降低混合脫氫裝置芳烴溶劑消耗的可行性措施

田萍萍，白永濤，馬健，鞏文博，賈詩凡，劉星博

（陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠輕烴中心，陜西 延安 727406）

300 kt/a丙烷-異丁烷混合脫氫裝置（簡稱“混合脫氫裝置”）采用Oleflex脫氫工藝技術[1]。通過連續催化再生脫氫技術，保證催化劑連續再生，周期性穩定催化劑活性。裝置由原料預處理單元、Oleflex 反應單元、產品回收單元、SHP 加氫單元、催化劑連續再生（CCR）單元、氧化物脫除、CSP全加氫單元和公用工程系統組成。Oleflex反應單元中，3臺反應器在UOP專用脫氫鉑金催化劑條件下，將丙烷和異丁烷裂解、脫除等體積的氫氣，轉化成產品丙烯和異丁烯，從而為下游聚丙烯裝置和MTBE裝置提供原料[2]。脫氫反應過程中伴隨有一定的聚合副產物產生，副產物不僅影響產品烯烴純度，此外，物料通過冷箱時，重組分會堵塞流經的小孔道，造成冷箱換熱效率急劇下降，影響裝置加工負荷提升，甚至影響裝置安全平穩長周期運行。

為去除混合物中的聚合物及芳烴化重產物，采用外購芳烴溶劑循環洗滌。每年需外購芳烴溶劑1 550 t 左右，加工成本費用較大。通過分析芳烴溶劑消耗量影響因素，降低其用量，控制生產成本，為公司贏得可觀的經濟利益。

1 工藝流程

芳烴溶劑主要是C9～C11 芳烴組分。利用相似相溶原理，芳烴溶劑將反應器中裂解后副產的聚合環化芳烴重組分，在進入產物壓縮機前，予以洗滌脫除，保證產物的輕質化。主要流程如圖1所示。

圖1 反應產物接觸冷卻塔系統流程Fig1Flow chartof reactionproductcontactcoolingtowersystem

芳烴原料罐來的芳烴溶劑通過補充泵增壓至V103，對反應產物進行冷卻降溫和洗滌。V103塔頂的反應產物攜帶少部分的芳烴溶劑，經過冷卻、降溫后，進入反應產物壓縮機，再經脫氯罐、反應產物干燥器吸附飽和；芳烴溶劑油、水及硫化氫等被反應產物干燥劑吸附后，經一系列再生流程，最終被送至污油系統；而產物進入下游的冷箱及分離系統等流程。V103 塔底循環使用的芳烴溶劑，經過空冷、水冷冷卻后，由塔頂循環泵P103 繼續增壓至V103 塔頂循環使用；此外，V103 塔底一小股含有重組分的芳烴溶劑，則送至下游溶劑再生塔單元進行提純回收再利用。

芳烴溶劑技術指標要求見表1。

表1 芳烴溶劑技術指標Tab 1 Aromatic solvent specification requirements

2 芳烴溶劑消耗量影響因素

2.1 芳烴溶劑餾程

按照外購芳烴溶劑餾程范圍不同，并結合國內幾套同類裝置使用芳烴溶劑的經驗，進行對比分析可知，芳烴溶劑組成輕組分越多，芳烴的餾程越大芳烴溶劑消耗量越大；反之，則消耗數量大大減少。

2.2 溫 度

根據統計，5－8 月（夏季）芳烴溶劑消耗量大于9－4月（冬季），即周圍環境溫度越高，消耗芳烴溶劑的量越大。

混合脫氫裝置反應產物的介質溫度高低，主要由3 個原因引起的：1）環境溫度的變化影響，如夏天和冬天的區別；2）反應產物本身溫度變化影響，包括低負荷條件下產物壓縮機防喘振閥門開度過大，將會造成介質溫度偏高；3）芳烴溶劑循環冷卻泵、冷卻器換熱效果及進出料高效換熱量等的非正常操作，也將會造成介質溫度偏高現象。

2.3 原料組成變化影響

混合脫氫裝置加工負荷相同，C3及C4比例不同的條件下，混合脫氫裝置進料組成中的C3、C4比例明顯有所下降時，芳烴溶劑的消耗明顯有所升高。這主要是反應器中的C4 環化脫氫更容易，形成副產物重組分芳烴數量更多；還有反應器中2種物質的單程轉化率C4（設計單程轉化率C3 為23%，C4 為45%）高于C3，洗滌時更容易攜帶芳烴溶劑油至下游流程，消耗量將會增多的緣故。

根據市場需求，混合脫氫裝置的C3和C4比例在加工過程中，要做出適當的比例調整，以此保證裝置的正常生產加工任務按期完成。其次，平衡區域C3、C4物料庫存，保障上下游裝置能夠安全平穩長周期運行，產出一定數量的國VI 標準條件的各調和組分和一定的聚丙烯產品，保障產業鏈的長期穩定供給[3]。

2.4 其 他

混合脫氫裝置芳烴溶劑的消耗量，還受如下幾個方面的影響：1）反應器中脫氫反應伴隨有諸多副反應的發生，如果反應溫度過高，則副產物的生成較多，重組分形成數量也相對較多，消耗芳烴溶劑同樣增加；2）混合脫氫裝置在實際運行過程中，也會因公用工程、操作誤差及設備故障等因素，造成裝置平穩率降低，系統壓力的較大波動，增加芳烴溶劑氣化率的變化，同樣可以造成消耗量的變化；3）芳烴溶劑單元精細化操作及其回收其數量和質量的變化，也同樣會造成芳烴溶劑耗量的較大變化。

3 降低芳烴溶劑消耗措施

3.1 優選餾程較重的芳烴溶劑

聯系芳烴供應商，要求芳烴溶劑50%以上組分的餾程盡可能偏高，餾程靠近油品中的柴油組分，以降低自身被攜帶量，從而降低芳烴溶劑耗量，進而延長產物干燥劑（DRCS）使用壽命，實現降本增效的目的。在裝置相同加工負荷、原料中C3 和C4 組成相同及操作條件不變等條件下，2022年部分月份芳烴溶劑耗量統計見表2。

表2 芳烴溶劑消耗分析數據統計Tab 2 Statistical of aromatic solvent analysis data

由表2可知，芳烴溶劑餾程溫度偏高一點，消耗數量相對較少。

3.2 保證反應產物溫度低位運行

反應產物溫度偏高，芳烴溶劑耗量增大；反之，芳烴溶劑耗量降低。因此，應盡量保持反應產物低溫度運行。除了這2條措施，芳烴溶劑循環冷卻泵的質量流量不能低于140 t/h，若低于此，介質在泵殼體內機械能將會轉化為輸送介質的內能，造成芳烴溶劑自身溫度升高，從而造成芳烴溶劑耗量增加；此外，芳烴溶劑循環冷卻器換熱效果下降，也會造成芳烴溫度偏高；裝置操作期間進出料高效換熱器的偏流及使用時間長短，也會導致反應產物溫度出現峰值，造成芳烴溶劑耗量增加。

3.3 C3、C4比例不變時控制合適的反應溫度

混合脫氫裝置原料組分越重即C4 含量越高時，芳烴溶劑消耗量越多；根據丙烯和異丁烯市場需求，及時調整原料中C3、C4組分的比例。當原料中C3、C4比例一定時，控制合適的反應器溫度，不僅能夠保證脫氫的轉化率，而且可以降低芳烴溶劑耗量。在以上條件下，盡量降低反應溫度，減少副產物，這樣可以延長芳烴溶劑的使用壽命，減少新鮮芳烴溶劑的補充量。

根據混合脫氫裝置C3和C4脫氫的難易程度可知，原料中C4 較多時，反應溫度可以適當降低；假如是C3 脫氫（即PDH 裝置）則溫度控制偏高，具體控制指標需要參照第1反應器的溫降，指標為68～74 ℃，以此保證異丁烷單程體積轉化率在45%以上，丙烷單程體積轉化率在21%以上（除去空速的影響）。

3.4 技術改造芳烴溶劑再生單元

芳烴溶劑再生塔系統改造如圖2所示。

圖2 芳烴溶劑再生單元的優化改造Fig 2 Optimization of aromatic solvent regeneration unit

在汽提抽出的芳烴溶劑水冷卻器后增設聚結器（圖中虛杠內），將芳烴溶劑中的水分子聚結分離后，通過水包定期排水，從而提高芳烴溶劑純度及回用比例，進一步降低芳烴溶劑消耗量。

3.5 其他措施

按照流程設計及其原理闡述，為進一步減少芳烴溶劑耗量，還可以從以下幾個方面上精心操作，保證芳烴溶劑耗量最小化。

1）原料注硫期間，按照下限指標控制硫的質量濃度在75～80 mg/L，防止芳烴溶劑攜帶硫含量過高，造成再生芳烴溶劑的回收利用率不高；

2）降低反應器上部氫氣還原催化劑時產生的一部分水；卸車時，保證完全密封性，防止濕空氣進入芳烴溶劑油中，造成水含量嚴重超標后，外排芳烴溶劑耗量增加。

3）日常和應急裝置操作中，必須保證運行平穩率，防止操作期間突然升降壓，造成攜帶芳烴溶劑數量的突增；

4）嚴格控制原料儲罐的介質溫度（加熱介質選取循環水，保證溫度在不凝固的前提下最低），保證損失降低至最小；

5）嚴格把控芳烴溶劑的補充量，保證外排時的飽和吸收，控制芳烴溶劑水的質量濃度≥200 mg/L，芳烴的質量分數≤98%，進一步降低新鮮外購芳烴溶劑消耗量。

4 效果評價

1）直接經濟效益。經過如上措施，芳烴溶劑節約量約1～2 t/d，按目前市場價格8 650 元/t，每年生產333天，則可節約費用288.05～576.09萬元。

2）間接經濟效益。芳烴溶劑不僅在裝置正常生產時，需要消耗一定的數量，而且可以通過技術分析，綜合研判對其回煉后，經濟效益會最大化。通過槽車運輸至1.4 Mt/a柴油加氫裝置，進行脫硫、反應及分離等步驟，將其回收煉制為柴油、汽油和液化氣組分，作為調和汽柴油和供給下游加工流程[3]。同時，芳烴溶劑數量的減少，可以降低產物干燥劑的再生頻次，延長了其使用壽命，間接創造了一定的經濟效益。

3）社會效益。芳烴溶劑消耗數量的減少，也就減少了揮發性有機物的排放量，對操作人員及其周圍民眾的身心健康，做出一定的貢獻；同時，易燃易爆的芳烴溶劑外購數量的減少，一定程度上降低了安全風險。

5 結 論

綜上所述，300 kt/a丙烷-異丁烷混合脫氫裝置芳烴溶劑消耗數量的差異，主要原因及有效降低消耗的措施為：

1）外購選取的芳烴溶劑餾程越重，則消耗芳烴溶劑越少；

2）原料組成當中的C3、C4 比例越高，則消耗芳烴溶劑越少，主要是C3 單程轉化率低于約1倍的C4脫氫，C4環化更容易，洗滌時消耗越多的緣故；

3）反應生成的產物溫度越高，或者是設備運行及操作原因造成的溫度偏高，物料攜帶輕組分會越多，造成芳烴溶劑的消耗數量較大；

4）溶劑再生系統回收的芳烴溶劑越多，再次利用的數量越大，凈含量消耗則變少；

5）反應系統原料側注硫的質量濃度選取75～80 mg/L 的優化控制指標（設計為75～85 mg/L）、催化劑還原效果含水量的多少和操作的平穩率，都將造成芳烴溶劑消耗數量的差異。

針對如上原因，根據季節溫度、卸車空氣濕度和優化各個步驟等環節，為下一步開展單套裝置節能降耗，降低其芳烴溶劑消耗，進一步為企業創造利潤空間，提供可行性方案。可為同行業裝置提供一定的借鑒。