苯乙烯装置和乙苯脱氢装置联合运行节能技术探讨

张广伟

（大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆 163714）

节能技术

苯乙烯装置和乙苯脱氢装置联合运行节能技术探讨

张广伟

（大庆石化公司化工三厂，黑龙江大庆 163714）

某石化企业的苯乙烯装置和乙苯脱氢装置都是用于生产苯乙烯单体的装置，产能分别为90 kt/a和100 kt/a。由于2套装置原料分配不合理，造成能源浪费，且直影响上下游物料平衡。通过工艺技术改进，将2套装置不同工艺包的2个单元合并成1套完整的装置联合运行，实现了装置节能的目的。

苯乙烯；节能；技术开发；联合运行

某石化企业拥有苯乙烯装置和乙苯脱氢装置，生产淡季时，单独运行苯乙烯装置，不能满足下游ABS装置需求，原料存在较大缺口，如外购苯乙烯成本较高，卸车还存在巨大的安全风险。当2套装置全开，虽能满足下游需求，但装置负荷过低，能耗很高。由于2套装置的设计、产能、设备等多方面存在的差异较大，将不同工艺包的2个单元合并成1套完整的装置，需要解决乙苯单元蒸汽合理应用、工艺流程变更、能量平衡、联锁保护、公用工程平衡等技术问题［1］。

1 项目总体思路及技术方案

1.1 总体思路

乙苯脱氢装置的工艺包较苯乙烯装置的工艺包晚了10 a，在设计上需采用多项节能降耗的先进技术，苯乙烯装置已经运行17 a，设备陈旧，工艺较落后。如果将苯乙烯装置的乙苯单元与乙苯脱氢装置联合运行，可以形成优势互补、取长补短的合理运行模式。

苯乙烯装置经过2005年的改扩建后，乙苯单元由原来的气相分子筛工艺改为液相分子筛工艺生产乙苯。在新应用的UOP/Lummus工艺包的设计中，由苯回收塔和烷基化反应放出的巨大热量被转化成压力为0.4 MPa、温度为160℃的低等级蒸汽，这些蒸汽被用作脱氢精馏塔的再沸蒸汽。如果乙苯单元与乙苯脱氢装置联合生产，那么苯乙烯装置的脱氢单元就必须停下来，这些蒸汽将无法被消耗，将直接制约乙苯单元的生产负荷。因此，乙苯单元的副产蒸汽能否在乙苯脱氢装置得到合理应用是联合运行的技术关键，是工艺包整合的核心技术。

通过对乙苯脱氢装置所应用的工艺包的研究和分析，蒸汽过热炉HS-2201所使用的主稀释蒸汽是由电厂提供的1.0 MPa蒸汽，其他各等级蒸汽系统是基本平衡的，蒸汽系统的设计是比较独立完整的。结合乙苯单元蒸汽不平衡的问题综合分析，将乙苯单元副产的蒸汽作为乙苯脱氢装置蒸汽过热炉的稀释蒸汽的替代蒸汽，既解决了乙苯单元蒸汽不平衡的问题，又能降低乙苯脱氢装置能耗，这样2套工艺包才有整合的可能性，乙苯单元与乙苯脱氢装置联合运行才有可能性。如果能将乙苯单元副产蒸汽引入乙苯脱氢装置蒸气过热炉作为稀释蒸汽替代原有的1.0 MPa蒸汽，能够解决乙苯单元蒸汽系统不平衡的瓶颈问题，使联合运行成为现实；乙苯脱氢装置外网1.0 MPa蒸汽消耗将大幅度降低，联合运行后所产的苯乙烯产品成本降低，使装置生产经营指标得到最佳优化［2］。

1.2 技术方案

1.2.1 理论分析乙苯单元副产蒸汽替代乙苯脱氢蒸汽过热炉原设计蒸汽的可行性需要进行理论核算和试验。利用苯乙烯装置乙苯单元自产蒸汽后，加热炉出口温度达到原设计温度（842℃）时才能满足生产的要求。故只需计算在HS-2201设计负荷下，蒸汽经过HS-2201的对流段及福射段后出口温度能否达到的设计值即可。根据工艺包中提供的基础设计参数，结合苯乙烯装置乙苯单元副产蒸汽的工艺条件，对HS-2201的负荷进行了模拟核算。考虑到苯乙烯车间装置乙苯生产能力为90 kt/a，而乙苯脱氢装置苯乙烯的生产能力为100 kt/a；当产能都为90 kt/a时，乙苯脱氢单元不需要加热这么大的稀释蒸汽流量。当乙苯单元与乙苯脱氢装置产能同为90 kt/a，进入蒸汽过热炉的蒸汽量减少至原设计值的90%，即由18 150 kg/h减少到16 335 kg/h时，蒸汽过热炉完全可以提供反应所需的热量，理论上可满足2套装置的联合运行的技术要求。

1.2.2 现场试验为检验理论模拟核算结论的正确性，为设计部门提供科学可靠的基础数据，装置技术人员经过认真研究制定《蒸汽过热炉应用乙苯单元蒸汽现场试验方案》，按照方案的目标和步骤，分5个梯度降低主蒸汽的入口温度，通过降低主蒸汽流量来保证过热炉出口温度、过热炉燃料量不变。当蒸汽过热炉蒸汽入口温度降低到166℃时，维持过热炉负荷不变，主稀释蒸汽流量需要降低到原工艺包设计值的92%才能保证过热炉出口温度TI-2109维持在837～840℃。该工况下的操作数据与理论模拟核算的数据非常接近。在燃料量和过热炉出口温度不变的工况下，蒸汽过热炉可以加热原设计流量92%的蒸汽流量，能够满足乙苯脱氢装置在90%的负荷下运行。同时，与理论模拟核算的结论基本一致，可以证明理论核算的准确性［3］。

2 项目设计与实施

由于2套苯乙烯装置应用完全不同的工艺包，因此各自的蒸汽管网控制系统差异也非常大。综合考虑2套装置特性、联合运行后安全稳定等因素，通过增设蒸汽管线将2套装置的蒸汽系统紧密联系在一起，形成统一的有机体整。

2.1 运行控制系统设计与建立

对2套装置蒸汽管网中产汽设备、用汽设备及管网稳定的影响评价分析，确定乙苯单元与蒸汽系统相关的设备对管网扰动影响至关重要。在乙苯单元庞大的蒸汽控制系统中，LP2蒸汽管网的一个压力控制系统PIC-2613B却成为影响两苯安全稳定运行的核心。同时，确定PIC-2613B为核心控制系统，并向相关部门提出要求。将PIC-2613引入乙苯脱氢装置DCS控制，或至少显示其重要参数，利于整个蒸汽系统的控制和2套装置的安全运行。

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2.2 保护联锁系统的设计

当乙苯单元副产蒸汽引入乙苯脱氢蒸汽过热炉以后，由于流程改变、操作参数改变，原有联锁保护系统已经不具备保护人员和设备的需要。通过对新工艺流程和2套装置的关联性的分析和研究，提出“一触发，三动作”的联锁保护系统，同时进入过热炉蒸汽管线上的电磁阀要采用具备流量调节功能的电磁阀，这样非常有利于对蒸汽过热炉安全和脱氢催化剂寿命的保护。

2.3 工艺管线优化设计

来自乙苯单元的蒸汽为饱和蒸汽，从起点到终点需要经过大约400 m管线，流动过程产生的压降和温降，使蒸汽温度降得更低，并会产生凝液。带有凝液的蒸汽进入过热炉后汽化，系统压力将会剧烈波动，损坏膨胀节，形成安全隐患。同时，大幅度增加了蒸汽过热炉的负荷，增加了燃料的消耗。尤其是在装置开车初期，该管线蒸汽流量低，温度和压力将会更低，对蒸汽过热炉的影响就更大。为克服该不利因素的影响，经过技术人员核算，提出增加1条蒸汽暖管线，并带有流量调节系统。增设该暖管线后，既可以解决蒸汽带液的问题，又能解决乙苯单元负荷大于乙苯脱氢装置时所产生蒸汽排放不掉的难题，确保前后负荷自如调整［4］。

2.4 配管现场勘察

乙苯单元引入的蒸汽管线需要沿着已有的管廊铺设，管廊空间位置很有限，现场配管设计难度非常大。工程技术人员多次勘察现场，并提供给设计单位。同时明确提出必须设置的排凝导淋位置，提醒设计单位管线流向的坡度的设置，在确保安全的前提下尽量减少胀力弯的数量。

2.5 全过程跟踪施工

项目在施工过程中装置技术人员配合施工方及时跟进跟踪施工，保证全程监控项目实施进度和施工质量，对于在施工过程中出现的问题及时研究改进方案，避免出现影响项目投用的问题发生，使得项目施工进展顺利。

3 投用后效果对比

项目实施后对不同负荷和运行模式（3种工况）下的能耗指标进行对比。

（1）工况Ⅰ：90 kt/a苯乙烯装置满负荷工况下最好能耗为16 155 MJ/t。

（2）工况Ⅱ：2套苯乙烯装置低负荷运行实际能耗为20 700 MJ/t。

（3）工况Ⅲ：该项目在此工况下实施后实际能耗为13 549 MJ/t。

工况Ⅲ的能耗低于前2种工况。由此可知，联合运行后，节能效果十分显著。同时，从根本上解决了淡季苯乙烯原料供需不平衡的问题。

自2013年9月该项目投用后，乙苯脱氢装置90%负荷的情况下可消耗乙苯单元副产蒸汽11.11 t/h，2套装置工艺运行参数正常、物料及蒸汽系统平衡、关键设备过热炉及压缩机运行正常、所有分析数据符合设计要求。经过对联合运行项目的标定，该项目累计节约1.0 MPa蒸汽112.1 kt，实现效益1 435.6万元。装置能耗从20 700 MJ/t，降低到13 549 MJ/t，实现效益400万元。

所以，苯乙烯装置与乙苯脱氢装置组成1套装置联合运行，既能保证装置负荷自由调整，又能保证下游装置的原料需求［5］。

4 结束语

该项目实现了2套装置优势资源的有效利用，达到节能降耗的目的，节能效果显著，经济效益可观，符合“清洁生产，节能减排，提质增效”的企业发展和经营的需要。在乙苯原料充足，苯乙烯效益好的生产旺季，还可以将苯乙烯装置的脱氢单元重新开满负荷，提高2套装置的产能，为企业创造更大的经济效益。该项目的成功实施，不仅填补了国内外同行业相关的技术空白，同时为装置节能减排、提质增效方面的科技创新、自主技术开发与应用开辟出一条新路，符合当前环保低碳、清洁生产的要求。

［1］于美红，丛林，宋守刚，等.苯乙烯工艺技术改进及应用［J］.现代化工，2010（10）：16-19.

［2］王明福，齐航.苯乙烯装置用能分析及节能措施［J］.齐鲁石油化工，2007（3）：43-45.

［3］宋守刚，于美红.苯乙烯装置蒸汽过热炉节能技术改进［J］.河南化工，2009（10）：32-34.

［4］尤景红.苯乙烯生产技术对比［J］.沈阳工程学院学报（自然科学版），2010（2）：185-188.

［5］张晓宇.苯乙烯装置节能措施研究［J］.橡塑资源利用，2014（6）：31-37.

Technical discussion on energy-saving technology of combined operation of styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant

Zhang Guangwei
（No.3 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company，Daqing 163714，China）

Both of the styrene plant and ethyl benzene dehydrogenation plant in a petrochemical enterprise are the plants used for producing benzene,and the capacity are 90 kt/a and 100 kt/a respectively.The unreasonable materials allocation of these 2 plants caused energy wasting and directly influenced the up-stream and down-stream material balance.Through process technology improvement which combined the 2 units of 2 plants of different PDP into 1 set of integrated plant to have combined operation,the energy-saving target is realized.

styrene;energy-saving;technical improvement;combined operation

TQ241.21

B

1671-4962（2017）04-0063-03

3017-03-13

张广伟，男，工程师，2004年毕业于齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业，现从事化工生产管理工作。