降低氯乙烯裝置蒸汽消耗探究

王 輝

（天津大沽化工股份有限公司氯乙烯分廠，天津 300455）

1 裝置區蒸汽消耗現狀

氯乙烯裝置的工藝流程、設備、儀表構成復雜，利用Cl2、C2H4、O2作主要原料，采用低溫氯化和乙烯氧氯化生產粗二氯乙烷（EDC），粗EDC經過EDC精制單元后變為干EDC，干EDC作為原料進入裂解爐進行裂解反應，再經VCM精制單元后生產出合格的VCM，裂解副產HCl作為乙烯氧氯化的原料被反應掉，合格的VCM最后送往聚氯乙烯分廠。干EDC除了裝置區自產外，還有一部分進口EDC經脫水塔脫水后輸送到裝置區。

氯乙烯分廠裝置區共有3套VCM生產裝置，生產能力分別為一期的10萬t/a、二期的20萬t/a和三期的20萬t/a。裝置區所用蒸汽由兩部分組成，分別是電站輸送蒸汽和裝置區內乙烯氧氯化反應器自產蒸汽。EDC精制單元、VCM精制單元以及裂解爐進料汽化器為蒸汽的主要用戶。

氯乙烯分廠生產裝置基本上都屬于高耗能的設備，裝置區的三大能源消耗分別是水、電和蒸汽。蒸汽作為其中一種最主要的能源消耗，探討研究裝置蒸汽消耗的影響因素和優化措施，對于綠色節能生產就顯得尤為重要。

2 影響蒸汽消耗的主要因素

2.1 產品組分變化對蒸汽消耗的影響

為了保證產品組分的穩定，各個精制單元對出料中物料的純度都有著相應的規定，超出范圍就應及時做出調整，如EDC精制單元對合格出料中EDC純度控制的指標為≥98%（wt），當純度偏低時，應及時采取加大塔釜蒸汽和增大塔回流等措施。

2.1.1 裂解爐的裂解度對產品組分影響

（1）裂解爐爐膛溫度異常波動

一期EDC裂解爐的爐膛溫度在2015年2月中旬出現過異常波動，溫度從590℃上漲至670℃左右，裂解爐的裂解度也產生了波動，經過分析發現后續系統的物料組成也受到了相應的影響。

（2）爐膛溫度波動對EDC純度及副產物的影響

一期合格干EDC儲罐分析試樣S407分析見圖1，一期循環EDC試樣分析見圖2。

圖1 一期合格干EDC儲罐分析試樣S407分析

圖2 一期循環EDC試樣分析

一期F201的爐膛溫度在2月17日出現異常波動，造成爐子內EDC裂解反應發生變化，進而對后續的物料組成和產品的純度也造成了相應的影響。從圖1和圖2可以看出，干EDC分析試樣S407和循環EDC分析試樣S113的EDC純度在17日之后明顯下降，相反，苯含量和三氯乙烯的含量則明顯的出現上升。因受一期出料波動的影響，二三期TB/C240（循環EDC塔）出料的干EDC分析試樣中也出現了EDC純度下降，苯含量和三氯乙烯含量上漲的現象。

（3）消除波動影響措施及對蒸汽用量的影響

為了提高EDC純度，后期對二三期TB/C240（循環EDC塔）做出了提高蒸汽用量的調整，并加大兩塔回流量以提高純度。經過持續的調整優化，試樣中EDC純度逐步恢復到了正常水平。可知，單元裂解爐的異常波動對其他單元的蒸汽消耗也有著間接的影響。

2.1.2 精餾塔的操作比例對出料組分和純度的影響

調節蒸汽操作對精餾塔的回流比會造成相應的影響，進而會影響到精餾塔出料純度的波動。鑒于以前出現的降低蒸汽用量導致出料EDC純度下降的問題，為了更好地優化蒸汽用量調節的操作，同時也保證出料純度不會受其太大的影響，把精餾塔回流比與純度之間關系做對比分析并總結出相應的規律。

分析過程所選取的數據為三期生產設備循環EDC塔2015年4月日平均值，分析數據內容有：循環EDC塔回流出料比RR-循環EDC-1與出料回流比FY-PC241-1、SC112分析試樣（出料干EDC純度）分別見圖3、圖4。

圖3 循環EDC塔RR-循環EDC-1與SC112之間關系曲線

通過圖3和圖4可以看出，SC112的EDC純度與RR-循環EDC-1成正比關系，與FY-PC241-1成反比關系，而且SC112的EDC純度波動要略顯滯后一些。

圖4 循環EDC塔FY-PC241-1與SC112之間關系曲線

精餾塔的操作比例和蒸汽用量的大小是密切相關的，通過關系曲線圖分析可知，如果SC112的EDC純度要控制在99%以上的話，RR-循環EDC-1最好控制在1.65以上。蒸汽調節時也要保證上述比例符合其規定范圍。

通過對低溫氯化精餾塔操作比例與出料純度的對比分析，總結出了相應的規律和特點，對以后調節精餾塔蒸汽的操作以及如何降低蒸汽消耗能起到很好地指導作用。

2.2 乙烯氧氯化負荷調整對蒸汽用量的影響

圖5 二期乙烯氧氯化負荷與產汽量對比圖

圖5是通過對大量實際的數據進行分析并繪制出的二期乙烯氧氯化負荷與2個蒸汽包產汽量的對應關系圖。可以總結出的規律是，二期乙烯氧氯化負荷每提高1000 Nm3/h，相對應的乙烯氧氯化總的產汽量增加2400 kg/h。

可以看出，乙烯氧氯化的負荷變化對裝置區蒸汽消耗的影響還是很大的，如能長時間保持乙烯氧氯化單元的高負荷運行，對降低蒸汽消耗能起到立竿見影的效果。

2.3 原料結構分配方式對蒸汽消耗的影響

氯乙烯裝置區的干EDC來自EDC精制單元出料（包括輕組分塔和重組分塔）和進口EDC脫水塔脫水塔的出料。實際的生產狀況是，EDC精制單元每生產1 t合格的干EDC所消耗的蒸汽量大約為脫水塔系統的5.8倍。

通過以上分析可以看出，在生產等量的干EDC的情況下，生產上采取進口EDC脫水來補充干EDC要更節能。

3 蒸汽的優化措施

3.1 穩定產品組分

裂解爐的異常波動會影響EDC裂解反應的裂解度，進而造成裂解反應后的物質組成發生變化，使副產物增加、EDC的純度下降，導致蒸汽消耗的增加。因此，保證裂解爐狀態的穩定主要包括以下幾點。

（1）裂解度的穩定，控制裂解度在55%左右；

（2）燃氣系統的穩定，主要保證天然氣和氫氣壓力的穩定；

（3）進料流量的穩定，主要保證進料壓力的穩定。

3.2 蒸汽大用戶的主動優化調整

取自2015年3月不同日期下的三期（輕組分塔）實時數據，見表1。

表1 輕組分塔塔主動優化調整

二三期的TB/輕組分塔的蒸汽用量相較于一期的輕組分塔明顯要大出很多，故在3月中旬針對輕組分塔蒸汽用量做了優化調整試驗，從上表可以看出，對蒸汽消耗的降低效果比較明顯。

通過對輕組分塔塔的主動優化調整，共節約大概1050 kg/h的蒸汽用量。截止3月底，節約蒸汽約380t。預計后期每月節約蒸汽760t左右（30天計算）。

3.3 乙烯氧氯化負荷的合理分配

一二期乙烯氯氧化蒸汽產量對比表見表2。

表2 乙烯氯氧化蒸汽產量對比

由表2可以看出，乙烯氧氯化的負荷每調整1000 Nm3/h，一期和二期乙烯氧氯化的蒸汽包產汽量變化分別為2100 kg/h、2400 kg/h，故二期乙烯氧氯化對裝置區的蒸汽消耗影響更大。

降低乙烯氧氯化負荷會導致裝置區的自產蒸汽量減少，進而會造成消耗電站輸送的蒸汽量變大。因此，如果生產上需要降低乙烯氧氯化的負荷，首選應先降一期乙烯氧氯化的負荷；相反，如果需要提高乙烯氧氯化的負荷則應該首選提高二期乙烯氧氯化負荷。

3.4 塔負荷的合理分配

2015年3月塔負荷的數據作簡要的分析見表3。

表3 輕組分塔和脫水塔蒸汽優化調整

（輕組分塔、T103為一期裝置區的輕、重組分塔；脫水塔為進口EDC脫水塔）

3月下旬，二三期裂解爐的負荷整體不高，干EDC消耗量較少，故脫水塔負荷比較低，而一箱裝置和輕重組分塔負荷比較高；從節約蒸汽角度考慮，對3個塔的負荷進行了優化調整，所以將一箱裝置和輕重組分塔負荷降低，將脫水塔負荷提高。從表3可以看出，調整后每小時能節約蒸汽1500 kg/h左右，當月共節約蒸汽360 t。

3.5 改善換熱器的效能

對裝置區內的蒸汽換熱器和裂解氣換熱器（裂解爐熱回收系統）的運行狀況及時關注，定期分析換熱器的換熱效果，發現換熱器的換熱效能明顯降低時就要及時采取清洗或是檢修等措施，必要時可更換備用設備，以節約蒸汽。

4 總結

分廠為進一步降低蒸汽消耗特別成立了蒸汽攻關小組，對蒸汽的監控和控制措施也在2014年12月正式啟動。2014年和2015年2年的蒸汽指標完成情況，其中“穩定運行均值”為去除生產裝置檢修月份影響的“全年平均值”。裝置區年生產VCM的能力為50萬t，蒸汽參考價格為120元/t，按“全年平均值”和“穩定運行均值”分別計算2015年比2014年在蒸汽消耗上節約的費用為258萬元和108萬元，見表4。

表4 分廠蒸汽完成指標對比

通過探討和分析，了解生產中影響蒸汽消耗的主要因素，同時也明確了如何更好地降低甚至是消除這些影響以及在以后的日常生產中可采取的行之有效的優化控制措施，進而能更好地實現綠色節能生產的目標。