苯乙烯裝置蒸汽過熱爐節(jié)能減排技術研究及應用

文_林亞祥 中海石油寧波大榭石化有限公司

苯乙烯主要用作合成樹脂、離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體，也可用于制藥、染料、農藥以及選礦等行業(yè)，應用十分廣泛。目前，國內苯乙烯主要是采用乙苯絕熱脫氫技術生產(chǎn)，其產(chǎn)品成本除原料價格影響之外，能耗占比較大。為此，節(jié)能技術的開發(fā)利用可提高產(chǎn)品的競爭力，為企業(yè)創(chuàng)造更大效益。

1 技術改造內容

1.1 苯乙烯蒸汽過熱爐本體改造

苯乙烯蒸汽過熱爐是采用“A”“B”室雙輻射爐膛共用一個對流段的立式方箱爐，是為乙苯脫氫反應器提供熱源的關鍵設備，爐管位于爐膛中央，爐管兩側布置多種燃料混燒的聯(lián)合燃燒器，燃燒器共有24臺套。其改造分為兩部分。

1.1 更換燃燒器

將24臺套燃燒器全部更換為低氮燃燒器，降低氮氧化物排放。采用了行業(yè)領先的燃料分級燃燒及煙氣內循環(huán)的原理，通過分級燃燒的形式降低火焰中心溫度，使得熱力型NOx大幅降低，同時通過噴嘴高速射流在爐膛內形成煙氣內循環(huán)，把靠近爐膛外壁的溫度較低的煙氣引到燃燒區(qū)，使得火焰燃燒區(qū)的溫度和氧含量濃度進一步降低，從而NOx值可以進一步降低。燃燒器及低氮燃燒技術見圖1。

圖1 燃燒器及低氮燃燒技術示意圖

NOx形成機理為快速或直接轉化型、燃料轉化型、熱力型或熱轉化型。在火焰高溫區(qū)空氣中的N2和O2在高溫條件下反應生成，分子式為：

熱力學NOx的生成量和燃燒溫度關系很大，在溫度足夠高時，熱力NOx的生成量可占到NOx總量的90%，隨著反應溫度的升高，其反應速率按指數(shù)規(guī)律增加。

當溫度＜1300℃時，NOx的生產(chǎn)量不大，當溫度＞1300℃時，每增加100℃，NOx反應速率增大6～7倍。

1.2 增加對流段翅片換熱管

對蒸汽過熱爐對流段進行改造，利用底部翅片管空間，增加40根15m長，直徑141mm的翅片管及彎頭箱，增加換熱面積，有效利用煙氣余熱，降低排煙溫度。

1.3 新增凝液熱交換器

在工藝水汽提塔進料管線上增加一臺換熱器E317，優(yōu)化裝置低低壓凝液余熱利用。利用裝置自產(chǎn)的低低壓凝液對進塔工藝水進行加熱，減少原進料預熱器SP3024的0.25MPa蒸汽耗量，換熱后的蒸汽凝液溫度由109℃左右降低至80℃，送至苯乙烯蒸汽過熱爐對流段進行取熱，進一步降低排煙溫度。

2 技術應用效果

裝置利用2021年4月大檢修期間實施技術改造，該項目于5月正式投用，經(jīng)過運行優(yōu)化，取得了理想效果。

2.1 蒸汽過熱爐熱效率

苯乙烯蒸汽過熱爐煙氣排放溫度降低，熱效率提高，項目實施前后蒸汽過熱爐熱效率變化詳見圖2。

圖2 改造前后苯乙烯蒸汽過熱爐熱效率

改造前，加熱爐排煙溫度在160℃左右，通過增加凝液熱交換后，低低壓凝液進蒸汽過熱爐對流段前溫度由109℃降低至80℃，同時對流段翅片管的增加，加大了凝液與煙氣換熱的面積，使排煙溫度降低至105℃左右，熱效率由91.4%提高至目前93.5%，效率提升明顯。

2.2 蒸汽過熱爐煙氣氮氧化物含量

煙氣排放中氮氧化物含量明顯降低，詳見表1。

表1 蒸汽過熱爐煙氣檢測數(shù)據(jù)匯總表

改造前， 苯乙烯蒸汽過熱爐煙氣排放中氮氧化物含量在95～105mg/m3之間，有時超過了地方排放標準。項目實施后，不同負荷下煙氣中氮氧化物含量均控制在65mg/m3以下，大大低于國家排放標準。

2.3 汽提塔預熱蒸汽消耗

未增加凝液熱交換器E317之前，工藝水溫度為50℃，需要經(jīng)過0.25MPa蒸汽加熱至71℃后再進入汽提塔。增加E317回收低低壓凝液余熱后，該項目于2021年5月15日正式投用，通過逐步關閉E317三通閥旁路，將凝液全部并入熱交換器進行換熱，最大限度回收凝液余熱，工藝水加熱后溫度由50℃提高至65℃，經(jīng)過熱量衡算，可節(jié)約汽提塔進料0.25MPa預熱蒸汽2.65t/h，詳見表2。

表2 改造前后汽提塔進料和預熱蒸汽消耗

3 結語

①通過節(jié)能減排技術的研究及應用，加熱爐熱效率由91.4%提高至93.5%，節(jié)約了0.25MPa蒸汽2.65t/h，有效降低了裝置的能耗和碳排放量，達到了節(jié)能降碳目的。

②加熱爐煙氣排放中氮氧化物含量降低30%以上，達65mg/m3以下，完全滿足國家最嚴地方標準小于100mg/m3排放要求。

③該技術在煉油化工裝置上有很大的推廣價值，對加熱爐實施技術改造提供了借鑒思路。