來說比較密集，所以對該裝置的節能研究有重要意義。

分餾裝置；熱媒水；高低壓雙塔流程；換熱網絡

1 基本設備概述

本文研究的氣體分餾裝置由6塔和13個熱交換器組成。具體的系統示意圖如圖1所示。

圖1 氣體分餾裝置流程圖

首先，FCC中的LPG進入脫丙烷塔C-1，并且分為C3和C4。C-1塔頂部的輕餾成分將會進入脫乙烷塔C-2，C2將從塔C-2頂部消除。來自C-2底部的丙烯和丙烷進入丙烯塔C-3/4，混合物主要包括高純度丙烯和高純度丙烷。C-1底部的出來的物質進入塔C-5，其中大部分C4從C-5的頂部移除，其余的C4從C-6的頂部排出。該設備可以處理FCC中的30萬t/a LPG，其中主要產品是聚合物級丙烯（99.6%）。該設備的熱源是FCC的熱媒水，具體數值為420t/h，溫度是94℃（回水溫度為66.5℃）。1.0MPa蒸汽的一部分為C-1和C-6的再沸器提供熱量，另一部分與FCC的熱介質水混合，使得熱介質水的溫度從94℃升高到116℃。然后熱介質水給C-2，C-4和C-5的再熱鍋爐提供熱量。該系統運行的單位能耗為3 537MJ/t，1.0MPa蒸汽的熱量為1 754MJ/t，占能源消耗總量的約49.69%，來自FCC的熱媒水的熱量為1 363MJ/t，占能源消費總量的38.54%，用電量為420兆焦耳/t，約占能源消耗的11.90%。但是在中國平均單位能耗是2 760～3 260 MJ/t，所以該裝置具有潛在的節能功率[1]。

2 關于運行中的能源使用情況的分析處理

顯然蒸餾屬于一種高能量過程，因此它是過程能源集成技術的重要研究部分。一種常規蒸餾塔如圖2所示。

圖2 蒸餾塔的溫度-焓關系圖

在溫度TR（TR1，TR2）圖中QR單元的熱流通過再沸器引入塔中，在較低的溫度TC（TC1，TC2）中，在冷凝器中消耗QC的熱量，該蒸餾塔可由T-H圖上的四邊形來表示。可以通過在上下范圍內通過移動溫度四邊形的從而改變面積大小來增加或降低壓力。已知熱效應和冷加工之間的傳熱溫差為72～124℃，較大的溫差可能會導致能量損失較大。因此可以使用多效蒸餾來降低溫差，從而降低能量損失。

3 節能工程

在對應用過程中能量集成技術的設備進行分析時，通過對以下過程進行修改，可以顯著改善整個工藝流程。

3.1 C-5和C-3的熱集成

該熱水公司為C-5的再熱鍋爐提供熱量，C-5頂部的蒸氣向C-3的再沸器提供熱量。熱量使用兩次，所以熱利用和冷應用的消耗量將會降低。通過系統優化，考慮到運營成本和資本投入，C-5的操作壓力從0.7MPa提高到1.15MPa，所以C-5頂部的運行溫度將會從53℃上升到75℃，最后底部工作溫度從60℃升至89℃。C-5頂部的蒸汽向C-3的再沸器提供熱量，并且1.0MPa的介質可以為C-5的再沸器提供熱量。

3.2 高低壓雙塔工藝

在運行狀態下，1.0MPa蒸汽給C-1的再熱鍋爐提供熱量，此時的操作壓力為1.75MPa。在改造過程中，通過高低壓雙塔工藝代替單塔工藝實現了除去丙烷的工藝。高壓塔采用非鋒利分裂，C-1A頂部餾分中沒有C4，C-1A底部僅有一點C3。C-1A底部的溫度會降低，因此熱介質水而不是1.0MPa的蒸汽可以為C-1A的再鍋爐提供熱量，低壓塔采用鋒利分裂。通過降低操作壓力，C-1B底部的溫度也將降低，因此熱介質水也可以為C-1B的再鍋爐提供熱量。

優化的基本目標是最小化成本，其中優化的限制是再沸器和冷凝器存在的溫差。優化過程中可以改變的是高壓塔和低壓塔的運行壓力，C-1A底部C3的濃度，同時也要考慮系統的操作靈活性。通過優化可以選擇適當的操作參數。

在C-1A頂部，C-1A底部，C-1B頂部，C-1B底部的溫度分別為45℃，81℃，43℃，80℃，熱媒水可以為C-1A和C-1B的再鍋爐提供熱量，這樣可以增加低溫用戶并為能源整合創造一定的條件。

4 結論

該項目是通過應用過程能源集成技術提出的，通過對大量氣體分餾裝置的研究，最終實現節能優化這個目標。這種新技術既可靠，同時節能效果非常顯著，普遍來說有很高的應用價值。以本文討論的案例而言，每年可節省大約6 000多t標準煤，具有一定的經濟效益和社會效益。用于除去丙烷技術和多效蒸餾技術的雙塔已經在實踐中有了一定的應用。該項目可以根據工藝要求和環境變化進行裝置的調整，非常靈活方便，最后達到可行的條件。

中國有100多個氣體分餾裝置。在這些裝置中我們可以看到很多常見的特性，特別是能源密集型的特征，所以進行氣體分餾裝置用能的集成和優化具有非常重要的意義。

[1] 張偉，何佳瑋，薛媛媛.煉油廠氣體分餾裝置用能的集成和優化分析[J].中國化工貿易，2014，（17）.

Integration and Optimization of Energy Use in Gas Fractionation Plant of Refinery

Li Yi-rong，Zhang Hong-chen

The application range of airflow fractionating device in general refinery is relatively wide，and the energy flow is relatively dense，so it is very important to study the energy saving of the device.

fractionation device；hot medium water；high and low pressure twin tower process；heat transfer network

TE624.2

：B

：1003–6490（2017）04–0091–01

2017–03–28

李宜蓉（1990—），女，四川成都人，初級工程師，主要從事氣體分餾裝置工作。