焦化管式爐脫苯工藝改進措施

蘭會賢

山西省工業設備安裝集團有限公司 太原 030006

粗苯的主要組分有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳烴，是煤熱解生成的粗煤氣中的產物之一[1]，也是各焦化企業回收的主要對象，主要用于深加工制苯、甲苯、二甲苯等產品[2]。我國作為煤炭大國，煤焦化產業發展規模龐大，粗苯產量、消費量均居世界第一，且每年都保持一定的增勢，因此，從焦爐煤氣中回收粗苯具有重要意義。

目前焦化企業的粗苯回收通常采用管式爐加熱富油的脫苯工藝[3]，是將洗苯后的含苯富油經管式爐加熱后脫苯。近年來，國家環保治理力度逐步加大，化工生產安全管控進一步嚴格，管式爐脫苯工藝存在的諸多問題日益突出：管式爐爐膛內煤氣燃燒產生大量二氧化硫及氮氧化物等有害物質，未經凈化造成環境污染；煤氣消耗量大、加熱熱效率低[4]、大量煤氣被浪費、經濟效益差；煤氣的使用，屬明火操作，易造成爆炸事故，同時根據《石油化工企業設計防火規范》相關條例規定[5]，管式爐與周圍各裝置的距離有嚴格要求。為了適應新形勢下安全、環保及節能等方面的要求，需要對現有工藝進行技術改進。

本文以某年產150萬噸焦化企業為例，將管式爐改進為換熱器，對工藝流程、設備布置、投資及運行費用進行比較，展示脫苯工藝改進后的優勢。

1 改進前后工藝流程比較

1.1 管式爐脫苯工藝流程

管式爐脫苯工藝流程圖見圖1。

圖1 管式爐脫苯工藝流程圖

洗苯塔底富油經富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔頂出來的粗苯汽換熱，將富油預熱至60℃左右，然后至油油換熱器與脫苯塔底出來的熱貧油換熱，由60℃升到約140℃左右，最后進入粗苯管式爐被加熱至180℃左右，進入脫苯塔。從脫苯塔頂蒸出的粗苯油水混和汽進入粗苯冷凝冷卻器分別被從洗苯塔底來的富油和16℃制冷水冷卻至30℃左右，然后進入粗苯油水分離器，分離的粗苯至粗苯回流槽，部分粗苯經粗苯回流泵送至脫苯塔頂作回流，其余部分自流入粗苯貯槽。脫苯后的熱貧油從脫苯塔底流出，自流入油油換熱器與富油換熱，使其溫度降至90℃左右后進入貧油槽，再由貧油泵加壓送至一、二段貧油冷卻器，分別被循環水和制冷水冷卻至約30℃，送洗苯塔噴淋洗滌煤氣。

干熄焦所產生的蒸汽減壓至0.5MPa低壓飽和蒸汽，通過粗苯管式爐過熱至400℃左右，作為洗油再生器和脫苯塔的熱源。管式爐所需燃料焦爐煤氣引自洗苯后的煤氣管道。

1.2 換熱器脫苯工藝流程

為了實現對富油相同的預熱效果，選擇兩臺換熱器替代管式爐。

換熱器脫苯工藝流程見圖2。

圖2 換熱器脫苯工藝流程圖

洗苯塔底富油經富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔頂出來的粗苯汽換熱，將富油預熱至60℃左右，然后至油油換熱器與脫苯塔底出來的熱貧油換熱，由60℃升到約140℃左右，最后進入富油加熱器，被來自外管網的3.8MPa、450℃的中壓過熱蒸汽加熱到180℃，再送往脫苯塔脫苯；中壓過熱蒸汽經過富油加熱器與富油換熱后，冷凝為中壓蒸汽冷凝液，冷凝液經過疏水閥后進入汽液分離器，在汽液分離器內閃蒸，閃蒸分離出的低壓飽和蒸汽并入原低壓蒸汽管網，低壓蒸汽冷凝液利用蒸汽自壓送往干熄焦除氧器。另一部分來自外管網的3.8MPa、450℃的中壓過熱蒸汽經過減壓閥減壓至0.6MPa、430℃后，送往原脫苯塔和原洗油再生器作為加熱蒸汽。

1.3 換熱器替代管式爐的工藝流程特點

(1)可實現對富油的相同預熱效果。

(2)可充分提高干熄焦蒸汽的節能利用效率，干熄焦產生的高溫高壓過熱蒸汽通過減溫降壓后，可完全滿足富油換熱、富油再生以及脫苯塔的熱量需求。

(3)可大量減少煤氣燃燒所產生的二氧化硫及氮氧化物等有害物質的排放。

(4)操作簡便，避免明火作業，降低因操作不當造成的事故危險。

2 設備布置比較

現結合兩種脫苯工藝的流程特點，按照工藝流程順序和同類設備適當集中原則進行，提出兩種工藝的設備布置方案，重點對加熱爐和換熱器的設備布置進行比較。

2.1改進前設備布置

管式爐脫苯工藝設備布置圖見圖3。

圖3 管式爐脫苯工藝設備布置圖

洗脫苯工序占地面積3552m2，其中東西寬74m，南北長48m。管式爐加熱設備有管式爐和煤氣過濾器，其布置滿足管式爐與其它設備的間距要求。管式爐為明火設備，其布置距甲類儲罐距離滿足15m的距離要求，滿足《石油化工企業設計防火標準》GB50160-2008(2018年版)的距離規定。

2.2 改進后設備布置

換熱器脫苯工藝設備布置圖見圖4。

圖4 換熱器脫苯工藝設備布置圖

洗脫苯工序占地面積2976m2，其中東西寬62m，南北長48m?？紤]到富油加熱設備改進為兩臺換熱器，換熱器加熱系統與地下放空槽距離可縮短11.5m，粗苯中間槽和新洗油槽三臺設備縱向布置，兩臺粗苯輸送泵設置在新洗油槽與洗苯塔設備中心連線的中央位置。

2.3 設備布置圖改進分析

通過設備布置改進前后的比較，可以算出工序占地面積可有效減少576m2。改進后的設備布局不僅可以縮小系統所占用的空間，進而減少建設費用，還可以加快物料處理效率，減少制品停留時間。合理的設備布置直接影響了現場生產能力、工作效率和生產成本。

3 改進前后投資和運行費用對比

3.1 改進前投資及運行費用

設備費：200萬

消耗煤氣量：1450m3/h

煤氣年運行成本：889.14萬元

低壓飽和蒸汽量：2.7t/h

低壓蒸汽年運行成本：236.52萬元

綜合運行成本為1125.66萬元

3.2 改進后投資及運行費用

設備費：75×2=150萬元

中壓過熱蒸汽消耗量：11.5t/h

中壓過熱蒸汽年運行成本：1208.88萬元

回收蒸汽凝液量：9t/h

年回收成本為197.1萬元

綜合運行成本為1011.78萬元

150萬噸焦化項目所配套的管式爐與換熱器脫苯工藝投資及運行費用對比見表1。

表1 150萬噸焦化配套管式爐與換熱器脫苯工藝投資及運行對比表

從表1對比分析可知，換熱器脫苯工藝不僅在設備投資和建設投資方面比管式爐脫苯工藝節約成本，而且在運行費用和穩定性、安全性上顯示出巨大的優勢。

4 結語

與管式爐脫苯工藝相比較，換熱器脫苯工藝可有效改善原有工藝中廢氣污染大、能耗高、明火操作危險發生等問題，具有顯著環保效益以及安全效益，在新形勢下的環保和安全監管下，更具有競爭力和市場適應性。改進后的設備布置節省占地面積約576m2，設備投資節約50萬元，年運行成本節約113.88萬元，具有良好的經濟效益，可為我國焦化粗苯產業工藝的改進和研究提供借鑒。