热集成节能技术在芳烃联合装置上的应用

李世伟

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部， 200540)

工业化应用

热集成节能技术在芳烃联合装置上的应用

李世伟

(中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部， 200540)

热集成技术利用烃类介质的沸点及凝固点随着压力变化而变化的特性，通过改变各精馏塔的操作压力和温度，使各精馏塔塔顶和塔底热源得到二次利用。文章介绍了热集成节能技术在600 kt/a芳烃联合装置上的应用，指出了操作过程中需要注意的若干问题。

芳烃联合装置 热集成 节能技术

一般情况下，烃类介质的沸点及凝固点随着压力的变化而变化。根据这一特性，几个精馏塔同时运行时，通过设计可以使这几个塔在不同的压力和温度下操作，将高温精馏塔塔顶馏出气的冷凝热作为低温精馏塔塔底再沸器的热源，从而实现热量的二次利用。

能耗费用在芳烃装置操作费用中所占比例最大，直接决定了芳烃装置的整体经济效益。目前，随着节能技术的发展，芳烃装置中先进节能技术的应用越来越多，其中热集成技术［1］的应用最为广泛。热集成节能技术不仅是一种节能的有效方法，而且是降低装置运行和基建投资费用的良好途径。中国石化上海石油化工股份有限公司芳烃部(以下简称芳烃部)在600 kt/a芳烃联合装置上采用了热集成节能技术，取得了很好的节能效果。

1 装置概况

芳烃部芳烃联合装置由连续重整、芳烃抽提、甲苯歧化及烷基转移、吸附分离、异构化、二甲苯分馏、氢气提纯等装置及公用工程设施组成，其中精馏塔数量比较多，而且负荷较高。

芳烃联合装置总能耗中，二甲苯分馏装置能耗占比最大，为40.64%。二甲苯塔塔底加热炉为2台大型立管箱式炉，总热负荷为157.77 MW，燃料气消耗12 510 kg/h，约占联合装置燃料气总消耗量的60%，是能耗大户。

2 热集成技术在芳烃装置上的应用

在芳烃联合装置中，精馏分离体系中各组分的沸点非常接近，所以在精馏分离过程中所需的回流比很大，需要为每台精馏塔提供大量的热能。而部分精馏塔塔顶却产生大量的低温热，如果精馏塔塔底单独采用加热炉供热，塔顶热量采用空气冷却器和水冷器进行冷凝或冷却，则能耗非常大，设备投资费用也较高。为了降低能耗，充分利用联合装置中的潜热资源，最大限度地降低操作费用，在联合装置设计中应用了热集成技术，对3台大负荷高温塔(甲苯塔、二甲苯塔和重芳烃塔)进行提压操作，为其他负荷较小的精馏塔提供热源，实现低温热的二次利用，从而节约燃料。

2.1 甲苯塔热集成流程

甲苯歧化及烷基转移装置中的甲苯塔采用升压、升温操作方式，甲苯塔塔釜由加热炉供热，设计热负荷30.97 MW。在提供甲苯塔所需热量的同时，塔顶油气还可为甲苯塔塔釜提供16.822 MW的热量，多余的热量则由甲苯塔塔顶的空气冷却器进行调节，以保持塔顶压力的稳定。甲苯塔热集成流程设置情况见图1。

图1 甲苯塔热集成流程示意

热集成技术的应用使甲苯塔的热效率得到了很大提高，节能效果明显。同时，甲苯塔塔底再沸器采用1台立式高通量管换热器［2，3］替代传统热交换器，传热效果明显强化，因为在热源为冷凝介质的场合，同等规格的高通量管热交换器总传热系数比光管热交换器的总传热系数提高2～5倍，且高通量管换热器占地面积少。

2.2 二甲苯塔热集成流程

二甲苯分馏装置中二甲苯塔的热集成工艺则为多个装置精馏设备提供了能源集成供应，各集成装置热负荷分布情况见表1，能源集成流程设置见图2。

表1 二甲苯分馏塔热集成能源分布情况

图2 二甲苯塔热集成流程示意

二甲苯塔底加热炉作为供热系统，二甲苯塔底料液通过塔底泵分别进入到抽余液塔塔底辅助再沸器E－603、解吸剂再蒸馏塔塔底再沸器E－611、白土塔进料换热器E－806、重芳烃塔塔底再沸器E－807及岐化汽提塔塔底再沸器E－506进行换热，然后进入加热炉进行加热，再回到二甲苯塔塔底，如此循环，为各精馏塔提供热源。

与此同时，二甲苯分馏塔采用升温、升压操作，塔顶馏出气体的冷凝热用作抽余液塔塔底再沸器E－602、抽出液塔塔底再沸器E－606和脱庚烷塔塔底再沸器E－707的热源进行加热。

另外，抽余液塔塔底再沸器E－602和辅助再沸器E－603以及抽出液塔塔底再沸器E－606都采用了高通量管换热器，不仅换热效率高，而且降低了投资，节省了占地面积。

2.3 重芳烃塔热集成流程

二甲苯分馏装置中重芳烃塔的塔底热源来源于二甲苯塔塔底油，采取加压操作后提高了重芳烃塔塔顶气相馏出物的温度，可以进一步为重整油分离塔塔底再沸器E－804提供热源。重芳烃塔热集成流程见图3。

图3 重芳烃塔热集成流程示意

塔顶压力通过重芳烃塔塔顶空冷前的阀门进行调节，以确保塔顶压力稳定。重芳烃塔塔顶气相馏出物在对重整油分离塔提供热量后，经3.5 MPa蒸汽加热后进入下一道工序。

3 热集成技术的应用效果

2011年芳烃联合装置的能源消耗整体上低于设计值，实际运行时综合能耗(标油)为528.10 t/t，与设计值相比降低约8.6%，取得了良好的节能效果。

4 建议

芳烃联合装置是高能耗装置，因此充分利用各种先进节能降耗技术是芳烃联合装置的主要任务之一，其中热集成技术将在装置设计和生产实践中的节能降耗方面占主导地位。根据芳烃联合装置的实际运行情况，热集成技术在生产实践中的运用需要特别注意以下几个方面:

(1)二甲苯塔加热炉在热集成工艺操作流程中处于承上启下的位置，必须先开工、后停工;热源集成的关联装置之间应尽可能做到同开、同停。

(2)二甲苯塔在升温前一定要升压至0.4～0.5 MPa，以防升温过程中C9组分通过平衡管线进入吸附原料罐，对吸附剂的吸附性能造成影响。

(3)应用热集成技术的各装置之间的热源用量相互制约，需要严格按照热集成流程进行操作和调整，特别是二甲苯塔，其热集成对于芳烃联合装置的节能至关重要。发生加热炉仪表故障或辅助设备故障时，要及时调整操作参数，确保二甲苯塔加热炉的稳定运行，避免装置的运行状态发生大的波动。

［1］ 杨德明，匡华．芳烃热集成精馏的模拟研究［J］．石油化工高等学校学报，2001，14(1):25 －28．

［2］ 赵亮，张延丰，陈韶范．高通量管热交换器在芳烃装置中的应用及前景［J］．石油化工设备，2010，39(6):68 －70．

［3］ 谭集艳．对二甲苯装置中高通量管强化传热技术［J］．石油化工设备，2007，36(3):81 －83．

Application of Heat Integration Energy－saving Technology in Aromatics United Plant

Li Shiwei
(Aromatics Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The heat integration technology realized reutilization of heat in bottom and top of rectifying tower through changing of operation pressure and temperature of each rectifying tower by using the characteristics of hydrocarbon medium which boiling point and freezing point vary with pressure changes．The application of heat integration energy－saving technology in 600 kt/a aromatics united plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited was introduced，and the problems deserves attention in operation were pointed out．

aromatics united plant，heat integration，energy － saving technology

1674－1099 (2012)03－0047－03

TE991

A

2012-03-21。

李世伟，男，1981年8月出生，2006年7月毕业于兰州理工大学化学工程与工艺专业，工程师，现从事芳烃生产工作。