芳烴抽提裝置的節能優化

【摘?要】苯、甲苯和二甲苯是生產各類化學品的重要原料，抽提精餾是廣泛應用的芳烴生產工藝，但能耗較高，其節能優化至關重要。通過實施各項節能措施，芳烴聯合裝置能效不斷提高，公司生產經濟效益穩步提升。對于其他芳烴裝置節能降耗有一定的借鑒意義。

【關鍵詞】芳烴抽提裝置;節能優化

引言

裂解汽油和重整油是生產芳烴的重要原料;芳烴抽提是主要生產工藝，按照分離原理不同主要分為液-液萃取和抽提精餾。液-液萃取是借助抽提溶劑對于各組分溶解度的差異分離組分;抽提精餾則利用烴類中的各組分相對揮發度不同提取高純度芳烴。抽提精餾工藝的抽提溶劑選擇性較高、原料普適性較強、溶劑損失更少。近年來，該工藝得到了更多化工企業的青睞。但由于該工藝需要多個塔才能完成分離，操作費和設備費均較高，因此，其節能優化至關重要。

1芳烴抽提裝置

抽提系統的主要目的是從富含芳烴的C6～C8餾分中回收芳烴。混合芳烴（C6～C8組份）進入抽提塔，與來自回收塔底的貧溶劑逆流接觸進行液-液抽提。抽提塔塔頂的大部分抽余液（非芳烴）直接送到抽提塔的進口，用于稀釋進料中的芳烴以改善抽提效果;另一部分抽余液經冷卻后送到抽余油水洗塔。塔底的富溶劑與來自回收塔底部的貧溶劑換熱后送入汽提塔塔頂。汽提塔再沸器用蒸汽加熱。含有非芳烴和部分芳烴的汽提塔塔頂蒸汽經冷凝冷卻后進入汽提塔頂罐分離;輕質非芳烴和輕質芳烴經加壓后送入抽提塔，水送至水汽提塔塔頂;塔底液送至溶劑回收塔以分離出芳烴和回收溶劑。回收塔塔頂蒸汽經冷凝后進入回收塔回流罐分離凝水和混合芳烴，底部再沸器用蒸汽加熱;一部分混合芳烴回流到回收塔塔頂，另一部分作為合格料送至混合芳烴中間罐。回流罐中的水送去抽余液水洗塔作為洗滌水;塔底貧溶劑經水汽提塔再沸器冷卻后，一部分去汽提塔作溶劑，另一部分經貧富溶劑換熱器換熱后作抽提塔的溶劑。精餾系統的主要目的是從混合芳烴中分離苯、甲苯和混合二甲苯。混合芳烴經苯塔進料/甲苯產品換熱器、苯塔進料/混合二甲苯產品換熱器及苯塔進料換熱器預熱后進入苯塔。苯塔全回流操作;塔底有兩個再沸器，一個由甲苯塔塔頂物料提供全部熱源，另一個的熱量由中壓蒸汽提供;塔中段采出苯;苯塔塔底產品送至甲苯塔。甲苯塔塔頂物料經苯塔再沸器冷卻后，一部分作為塔頂回流返回甲苯塔，另一部分經苯塔進料/甲苯產品換熱器和甲苯產品冷卻器冷卻后送往甲苯產品罐。塔底的混合二甲苯經與混合芳烴換熱后進入儲罐。

2換熱網絡能耗分析現行裝

置中已考慮了冷熱物流之間的集成和能量回收，例如苯塔的進料經與甲苯和混合二甲苯換熱實現了兩股產品流熱量的回收，溶劑回收塔塔底的貧溶劑給水汽提塔再沸器提供能量。取最小傳熱溫差為10℃，對現行裝置的換熱網絡進行夾點分析可知，該換熱網絡夾點處熱物流溫度為138℃，冷物流溫度為128℃;所需最小加熱公用工程30650kW，所需最小冷卻公用工程28626kW。現行換熱網絡的節能潛力較小，理論節能量為1170kW，占加熱公用工程的3.8%，占冷卻公用工程的4.1%。由于其改造需調整和更換多臺換熱器、投資回收期較長，未對換熱網絡進行優化改造。

3苯塔和甲苯塔的集成優化

除換熱網絡外，以能量為分離劑的精餾塔是耗能大戶，對其進行優化也有顯著的節能效果;最簡單的方案是優化回流比/回流量。在該裝置中，抽提塔和水洗塔塔底再沸器均通過熱物流加熱，而苯塔和甲苯塔還需消耗大量蒸汽。因此，可考慮對這兩個精餾塔進行優化。苯塔為全回流操作，苯從側線采出。現行生產中回流量為71.5t/h，塔底總熱負荷為9856kW，由中壓蒸汽和甲苯塔塔頂熱物流共同加熱，中壓蒸汽用量為2.34t/h，提供1360kW的熱量。塔頂空冷器和水冷器熱負荷為9920kW。維持其它操作條件不變的情況下，在模擬得到苯塔塔頂回流量、側線產品苯的質量分數、甲苯塔甲苯產品的質量分數和苯塔塔底再沸器熱負荷隨塔頂循環量的變化。在其他操作條件不變的情況下，只有當苯塔回流量大于43.7t/h時，才能同時滿足苯產品質量分數>99.9%、甲苯產品質量分數>99.8%的生產要求。考慮到操作彈性，回流量取為56.0t/h，對應的再沸器負荷為8190kW，可在原基礎上減少熱負荷1666kW。苯塔塔底再沸器可不用中壓蒸汽進行供熱，節約中壓蒸汽2.34t/h。流經苯塔再沸器的甲苯塔塔頂熱物流的流量可減小為67.74t/h。同時，循環量下，空冷器冷凝負荷為7150kW，在原基礎上減小2120kW，按每冷卻1000kW的熱量耗電40kW計算，可減少耗電84.8kW，冷凝器E-211冷凝負荷為520kW，可在原基礎上減少熱負荷130kW，冷卻水用量可節省23.0t/h。現行系統中，甲苯塔的回流比為3.44，塔頂總出料量為81.38t/h，回流量為63.08t/h，塔底熱負荷為9370.64kW。在苯塔優化的基礎上可進一步優化甲苯塔的回流量。設置回流量在34～82t/h（回流比1.9～4.5）變化時，利用AspenPlus對甲苯塔進行靈敏度分析，可得塔頂出料量、甲苯產品質量分數、甲苯塔塔底再沸器熱負荷、塔頂物流供熱量隨之變化。在其他操作條件不變的情況下，只有當回流量大于36.3t/h（回流比>2）時，才能滿足甲苯塔甲苯產品的質量分數>99.8%的生產要求。同時，當回流量大于50.08t/h（回流比>2.76），即該塔塔頂的總流量大于70.2t/h，其塔頂物流可用于為苯塔的再沸器提供所需的全部熱負荷（8190kW）。考慮到操作彈性，選擇甲苯塔的回流量為53.4t/h（回流比2.92），此塔頂流量為71.9t/h，苯塔塔底不需要額外的中壓蒸汽供熱，甲苯塔塔底熱負荷為9092kW，節能278.64kW，減少高壓蒸汽用量為0.6t/h。優化后，苯塔節約中壓蒸汽2.34t/h，甲苯塔節約高壓蒸汽0.6t/h，空冷能耗減小2120kW，減少耗電84.8kW（按每冷卻1000kW的熱量耗電40kW估算），節約冷卻水22.75t/h。高壓蒸汽、中壓蒸汽、水、電的價格分別按150元/t、120元/t、2元/t、0.5元/（kW·h）計算，每年開工時間8000h，每年可節省費用366.96萬元，無需進行管路改造和增加投資。

4在芳烴抽提裝置中，有多臺以能量為分離劑的精餾塔，多個需要加熱和冷卻的流股組成換熱網絡。換熱網絡集成可通過有效地分析物流間的換熱、設計具有最佳熱回收效果和最低設備投資費用的換熱器網絡。精餾塔節能主要集中在以下兩個方面（1）采用精餾節能技術，如中間再沸器和冷凝器技術、側線精餾技術、熱泵技術、多效精餾、熱耦合精餾技術等，從單個設備的角度降低能耗。（2）將精餾塔與換熱網絡集成以達到節能的目的，從系統整體的角度優化用能。

結束語

通過不斷從裝置用能現狀開展技術分析并有序進行各項新型節能降耗手段的研究、實踐，同時有效控制生產運行風險。芳烴聯合裝置節能降耗取得了一定成果，同時也促進了分公司經濟效益的提升。

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作者簡介：康劭玲，助理工程師、技師，本科。

（作者單位：重慶科技學院?機械工程學院）