壓縮機蒸汽驅動方案對芳烴聯合裝置能耗的影響

張樹廣，劉成軍，柳泉潤

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

對二甲苯(PX)是工業生產中十分重要的有機化工產品，在化纖、合成樹脂、農藥、醫藥和塑料等化工生產領域有著廣泛的用途[1-2]。隨著市場對PX需求的不斷增長，國內掀起了芳烴聯合裝置建設高潮，預計3～5年后芳烴市場將趨于飽和，PX市場的競爭會日漸激烈。降低芳烴聯合裝置的能耗，從而降低PX的生產成本、增加PX產品的市場競爭力成為芳烴生產廠家的重要任務。

芳烴聯合裝置的凝結水閃蒸和抽余液塔頂產生0.6 MPa的低低壓蒸汽(LLPS)用于換熱設備加熱還有剩余，由于LLPS等級低，外輸困難，所以一般用來發電[3-5]，但蒸汽發電的熱利用效率很低，因此會造成能量的浪費，導致芳烴聯合裝置的能耗較高。傳統的設計方案是用3.5 MPa的中壓蒸汽(MPS)驅動甲苯歧化和C8芳烴異構化單元的循環氫壓縮機(分別簡稱歧化、異構化循環氫壓縮機)，剩余的LLPS用于發電。最新的設計方案是剩余的LLPS經過蒸汽增壓機增壓成1.8 MPa的中壓蒸汽(IPS)，同時可以考慮采用LLPS或者IPS驅動歧化、異構化循環氫壓縮機，整個芳烴聯合裝置不輸出LLPS，也不采用LLPS發電，同時減少了系統外MPS的輸入量。通過優化芳烴聯合裝置的蒸汽網絡，可以降低芳烴聯合裝置的能耗[6-7]。

本課題以催化重整生成油(簡稱重整油)為原料，以1.5 Mta吸附法制PX芳烴聯合裝置為研究對象，以充分使用裝置內產生的LLPS和IPS、而不向裝置外輸送IPS和LLPS為目標，優化MPS或LLPS驅動歧化和異構化循環氫壓縮機的方案，并以能耗計算的方式評價5種不同驅動方案的優劣，供設計人員參考。

1 分析實例

1.1 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案一

芳烴聯合裝置使用的MPS從界區外輸入作加熱熱源和驅動歧化、異構化循環氫壓縮機的動力；抽出液塔頂產生1.2 MPa的低壓蒸汽(LPS)全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結水閃蒸產生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于發電，剩余LLPS經蒸汽壓縮機增壓至IPS，全部用于加熱熱源。此方案下的蒸汽換熱網絡見圖1。其中，重重整油指重整油中的C9、C10組分，以下同。

圖1 方案一的蒸汽換熱網絡

1.2 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案二

芳烴聯合裝置使用的MPS從界區外輸入作加熱熱源；抽出液塔頂產生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結水閃蒸產生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅動歧化異構化循環氫壓縮機的動力，剩余LLPS經蒸汽壓縮機增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯合裝置內不足的IPS由界區外輸入的MPS減壓供應。此方案下的蒸汽換熱網絡見圖2。

圖2 方案二的蒸汽換熱網絡

1.3 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案三

芳烴聯合裝置使用的MPS從界區外輸入作加熱熱源和驅動歧化循環氫壓縮機的動力；抽出液塔頂產生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結水閃蒸產生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅動異構化循環氫壓縮機的動力，剩余LLPS經蒸汽壓縮機增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯合裝置內不足的IPS由界區外輸入的MPS減壓供應。此方案下的蒸汽換熱網絡見圖3。

圖3 方案三的蒸汽換熱網絡

1.4 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案四

芳烴聯合裝置使用的MPS從界區外輸入作加熱熱源和驅動異構化循環氫壓縮機的動力；抽出液塔頂產生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結水閃蒸產生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于驅動歧化循環氫壓縮機的動力，剩余LLPS經蒸汽壓縮機增壓至IPS，全部用于加熱熱源，聯合裝置內不足的IPS由界區外輸入MPS減壓提供。此方案下的蒸汽換熱網絡見圖4。

圖4 方案四的蒸汽換熱網絡

1.5 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案五

芳烴聯合裝置使用的MPS從界區外輸入作加熱熱源；抽出液塔頂產生LPS全部用作加熱熱源；抽余液塔頂和凝結水閃蒸產生LLPS，部分用于加熱熱源，部分用于發電，剩余LLPS增壓至IPS，全部用于加熱熱源和驅動歧化、異構化循環氫壓縮機的動力，聯合裝置內不足的IPS由界區外輸入MPS減壓提供。此方案下的蒸汽換熱網絡見圖5。

圖5 方案五的蒸汽換熱網絡

2 歧化異構化循環氫壓縮機驅動方案能耗評價

2.1 能耗計算

表1 各驅動方案下的主要公用工程用量

從表1可以看出：采用MPS驅動歧化和異構化循環氫壓縮機和剩余LLPS蒸汽用于發電的方案一的能耗最大，原因是蒸汽發電的效率較低，最高僅能達到30%左右，造成大量熱能的浪費；采用LLPS驅動歧化和異構化循環氫壓縮機的方案二的能耗與方案一的能耗相差不大，原因是LLPS的利用效率低；采用MPS和LLPS分別驅動歧化和異構化循環氫壓縮機的方案三和方案四，能耗幾乎相同，原因是驅動歧化和異構化循環氫壓縮機時使用的LLPS的量相差不多；而采用IPS驅動歧化和異構化氫氣壓縮機的方案五能耗最小，原因是IPS比LLPS壓力高，熱利用效率也高。由表1還可以看出，與方案一相比，方案五的能耗降低232 MJt，按照裝置規模為1.5 Mta計算，則能耗每年降低3.48×108MJ。

2.2 公用工程費用計算

根據本單位公用工程的價格，5種驅動方案下PX產品的公用工程費用的計算數據如表2所示。由表2可知：能耗最高的方案一的公用工程費用也最高，方案二與方案一的公用工程費用幾乎相同；方案三和方案四的公用工程費用也幾乎相同，均低于方案一和方案二的公用工程費用；方案五的公用工程費用最低，比方案一低12.56元t，按照裝置規模為1.5 Mta計算，則每年的公用工程費用比方案一減少1 884萬元。

表2 各驅動方案下的公用工程費用 元h

表2 各驅動方案下的公用工程費用 元h

項 目方案一方案二方案三方案四方案五電20 33118 62919 83519 99921 2053.5 MPa蒸汽15 24616 70614 27813 97611 848凝結水-1 786-1 885-1 838-1 832-1 804循環水1 6331 6331 6331 6331 633除鹽水247247247247247除氧水6 2396 4956 4936 4936 538燃料氣106 800106 800106 800106 800106 800公用工程1)832.78832.30825.71824.97820.22

1)單位為元t。

3 結 論

(1)通過優化歧化、異構化循環氫壓縮機驅動方案，充分利用系統內部產生的的LLPS，做到不外輸LLPS，同時降低系統的能耗。經過能耗和公用工程費用對比，以使用IPS驅動歧化、異構化循環氫壓縮機的方案五的能耗和公用工程費用最低，同時從界區外引入MPS的量最小，減少了對界區外公用工程系統的依賴性，可以用作芳烴聯合裝置蒸汽換熱網絡的設計方案。

(2)由于各廠外部的公用工程條件存在差別，芳烴聯合裝置蒸汽換熱網絡的優化原則應從全廠蒸汽平衡出發，探討蒸汽利用方案及壓縮機驅動方式的最佳選擇，分析裝置的能耗構成及能耗水平，同時還應該考慮蒸汽、燃料氣和電能的價格體系，甚至根據整個公司公用工程系統情況進行優化，在保證芳烴聯合裝裝置平穩運行的情況下努力做到能耗最低、產品成本最低，以保證投產后裝置的經濟效益。