論苯加氫裝置換熱系統的改造

劉宏陽

【摘 ?要】本文首先介紹了以苯和氫作為原料，在液態催化劑作用下生產環己烷的工藝流程，然后對工藝流程進行了改造，并根據苯加氫反應的特點，對苯加氫裝置中換熱系統的物料走向和熱量交換進行了分析，最后對比了改造前后的工藝流程。旨在為苯加氫裝置換熱系統的改造提供一定的參考價值，進而使苯加氫這一技術工藝更好地為人們服務。

【關鍵詞】苯加氫;環乙烷;改造;苯加氫裝置換熱系統;

引言

苯加氫項目包括生產設施和生產輔助設施，主要為：制氫、加氫、預蒸餾、萃取、油庫、裝卸臺等。生產高純苯、硝化級甲苯、二甲苯、非芳烴、溶劑油等。在苯加氫反應裝置中，換熱系統占據重要地位，因此對其進行改造十分必要。對其換熱系統改造之后，減少冷卻水的同時，會明顯增加副產蒸汽量，并且有著顯著平衡反應熱的效果。

一、苯加氫工藝流程

苯加氫工藝裝置的流程中，需要苯與氫氣根據一定的比例混合后進入到放映器當中，從而形成物料的內部循環，隨后生產的環己烷會通過氣態進入到新的反應器當中進行進一步的反應，實現物料的充分混合與反應，隨后冷卻器降低溫度實現冷凝分離，再次經過換熱器冷凝處理進入到氣液的分離環節當中。在不凝氣的情況下，氫氣可以進入到循環壓縮機當中，壓縮處理后送到反應器，即可進入到燃料氣管網進行使用。在經過冷凝器分離后，不凝氣氫氣進入到燃氣管網，隨后經過換熱器降溫處理進入到貯藏環節，隨后產生的副產蒸汽則被用于管網當中。

二、工藝改造與說明

在高壓反應系統當中，苯加氫裝置屬于最為重要的環節。氫氣、苯反應后可以形成環己烷，同時氫氣的純度達到一定比例時，苯的溫度隨即得到確定。根據上述工藝流程的特征與內容來進行分析，可以對其設備進行改造，改造的主要參數與流程內容包括如下方面。

1.改造之后的工藝流程

改造之后的工藝流程圖依然包括主反應器、低壓蒸汽鍋爐、副反應器以及分離器和穩定塔等設備，不同之處在于添加了氫氣壓縮裝置，通過收集分離器中的氫氣再次進入到主反應器進行充分混合反應，實現剩余苯物料的反應，以此來提升反應的速率，同時也有助于改善流程控制，確保整體經濟效益。

2.對改造之后工藝流程的說明

對比改造前的原料苯反應溫度來看，改造后主反應器的初期反應溫度需要控制在190℃，而改造前具有150℃的溫差，這顯然不符合設計的基本要求。在經過副反應器的同時，水預熱處理后的環己烷溫度約為130℃，此時借助于冷卻水進行冷卻處理可以降低到50℃，此時會導致大量的冷卻水被浪費掉。根據相關統計結果對比后發現，在預熱器、冷卻器之間增加預熱器，通過這樣的方式來實現原料苯能夠得到提前預熱，這樣在進入到主反應器的時候就不會再出現溫差變化較大的問題。除此之外，在改造完成后，原料苯可以經過進一步的冷卻處理來實現主反應器的合理反應，反應放熱以及原料苯都可以帶入大量的熱量使得蒸汽的產量增加，冷卻器當中的環己烷則經過預熱器處理后降低了整體溫度，所以此時的冷卻水用量也會相應的減少。

三、改造前后對比分析

1.數據比較

在預熱器投入使用一段時間后，等待計量表校準并整體穩定，壓力、溫度均顯示正常，設備的運行平穩。對參數進行記錄對比，并與改造之前設備的相關參數進行統計對比，可以得到相應的數據對比結果。結合改造前后主反應器的溫度變化、副反應器的溫度變化以及成本的苯含量來看，變化不明顯，可以顯示產品的質量沒有發生變化，整體運行穩定，改造效果良好，能夠節約大量的成本。

2.效果分析

2.1 增加副產蒸汽量

對預熱器使用后的改造成本進行測量，發現副產蒸汽量顯著增加，將其送入到蒸汽管網中進行二次使用。分別對同等生產條件下的產量數據進行對比分析，發現預熱器投入使用后的整體增效十分明顯，年降低成本約60萬元人民幣。

2.2 減少冷卻水的使用

在完成苯加氫工藝裝置改造工作后，對物料苯的溫度進行測量，發現其從原來的40℃提升到了120℃，同時也減少了副反應器的反應壓力，根據標定的鍋爐水換熱情況來看，對于冷卻水的循環用量需求明顯縮減。從循環水使用率角度上來看，由于降低了反應壓力，所以安全性也得到了保障，不在需要持續輸入大量的循環水，導致部分循環水可以持續使用，總量得到了很好的控制，對于高峰時段的用水壓力也就相應減少了。結合投入使用后平均計量循環水的數據情況來看，苯預熱器的使用冷卻水用量減少了10%左右，年均節約成本超過2.5萬元。

2.3平衡反應熱

在苯加氫工藝裝置改造后，平衡反應熱具有一定的變化，這是由于反應的周期中涉及到了催化劑、氫氣以及苯等原材料，而反應熱移除后會出現整體反應溫度的改變。根據后期統計的數據來看，設備完成改造后的主反應器溫度提升，而副產蒸汽全開后溫度也不會下降，所以換熱的效率降低，反應熱量無法及時移除，這是一個弊端需要及時解決。為了確保生產技術的應用效果以及生產安全，需要降低生產負荷，此時可能會導致一系列的問題。在具體生產中添加苯預熱器，對其進行系統改造升級，降低了進料溫度，同時也就降低了主反應器攜帶的熱量總數，這樣一來反應壓力就會顯著減少，同時操作過程中苯加氫裝置的檢修概率也變得很低，大多數情況下都可以通過簡單的檢修來解決各種問題，不再需要集中大規模的檢修，有效提升了苯加氫工藝裝置的運行效率以及經濟效益，提升了投資回報率。

總結

綜上所述，我們不難發現，增加苯預熱器對苯加氫反應及產品質量沒有任何的影響，相比改造之前，在很大程度上減少了冷卻水的使用，節約了水資源與生產成本，并且副產蒸汽量有所增加，帶來了可觀的經濟效益，因此我們應該投入到苯加氫裝置換熱系統的研究改造之中，在保證產品合格的前提下，節約資源與成本，創造更多的效益。

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（作者單位：唐山華熠實業股份有限公司）