脱氢系统蒸汽过热炉燃料系统优化

李延海

（海南实华嘉盛化工有限公司，海南洋浦经济开发区 578101）

海南实华嘉盛苯乙烯装置由8万t·a-1催化干气制乙苯装置及乙苯中间罐区、8万t·a-1乙苯脱氢制苯乙烯装置及苯乙烯中间罐区组成。脱氢系统蒸汽过热炉F-301是苯乙烯装置的关键设备，通过提供210kPa过热蒸汽的方式，给脱氢第一反应器R-301、第二反应器R-302提供反应需要的热量。蒸汽过热炉F-301由2个分开的辐射炉膛和一个共同的对流段组成。低压蒸汽（温度为147℃，压力为210kPa）通过分液罐D-611进入蒸汽过热炉F-301的对流段加热，加热到630℃左右，再进入蒸汽过热炉F-301辐射段A室进一步加热，加热到818℃进入到脱氢第二反应器R-302级间换热器，将二段脱氢反应器的进料加热到所需的温度。在换热后，主蒸汽返回到蒸汽过热炉F-301辐射段B室重新加热，温度从589℃升到817℃后进入脱氢第一反应器R-301，为脱氢第一反应器R-301提供所需反应热量。

1 蒸汽过热炉燃料系统概述

由于装置在生产过程中会产生脱氢尾气、烃化尾气及苯乙烯焦油等废气、废料，合理利用这些废气、废料作为蒸汽过热炉加热燃料，平衡装置自产物料，降低能耗。蒸汽过热炉F-301A室用燃料气作为加热燃料,B室采用燃料油和燃料气混合加热燃料，燃烧器为燃料油与燃料气混烧的联合燃烧器。苯乙烯脱氢系统改造前流程见图1，改造后流程见图2。

图1 苯乙烯脱氢系统改造前流程

图2 苯乙烯脱氢系统改造后流程

2 改造内容及处理措施

2.1 停用精馏系统焦油燃料

合理利用装置生产的废气、废料，脱氢系统蒸汽过热炉F-301B室设计采用燃料油与燃料气混合燃烧器，以苯乙烯精馏系统精苯乙烯塔C-403塔釜物料经薄膜蒸发器E-414合理回收苯乙烯的焦油和装置生产的烃化尾气、脱氢尾气为燃料。但在实际生产中，燃烧焦油给脱氢系统的稳定生产带来较大的波动和诸多不利因素。因为，苯乙烯精馏系统精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油，虽然经过薄膜蒸发器E-414回收大部分苯乙烯产品，但还是含有一定量的苯乙烯产品，而苯乙烯产品的性质，在高温下易发生自聚反应，生成苯乙烯聚合物，导致燃料油火嘴经常严重堵塞，影响蒸汽过热炉F-301的正常燃烧。清理火嘴时蒸汽过热炉出口温度大幅度波动，引起脱氢反应温度大幅度波动。

苯乙烯脱氢蒸汽过热炉以焦油为燃料，虽然解决了装置自产的废料，达到自产物料平衡，又节约燃料资源，但由于燃烧时火嘴易堵塞造成脱氢反应温度波动较大而频繁，大大缩短了脱氢反应催化剂的使用寿命。经综合考量，为了保护脱氢反应催化剂的使用寿命，优化生产平稳操作，公司决定停止以焦油作为燃料，而把苯乙烯焦油作为副产品销售。从停用苯乙烯精馏系统精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油作为燃料的使用情况来看，确实达到了预期效果，优化了装置的平稳运行生产。

2.2 燃料气带液处理

脱氢系统蒸汽过热炉F-301使用的燃料气是由乙苯装置烃化尾气吸收塔C-103产出的烃化尾气和脱氢系统自产的脱氢尾气。自装置开工以来，燃料气带液比较严重，主要是由脱氢尾气所夹带。这不仅影响加热炉的正常燃烧和脱氢反应温度波动，而且使液体在燃料气管路低点U型袋处积存，形成液封，导致管路流通截面积大大减小，阻力增大，使得燃料气系统前面尾气压缩机K-301出入口压力增大，增大压缩机做功，而蒸汽过热炉单位时间内流过的燃料气量相对减小，致使燃料气控制阀开度很大，也达不到脱氢反应所需温度。

脱氢尾气带液的主要原因，是由于本装置使用的是国产脱氢尾气压缩机，所需的入口喷淋水量较大，而且压缩机出口管路的布置也存在较大的缺陷，压缩机出口至高点的尾气冷凝器E-310之间存在低点U型袋，压缩机出口排水至油水分离器D-305的排水管直径（DN25）较小，再加上压缩机出口有苯乙烯聚合物的存在，使得压缩机出口管路中的水不能及时排至油水分离器D-305，而在压缩机出口管路低点的U型袋处大量积存，形成液封，脱氢尾气流通截面积大大减小。这不仅导致脱氢尾气压缩机出入口压力上升，增大透平汽轮机做功和3.5MPa蒸汽消耗量，而且脱氢尾气在高阻力下打破水封夹带大量液体进入尾气吸收塔。因脱氢尾气夹带大量液体，而尾气吸收塔C-302是间歇式排水，循环吸收剂量比设计值偏小，很难实现气液两相的完全分离，从而使脱氢尾气带液最终至蒸汽过热炉F-301燃料气系统。

为解决燃料气带液这一问题，公司在大检修中做了如下处理：

（1）为了消除尾气压缩机出口管路阻力，降低尾气压缩机出入口压力，使压缩机出口管路中的液体完全顺利排至油水分离器D-305，在压缩机出口管路中增设分液罐D-309，尾气压缩机出口排水管径由原来的DN25改为DN50,同时将压缩机出口管路适当提高，消除尾气压缩机出口管路低点的U型袋。经过改造，不但可以回收全部工艺凝液，而且可以降低尾气压缩机K-301出入口压力，降低透平汽轮机做功，减少3.5MPa蒸汽用量，更为重要的是解决脱氢尾气夹带大量液体进入燃料气系统，影响蒸汽过热炉F-301的正常燃烧，引起脱氢反应温度大幅度波动。

（2）适当提高尾气吸收塔的吸收剂循环量，加强尾气吸收塔C-302间歇排水次数。

2.3 更换蒸汽过热炉F-301B燃烧器为低压火嘴燃烧器

苯乙烯脱氢系统蒸汽过热炉F-301B室设计采用燃料油和燃料气混合加热燃料燃烧器，因脱氢系统蒸汽过热炉燃料系统改造，停用精馏系统精苯乙烯塔C-403塔釜采出焦油，蒸汽过热炉只燃烧燃料气。为了降低脱氢尾气压缩机K-301出入口压力，减少压缩机功耗，降低3.5MPa(G)蒸汽用量，从而降低脱氢反应压力，蒸汽过热炉B室的燃烧器由原来的燃料油、燃料气混烧火嘴改为低压火嘴，并且把燃料油烧嘴改为燃料气烧嘴，蒸汽过热炉的燃料气系统压力由原来的0.06MPa降至0.03MPa。

3 改造成果

通过大检修对苯乙烯脱氢系统蒸汽过热炉F-301燃料系统进行改造，经过长时间运行观察，改造效果较为明显。停止使用苯乙烯精馏系统精苯乙烯塔C-403塔釜采出的焦油后，苯乙烯脱氢系统运行更为平稳，催化剂使用寿命也有所延长。经脱氢尾气压缩机K-301出口管路增设分液罐D-309和更换蒸汽过热炉F-301B室燃烧器为低压火嘴燃烧器后，燃料气带液得到了有效的控制，燃料气系统管网压力由原来的0.060~0.065MPa降至现在的0.025~0.030MPa。脱氢尾气压缩机K-301出入口压力由32~38 kPa(A)降至28~33kPa(A)，压缩机入口喷淋水量明显减少，透平汽轮机所消耗3.5MPa蒸汽用量明显降低，乙苯脱氢系统转化率及负荷明显提高。脱氢系统改造前后参数变化列于表1。

表1 脱氢系统改造前后参数变化表

从表1明显看出反应转化率同比增长5% ，脱氢反应乙苯进料量同比增加2500kg·h-1，即：

苯乙烯产量平均同比增加：2500×(63%+65%)÷ 2=1600kg·h-1；

K-301的3.5MPa蒸汽能耗平均同比下降：1.5×88=132kg标油；

K-301脱盐水能耗平均同比下降：1×2.3=2.3kg标油；

综合能耗同比下降：(132+2.3)÷(16×64%）=13.1kg标油·(t SM)-1；

全年苯乙烯产品提高：1.6×8400=13440t；

全年综合能耗下降：13.1×8400=110040kg标油。

4 小结

2009年苯乙烯装置大检修对脱氢系统蒸汽过热炉F-301燃料系统进行改造，改造效果非常明显，达到了预期的目标。在苯乙烯脱氢系统提高处理能力的同时，起到了节能降耗的效果，全年综合能耗可降低110040kg标油。脱氢反应压力降低2~3kPa,脱氢反应转化率高达65%，全年多产苯乙烯产品高达13440t。脱氢系统蒸汽过热炉F-301燃料系统虽仍带有微量的液体，但带液量明显降低，对蒸汽过热炉影响较小，脱氢反应温度相对稳定。本次改造不仅保障了装置的安全平稳运行，优化生产操作，而且节能降耗效果非常显著。