氣分裝置節能降耗優化措施

李 紅

（揚州石化有限責任公司，江蘇揚州 225200）

0 前言

隨著全球經濟一體化和世界經濟的迅速發展，節約能源，降本增效，是一項長期而緊迫的戰略任務，也是未來可持續發展的必然選擇。氣體分餾裝置的主要作用是將催化裂化裝置來的液化烴分離出丙烯、丙烷及混合碳四作為聚丙烯與MTBE裝置的原料。分離過程采用精餾方式，能量使用密集，降低裝置能耗。

1 裝置簡介與能耗分析

1.1 裝置簡介

揚州石化氣體分餾裝置設計加工量12萬t/年，采用常規三塔流程，原料液態烴來自上游催化裝置，由脫丙烷塔分離成碳二、碳三和碳四餾分。碳二、碳三餾分經脫乙烷塔脫除碳二后，進入丙烯精餾塔分離出丙烯和丙烷餾分。丙烷餾分外銷，碳四餾分和丙烯作為聚丙烯和MTBE裝置原料。主要能源消耗是塔底熱源（蒸汽、低溫熱）和機泵耗能。氣體分餾裝置工藝流程見圖1。

圖1 氣體分餾裝置流程

開工投產以來，裝置運行平穩，丙烯拔出率98.5%，丙烯純度≥99.5%，主要技術經濟指標達到設計要求，裝置已通過采用高效浮閥塔盤、應用屏蔽泵、干氣密封泵、表面蒸發式空冷等新技術新設備，充分利用裝置內部熱源給原料液態烴換熱、與催化裝置進行熱聯合等措施，有效降低裝置能耗。但受上游裝置生產方案及市場影響，投產后相當長時間液態烴加工量僅為設計能力的68%左右，投產當年加工量更僅有設計能力的62%，處于裝置加工彈性范圍60%～110%的下限。投產當年裝置單位能耗為63 kg標油/t，比中石化平均水平高26%，在生產流程、工藝參數及生產方案調整等方面有較大優化空間。

1.2 能耗分析

氣分裝置開工初期能耗狀況見表1（循環水用電已計入用電總量）。

表1 氣分裝置2011年耗能表

從表1可以看出，裝置實際運行中，蒸汽與低溫熱占能耗的83.07%,蒸汽的消耗同比設計值高56.95%，加熱耗能高是裝置高能耗的主要原因。 氣分精餾塔處理量一定時,加熱耗能主要由回流及系統溫度、壓力決定。因此,要降低能耗須考慮優化操作參數、流程及低負荷時的操作方案。

2 裝置能耗偏高的原因分析及解決措施

2.1 操作參數的調整與優化

氣體分餾裝置開工后，工藝參數按照設計值執行，但目前裝置負荷僅為設計值的62%。生產中，脫丙烷塔回流比2.2，丙烯塔回流比22，均比設計值（1.8、15.35）高。資料顯示,氣分精餾塔的溫度、壓力、回流量的降低能顯著降低裝置能耗。計算表明，氣分精餾塔回流量每降低1 t，加熱能耗負荷可降低80～100 kW；降低操作溫度能增大傳熱溫差,提高熱源利用率，減少熱源用量；降低操作壓力能增大原料組分的相對揮發度,進一步促使回流比的降低。

（1）丙烷塔（塔一）操作分析。脫丙烷塔塔頂碳四含量高，脫丙烷塔氣相負荷高于液相負荷，塔壓稍低，因此經常出現塔頂帶碳四，提高操作壓力和液相負荷可以提高分離效率，相應電耗和蒸汽耗量也會上升，降低塔氣相負荷，適降液相負荷，可滿足產品分離要求，操作有一定彈性，同時可降低能耗。

（2）丙烯塔（塔三）操作分析。丙烯塔塔頂丙烯純度99.8%，分離精度能滿足要求，但回流比為22，低負荷下以高氣液比來保證分離效率。氣體分餾裝置產品丙烯是供給聚丙烯裝置作為原料使用，丙烯純度只要滿足≮99%，因此，適當降低塔頂丙烯純度，犧牲部分操作彈性，降低氣液相負荷，可降低丙烯塔能耗。

（3）操作過程調整。分兩步降低塔壓與回流比，采用最小回流比、低壓進行操作，各塔壓力降低0.1～0.2 MPa，回流比脫丙烷塔由2.2降至1.8，丙烯塔回流比由22降至16，調整后降低蒸汽 0.7～1.0 t/h。

2.2 低溫熱流程的調整與優化

氣分裝置另一主要熱源是低溫位熱水，氣分-常壓、催化裝置低溫熱系統使用的低溫熱水自常壓催化裝置取熱后作為丙烯塔的熱源，丙烯塔取熱完畢后重新回到常壓催化裝置循環。實際運行中來水溫度偏低，不夠補充氣分丙烯塔所需熱量，仍需補充蒸汽。而同時催化裝置技改后液態烴收率由29%提高至34%，富氣量明顯增加，分餾塔頂油氣冷卻效果惡化，汽輪機實際運行達到最大負荷。為提高油氣冷卻效果，減少蒸汽使用，充分利用低溫位熱量，對低溫熱流程進行調整。

低溫熱水流程分兩步進行改造，（1）將壓縮富氣前冷卻器移位至分餾塔頂油氣冷卻器后。解決分餾塔頂負荷大，熱媒水與壓縮富氣前冷卻器換熱后，不能滿足分餾塔頂油氣冷卻器換熱需求的問題。項目實施后丙烯塔不需再使用蒸汽作為熱源。（2）由于催化裝置熱量仍然富裕，氣分裝置取熱不完全，回水溫度偏高，運行中不得不采用循環水為低溫熱水降溫。為有效利用熱源將脫乙烷塔納入低溫熱系統。將脫乙烷塔塔底重沸器更新改造，增大傳熱面積，流程調整為常壓-催化回水—脫乙烷塔塔底重沸器—丙烯塔塔底重沸器，丙烯塔塔底熱源不夠由蒸汽重沸器補充。

改造實施后，催化出裝置熱媒水溫度上升4℃，有效利用低溫熱量同比增加10.12%，減少蒸汽使用1.2 t/h，降低蒸汽費用115萬元。

2.3 冬季伴熱優化

由于工藝需要，氣分裝置低點和儀表測量處會積存的水分，冬季會凍凝，裝置設計為使用蒸汽進行伴熱。蒸汽伴熱是強伴熱，通常用于重油組分，氣分裝置屬于輕烴介質，只需要弱伴熱（電伴熱）即可。統計發現冬季蒸汽伴熱開啟后，蒸汽流量較未開啟前多0.9 t/h，按每年開啟伴熱3個月計，該為電伴熱后，年節省蒸汽1944 t，僅多耗電6.38萬kW·h。

3 優化改進效果

氣分操作參數、換熱流程與伴熱方式的優化改進,生產實踐證明在保證產品質量及操作平穩的同時節能效果顯著。氣分裝置單位綜合能耗從63 kgeo/t同比降至41.3 kgeo/t，熱源耗能由83.07%同比降至75.5%,年降低能耗費用近300萬元。