輕質烯烴分離裝置節能研究

齊洪敏，王亞雄

(1.內蒙古科技大學，內蒙古 包頭 014010；2.國家能源集團神華包頭煤化工有限責任公司，內蒙古 包頭 014010)

自國家“十二五”計劃始，我國日益重視各類能源的有效利用和可持續發展，結合我國工業能耗大、成本高、效益差、產品缺乏國際競爭力的發展現狀，各生產企業必須通過節能減排，發展綠色經濟和低碳經濟，增強可持續發展能力，此類問題在化工行業尤為凸顯。而根據我國富煤貧油的特殊能源結構應運發展的煤制烯烴產業在不斷的發展和運營中，產業能耗巨大、周圍環境污染嚴重等問題日益凸顯，面對產業和環境方方面面的壓力，煤化工行業為了可持續發展，必須要解決本行業節能減排中存在的眾多問題[1-2]。本裝置所屬煤制烯烴項目屬國家首批項目，工藝路線相對落后，能源利用不盡合理，而輕質烯烴分離裝置作為項目產品的關鍵輸出單元，涵蓋大量的精餾、干燥、壓縮和冷卻等分離操作，工藝流程長，但工藝技術相對落后，節能空間較大，本文就該優化后的裝置中對綜合能耗影響較大的能源因素進行節能優化，以達到節能降耗的目的，降低生產運營成本。

1 運行裝置流程介紹

因實際產品氣的組分與原始設計略有不同，該裝置在持續生產過程中，綜合生產和效益因素，將部分工藝流程進行了更改，目前該裝置依然為前脫丙烷后加氫、丙烷洗工藝技術，將來自上游裝置的產品氣通過三級壓縮、酸性氣體脫除、洗滌和干燥后，在高、低壓脫丙烷塔進行初次分離。高壓脫丙烷塔頂物流經產品氣四段壓縮后送至脫甲烷塔，其塔頂產品主要是甲烷，經冷箱換熱后得到燃料氣。高壓脫丙烷塔底物流送至脫丁烷塔，得到C5以上產品和混合C4產品。脫甲烷塔底物流送至脫乙烷塔進行C2和C3分離，塔頂C2進入乙烯精餾塔塔，塔頂產品即為工業用乙烯產品。塔底C3進入丙烯精餾塔，塔頂餾分便是聚合級丙烯，塔底采出丙烷產品。產出的乙烯和丙烯產品分別送入聚乙烯裝置和聚丙烯裝置作原料，混合C4送至C4裝置作為深加工原料。具體流程見圖1所示。

圖1 某輕質烯烴分離裝置流程簡圖

2 裝置能耗現狀

因裝置所處地理位置和氣候原因，部分公用工程能源不能達到原始設計要求，故各項能源的消耗量與設計值有部分偏差，表1 數據為上年該裝置能耗與設計值對比。

表1 裝置上年能耗與設計值對比

圖2 各項能耗超設計值在總能耗超設計值的占比

從表中數據可以看出，氮氣、中壓蒸汽(4.1 MPa)和低低壓蒸汽(1.1 MPa)噸產品消耗量超出設計值較大，從單項能源在裝置總能耗超設計值中占比圖(圖2)可以得出，三類能源介質分別占比32%、30%和19%，對裝置能耗影響明顯。而中壓蒸汽用戶為裝置兩大壓縮機機組，消耗量僅受裝置生產負荷影響，沒有優化空間。

3 優化措施

結合上年能源消耗結果，在現有運行情況下優化操作參數，改善能源低效使用，降低氮氣和低低壓蒸汽消耗量，提高裝置行業內能耗排名。

3.1 降低氮氣消耗量

圖3 延長再生周期后聚合級丙烯產品中氧化物含量

圖4 延長再生周期后工業用乙烯產品質量

就氮氣去向分析，裝置氮氣主要使用方向為固定床再生、壓縮機干氣密封、火炬吹掃和儲罐氮封，從表2工藝設計數據看出，固定床再生為氮氣最大用戶，所以減少固定床再生氮氣消耗量即可有效降低裝置氮氣單耗。本裝置固定床包括氣相干燥器2臺，液相干燥器2臺，丙烯產品保護床2臺，乙烯精制床3臺。

表2 烯烴分離裝置氮氣用戶設計使用量

固定床再生氮氣消耗量大的主要原因有：再生氮氣溫度低導致升溫時間長，持續供應熱氮量增加；固定床單次再生時間人為延長，氮氣不間斷消耗增加；再生頻率高，加大氮氣使用。根據以上原因，制定了相應的應對措施，具體如下：

3.1.1 延長丙烯產品保護床和乙烯精制床再生周期

通過分析丙烯保護床入口氧化物含量，計算理論再生周期，密切監控丙烯和乙烯產品中氧化物含量，經過有序可控探索，將丙烯產品保護床再生周期由3天延長至10天，乙烯精制床再生周期由7天延長至30天。圖3、4為延長再生周期后乙烯、丙烯產品質量，可以看出，產品質量無影響。再生氮氣消耗量由244800 Nm3降至61200 Nm3，效果顯著。

3.1.2 優化再生合格指標

與分子篩廠家溝通，了解吸附劑再生情況分析及規律，掌握了不同溫度下再生合格所需時間、再生合格判定條件等關鍵技術問題。固定床再生時，通過分析再生氣出口雜質含量規定固定床再生合格指標，編制操作規范，嚴格再生程序，有效規避再生過程中的人為因素。

表3 固定床再生合格指標及操作條件

再生合格指標優化以后，各固定床再生時長平均縮短2 h左右，固定床每月再生氮氣消耗量能夠減少430800 Nm3左右，平均每小時減少氮氣用量598 Nm3。

3.2 降低低低壓蒸汽消耗量

裝置低壓蒸汽用戶主要有：產品氣壓縮機透平表面冷凝器的真空噴射泵，利用低壓蒸汽作為驅動力，為表面冷凝器提供真空度;丙烯制冷壓縮機透平表面冷凝器的真空噴射泵，利用低壓蒸汽作為驅動力，為表面冷凝器提供真空度;脫丁烷塔再沸器，使用低壓蒸汽作為加熱介質，為脫丁烷塔提供再沸所需要的熱量;烯烴分離裝置蒸汽伴熱系統，在冬季為管線、設備提供伴熱。由表4上年低低壓蒸汽用戶消耗數據看出，兩大機組真空噴射器所消耗的低壓蒸汽閥門開度為固定全開，蒸汽消耗量不受裝置生產負荷影響，脫丁烷塔再沸器再沸器消耗的蒸汽量主要由裝置進料負荷和換熱器換熱效率決定，無法大幅改變，故而降低蒸汽伴熱系統低低壓蒸汽消耗量為該項能源優化方向。降低伴熱蒸汽消耗量，可通過提高伴熱蒸汽效率和減少熱量損失方向達到目標，而目前在裝置運行投入有限的條件下，可以通過更換損壞疏水器、更換疏水器型式、增加低壓蒸汽管線保溫等手段降低蒸汽損失。

表4 低低壓蒸汽用戶日均消耗量

3.2.1 加強疏水器知識培訓教育，制定管理規范和考核標準

經過調查發現，操作人員對于疏水器漏汽情況了解，但是對于蒸汽損失量和經濟損失不重視，冬季現場漏汽不處理，蒸汽損失大。對此，對操作員工進行疏水器專項培訓，提高員工節能認識；并制定冬季伴熱管理辦法，規范冬季操作，有效降低蒸汽損失。

3.2.2 更換超期服役的疏水器

利用現有庫存更換了36個伴熱管線疏水閥，另外對主管線低點漏汽率大的疏水器進行了維修。統計超期服役的疏水器仍有230個左右，由設備工程師上報月度物資采購計劃，到貨后統一更換。針對漏汽嚴重的疏水閥，在物資到貨前，采取將疏水器后手閥限位的方法減少蒸汽損失。

3.2.3 防凍期結束后及時停蒸汽伴熱系統

防凍期結束后仍需要伴熱的工藝管線有碳四燃料氣外送管線、廢堿液去焚燒爐管線、廢堿罐廢堿裝車線、脫丁烷塔儀表伴熱線，除上述管線外，要求在防凍期結束后，應及時停止蒸汽伴熱。

經過采取上述措施后，防凍期低低壓蒸汽的日均消耗量由190.6 t降低至178.6 t，效果顯著。

4 結論

通過采取上述節能措施，該裝置單位產品綜合能耗由上年的294.09 kgce/t產品，降低至269.13 kgce/t產品，能耗明顯降低，下一步將針對其他能源介質進行精細分析，不斷優化，提出可行措施。

煤基輕質烯烴分離工藝與傳統乙烯工藝類似，但因其原料組分不同，工藝處理及參數略有差異，在現有運行裝置進行節能降耗處理，需要工藝技術人員從細微處入手，節能增效，提高企業市場競爭力。