鎮海煉化芳烴聯合裝置綜合節能技術的探討

茹衛國

(中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司，浙江 寧波 315200)

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鎮海煉化芳烴聯合裝置綜合節能技術的探討

茹衛國

(中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司，浙江 寧波 315200)

介紹了中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司芳烴裝置近年來采取的節能新技術，對新型三劑技術、低氧燃燒技術、低溫熱利用、蒸汽能級優化等技術方案及實施效果進行探討，通過這些技術手段的實施，芳烴裝置單位能耗顯著降低，綜合效益良好，對同類裝置有良好的借鑒價值。

芳烴聯合裝置低溫熱節能能級優化

節能降耗是工業裝置技術進步的永恒主題，中國石油化工股份有限公司鎮海煉化分公司(以下簡稱鎮海煉化)芳烴聯合裝置依托現有的公用工程，通過技術改造和技術攻關，廣泛應用新型催化劑、新工藝技術等措施，消除裝置瓶頸，進行升級改造，達到了很好的節能降耗效果。文章主要介紹了近年來該裝置采取新型三劑、加熱爐低氧燃燒、低溫熱回收、蒸汽能級優化等綜合節能技術，并對實施效果加以探討。

1　應用新型三劑技術降低裝置能耗

1.1應用新型吸附劑

吸附劑的性能對于芳烴聯合裝置對二甲苯(PX)產品的純度和回收率、解吸劑循環量、吸附塔區域流量以及系統二甲苯循環量有直接影響，進而影響到PX產品的產能和裝置能耗。鎮海煉化芳烴聯合裝置原先采用的吸附劑為IFP公司的SPX-3000，為進一步提高PX產能并降低裝置能耗，于2012年將其更換為更高效的新型吸附劑SPX-3003。吸附劑更換后，裝置單位吸附原料所需循環解吸劑用量下降了16.67%，有效降低了裝置的電能消耗和后續分餾系統的能耗，同時，PX產量增加126 kt/a，單位能耗也因此而大幅降低10%左右。

1.2應用新型甲苯歧化催化劑

甲苯歧化催化劑必須在氫氣氣氛下使用，循環氫量以及補充氫量都比較大，從而導致循環氫壓縮機和補充氫壓縮機的電能消耗較大。一般而言，反應過程中的氫烴比越低，循環氫和補充氫量就越低，裝置能耗就越低。此外，甲苯歧化單元碳八芳烴(C8A)產物中乙苯(EB)質量分數越低、PX質量分數越高，越有利于提高吸附分離單元分離效率，從而降低能耗[1]。

為進一步提高甲苯歧化單元裝置運行效率，降低裝置能耗，鎮海煉化于2014年將HAT-096甲苯歧化催化劑更換為更高性能的HAT-099，換劑前后裝置運行結果見表1。

表1　兩種甲苯歧化催化劑運行結果對比

由表1可知:通過應用HAT-099新型催化劑，甲苯歧化單元的氫烴物質的量比降低了35%，使得甲苯歧化單元裝置能耗大幅降低48.44%。此外，反應產物中EB質量分數由2.33%降至0.28%，PX質量分數由8.22%提高至8.80%，可以明顯降低異構化單元和吸附分離單元的裝置能耗，從而進一步降低芳烴聯合裝置能耗。

1.3應用新型異構化催化劑

異構化單元是芳烴聯合裝置的重要組成部分，由于循環量大，該單元的運行能耗對于芳烴聯合裝置的整體能耗影響非常大，是節能降耗的重要著眼點[2]。2014年，鎮海煉化將異構化催化劑由原先的Oparis Plus更換為更高性能的Oparis Max，與前者相比，Oparis Max反應初期的入口溫度低5 K，反應壓力低0.06 MPa，而反應產物中PX質量分數和EB質量分數更接近平衡濃度，并且C8A損失更小。兩種催化劑的性能對比見表2。

表2　兩種催化劑性能比較

從表2可以看出:Oparis Max催化劑各項性能指標表現更優異，特別是EB接近平衡率提高6.8個百分點，有效降低吸附進料中最難與PX分離的EB質量分數，有利于提高裝置產能，降低PX單耗，從而提高整體經濟效益。

2　應用加熱爐低氧燃燒技術

2.1技術原理

加熱爐是石化企業重要的耗能設備，同時也是二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOx)等氣體排放的主要來源之一。近些年，隨著節能環保壓力的增大，加熱爐的節能減排日益受到關注。此外，因排煙導致的熱量損失是影響加熱爐熱效率的關鍵因素，因此，降低排煙溫度，盡量減少過剩空氣成為降低排煙損失的重要措施。

控制煙氣中一氧化碳(CO)體積分數水平的實質是控制燃燒過程中過量氧氣(O2)的供給，使其符合理論燃燒配比，即低氧燃燒技術。以甲烷燃燒為例，當甲烷與O2按照1∶2 的體積配比反應時，燃燒產物只有CO2和H2O，即所有燃料被消耗干凈，沒有未燃燒組分和過剩空氣留在燃燒室內，此時燃燒過程產生的排放物最少，加熱爐的熱效率最高。

但是，在實際生產過程中要達到理論配比燃燒非常困難。傳統的加熱爐控制技術為保證操作安全必須預留一定的O2余量，這部分O2未經燃燒而進入到煙氣中，從而帶走大量熱量，導致加熱爐的能耗增加，污染物排放增多。當燃燒空氣缺乏，O2量不足以使甲烷完全燃燒轉化為CO2時，就會產生一些CO，因此CO是燃燒的關鍵變量，其在煙氣中的體積分數能直接表征燃燒的效果。根據煙氣中CO體積分數調節燃料和空氣的配比，使其接近理論配比，從而使加熱爐能以最小的燃料消耗滿足同樣的工藝要求，并在燃燒過程中產生最少的排放物，從而可以從源頭上減少排放，實現加熱爐的節能、環保、安全運行。

2.2技術改造方案

經評估，鎮海煉化芳烴聯合裝置對PX加熱爐F401具備實施低氧燃燒技術改造條件，其具體技術改造方案如下(信息采集及控制策略見圖1)。

圖1　低氧燃燒項目控制方案示意

(1)在原DCS控制系統中納入CO體積分數在線測量數據，以CO體積分數為控制目標，控制加熱爐燃燒所需的空氣量，代替原有的以O2為控制目標的控制方式。CO體積分數控制的設定值為0.005%～0.010%。

(2)在現有的鼓風機轉速控制的基礎上將增加燃燒率(負載曲線)來自動設定與加熱爐燃料流量相關的風機轉速。鼓風機控制動作將調節鼓風機速度以維持煙氣中CO 體積分數在設定范圍內，當CO體積分數微量升高時，增加鼓風機轉速，當CO 體積分數微量降低時降低鼓風機轉速。

(3)在現有的引煙機轉速控制基礎上將增加爐膛壓力的自動控制，另外，對O2以及其他變量的上下限進行設置。

2.3低氧燃燒技術的實施效果

2014年12月中旬，鎮海煉化對芳烴聯合裝置加熱爐F401進行了低氧燃燒技術裝置改造，通過調整燃燒配比將煙氣中的CO體積分數控制值為0.005%～0.010%，煙氣中的O2體積分數明顯降低，表明過量O2供應的現象得到有效抑制。

實施低氧燃燒技術后，加熱爐煙氣中氧體積分數從3.5%下降至0.5%左右，使加熱爐熱效率從92.4%提高至93.2%，甲烷消耗降低2 160 t/a，節能效果相當明顯。在取得明顯節能效果的同時，該加熱爐的NOx和CO2排放也大幅減少，其中NOx減排總量為29.20 t/a，CO2減排總量為17.312 kt/a，表明該技術也具有很好的環保效益。低氧燃燒技術在操作層面打破了常規思維，為加熱爐調整開拓了思路,具有很好的推廣價值。

3　低溫熱回收技術

鎮海煉化芳烴裝置吸附分離單元抽出液塔T202采用塔頂氣相物流由空冷進行冷凝冷卻的流程，共設有4臺空冷器，冷凝冷卻負荷約21 MW，有較多的低溫余熱資源可以綜合利用。這些可利用的低溫余熱資源可以通過熱水換熱器為用戶提供所需熱源，既可以降低空冷的電耗，又可以增加裝置輸出150 ℃左右低溫位熱量，實現能源利用效益最大化，挖潛增效的效果非常明顯。同時，取走T202頂部熱量，也有利于解決夏季高溫生產時T202頂部物料在空冷全開情況下，冷后溫度仍經常遠超設計值造成T202操作波動的問題。

3.1技術改造方案

吸附分離單元抽出液塔T202頂采出原工藝利用方案為空冷器冷卻至130 ℃，可回收熱負荷21.517 MW，工藝參數及熱負荷情況見表3。

表3　低溫熱源T202工藝參數

根據表3可知：吸附分離單元抽出液塔T202頂物料有約21 MW的低溫熱可以利用，在PX聯合裝置中吸附分離單元抽出液塔T202頂新增兩臺抽出液塔頂氣-除氧水換熱器E215，回收T202頂氣低溫熱，新增熱水循環系統所需熱水罐、熱水冷卻器、熱水泵。

鎮海煉化低溫熱利用技術方案工藝流程見圖2。抽出液塔T202塔頂餾出物為粗對二甲苯，一部分進入抽出液塔頂氣-除氧水換熱器E215AB(新增)，利用它的潛熱加熱除氧水至150 ℃。熱除氧水作為熱源利用后，冷除氧水(85 ℃)返回PX聯合裝置吸附分離單元，進入熱水罐V510(新增)儲存，經熱水泵P510AB(新增)提壓至1.4 MPa后進入E215AB換熱至150 ℃。

圖2　抽出液塔T202頂熱水項目換熱示意

表4是低溫熱利用項目標定結果，在標定期間抽出液塔T202頂低溫熱共有17.15 MW被除氧水取走，實現節能(以EO計)約為12.9 kt/a。

表4　抽出液塔T202頂低溫熱發生熱水項目標定結果

3.2低溫熱利用技術實施效果分析

項目實施后，低溫熱可以得到回收，PX聯合裝置總能耗有一定的降低。吸附分離單元增加換熱器的能耗分析是基于吸附分離流程，針對低溫位熱利用的分析結果，所產生的效益只局限于本項目。

原吸附分離單元流程在未改造前，抽出液塔T202頂物料低溫熱全部經空冷器冷卻。 改造后，T202頂物料取熱20.51 MW用以加熱熱水250 t/h,低溫熱回收20.51 MW，同時耗電165.1 kW，可以使PX裝置能耗(以標油計)降低15 kg/t(以產品為基準), 低溫熱利用技術實施后能耗分析見表5。

表5　低溫熱利用技術實施后能耗分析

注：1)電力消耗量數據單位為kWh/h；

2)電力能耗以10.89 MJ/kWh折算。

此外，由于T202頂部熱量被取走，在增加T202負荷20%的情況下，還可停用2臺空冷，從而節約用電74 kW，既解決了夏季高溫生產時T202冷后溫度遠超設計值的問題，又實現能源利用效益最大化，節能效果非常明顯。

4　優化芳烴聯合裝置蒸汽能級

蒸汽是芳烴聯合裝置綜合能耗中除燃料油和燃料氣之外的另一主要構成部分，蒸汽能級越高，其對綜合能耗的貢獻越大。因此降低蒸汽消耗、合理使用蒸汽能級、少用或不用減溫減壓器對裝置節能具有重要意義。

鎮海煉化芳烴聯合裝置原設計產汽壓力分別為2.2 MPa和1.4 MPa，實際產汽壓力1.4 MPa，經減溫減壓后并入公司1.0 MPa管網。Ⅳ重整脫已烷塔(T801)塔底再沸器E801A/B原設計使用22 t/h的3.5 MPa減溫后飽和蒸汽(250 ℃)作為熱源，將塔底物料由155 ℃加熱至160 ℃，苯抽提裝置使用約25 t/h的3.5 MPa減溫、減壓為2.2 MPa蒸汽作為裝置再沸熱源，這些環節都存在蒸汽高質低用的不合理現象。

經設計核算和現場試驗，E801A/B使用的3.5 MPa飽和蒸汽完全可以由1.4 MPa過熱蒸汽替代,苯抽提裝置2.2 MPa再沸熱源可以由1.7 MPa過熱蒸汽替代，而歧化裝置可利用二甲苯塔(T104)塔頂物料的低溫熱將塔頂發生蒸汽的壓力等級從1.0 MPa提升至1.7 MPa，直接輸送至苯抽提裝置代替3.5 MPa蒸汽，從而可達到優化蒸汽系統，實現能源利用效益最大化的目的。

2012年，鎮海煉化按照上述優化方案對芳烴聯合裝置蒸汽管網進行了改造，在歧化裝置二甲苯塔頂新增一臺蒸汽發生器，具體的蒸汽管網優化方案見圖3。

圖3　蒸汽能級優化利用示意

改造后，E110AB仍發生1.0 MPa蒸汽，但負荷由改造前125%降至目前103%，E110C發生1.7 MPa蒸汽17 t/h,經F101-104對流段加熱為過熱蒸汽，供給苯抽提裝置用以替代3.5 MPa蒸汽，實現節能(以EO計)1.2 kt/a。此外，用1.4 MPa歧化過熱蒸汽替代脫己烷塔底重沸器熱源3.5 MPa飽和蒸汽(正常用量22 t/h)，可節能(以標油計)約264 kg/h。通過蒸汽管網能級優化項目實施，既使能源得到合理利用，又在一定程度上緩解了煉油新區1.0 MPa蒸汽過剩而3.5 MPa蒸汽不足的問題，還消除了負荷過高的安全隱患，綜合效益顯著。

5　結束語

近幾年，鎮海煉化芳烴裝置在新技術應用、低溫熱開發、蒸汽能級優化、DCS功能開發、流程模擬等方面做了較多的嘗試，不斷總結創新，有效管控風險，對裝置合理經濟的節能優化潛力進行充分挖掘,實現產品增產和節能減排的最終目的，為公司生產運營創造了更高效益,也對同類裝置改造優化具有很好借鑒意義。

[1]程文才，孔德金，楊德琴，等．HAT-095甲苯歧化與烷基轉移催化劑的研制與應用[J].石油化工，1999，28(2)：109-110.

[2]廖巧麗，米鎮濤．化學工藝學[M].北京：化學工業出版社，2001.

ABSTRACT

The new energy-saving technologies adopted by aromatics plant of SINOPEC Zhenhai Refining & Chemical Company were introduced. The techniques as three new agent technique, low oxygen combustion technique, low-temperature heat utilization technique, and steam level optimization technique, as well as their implementation effects were discussed. Through implementation of these techniques, the unit energy consumption of the aromatics plant was significantly reduced, and achieved good comprehensive benefits, which has good reference value for peer plants.

Discussion on Comprehensive Energy Saving Technology and Measures in Zhenhai Refining & Chemical Company

Ru Weiguo

(SINOPECZhenhaiRefining&ChemicalCompany,Ningbo315200)

baromatics united plant, low-temperature heat, energy saving, energy level optimization

2016-06-11。

茹衛國，男，1981年出生，2001年畢業于合肥工業大學化學工程與工藝專業，工程師，現從事芳烴生產技術管理工作。

1674-1099(2016)04-0023-04

TQ241

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