海南炼化首套国产化芳烃装置节能技术的研究

王照帅

摘 要：海南炼化芳烃联合装置通过采取低温热回收、热源总成利用和热量梯度利用等多项节能技术措施，使能耗比国内同类最好装置降低了150kg.EO/t.PX，从而使产品的成本竞争力处于遥遥领先地位。中国石化PX装置相似度高，海南炼化众多节能技术均成熟可靠，完全可以推广应用。

关键词：芳烃联合装置;能耗;节能技术;低温热回收;热源总成;推广应用

2013年底，海南炼化建成投产了芳烃联合装置，这是中国石化具有完全自主知识产权的国产化第一套大型芳烃生产装置。该装置的投产，打破了国外公司对芳烃成套技术的长期垄断，中国石化一举成为全球第3家拥有对二甲苯生产技术的专利商。项目所应用“中国石化高效环保芳烃成套技术”荣获国家科技进步特等奖。目前，该装置安稳长满优运行，装置的能耗、综合竞争力领先于采用欧美技术的装置，常年处于世界芳烃行业标杆地位。

对于某一特定装置来说，其原料来源、产品方案及产品质量要求的不同会导致装置设置、流程长短的差异，使装置能耗差别很大。芳烃联合装置是高耗能装置，工艺流程长，物料循环次数多，分离过程多，分馏塔也多，能耗费用占操作费用的80%以上。因此，对芳烃产业而言，降低能耗就是降低成本，增加效益，增强产品竞争力。海南炼化芳烃联合装置通过采取低温热回收、热量集成利用和热量梯度利用等多项措施，使能耗比国内同类最好装置降低了150kg.EO/t.PX，降低直接成本500元/t以上，从而使产品的成本竞争力处于遥遥领先地位。

1 海南炼化首套芳烃装置节能技术介绍

1.1 合理优化流程，充分考虑热联合

甲苯塔、二甲苯塔和重芳烃塔提压操作，塔顶气相物流作为其他分馏塔底重沸器热源。甲苯塔顶气一股作为苯塔底重沸热源，另一股发生0.5MPa蒸汽;二甲苯塔顶气则作为抽出液塔、抽余液塔、成品塔、邻二甲苯塔塔底重沸器的热源;重芳烃塔顶气作为重整油分离塔底重沸器热源。通过热联合的方式回收装置塔顶冷凝热，大大降低了联合装置的热量消耗，达到节能降耗的目的。

结合装置热联合需要，在满足安全距离基础上尽量采用就近布置的原则，以减少管道长度和热损失。装置间多采用热进料，在满足工艺操作要求的基础上，尽量避免重复加热，以节约能量。

1.2 回收低温余热，实现高效利用

1.2.1 发生0.45MPa蒸汽，实现低温热能发电及驱动透平

芳烃联合装置中抽余液塔、抽出液塔在常规设计时均为常压塔，塔顶温度通常为145℃，由于温位较低，这部分热量只能是采用空冷进行冷却。

海南炼化芳烃装置取消抽出液塔、抽余液塔和甲苯塔塔顶空冷设备，采用对抽余液塔、抽出液塔加压操作回收热能，用蒸汽发生器代替空冷，发生0.45MPa蒸汽。

其中抽余液塔操作压力（塔顶）为0.35MPaG，塔顶温度201℃，回流温度179℃，可回收热量78.252MW，可以发生0.45MPaG蒸汽121t/h;抽出液塔操作压力（塔顶）为0.28MPaG，塔顶温度195℃，回流温度175℃，可回收热量26.066MW，可以发生0.45MPaG蒸汽41t/h。发生的0.45MPa蒸汽过热后，除一部分用于驱动歧化循环氢压缩机透平、除氧器除氧及管线伴热外，其余部分用于发电，发电量约18000kWh，净发电量约16750kWh（自耗电1250kWh）。自2013年12月27日芳烃联合装置试车成功以来，精馏塔顶低温热回收蒸汽发电装置运行云顶，平均日发电量达到共发电35×104kWh（净发电量）。按每度电减排二氧化碳0.697kg，二氧化碳日减排量可达到258t，由此产生的节能减排效益是巨大的;按每度电0.61元人民币计，日产值可达到22.6万元，由此产生的经济效益也是巨大的。

海南炼化芳烃装置低温热回收蒸汽发电技术，可使PX装置取消空冷、回收低温热，回收的低温热用于产生蒸汽進行发电，因此大大降低了芳烃装置的能耗，使芳烃装置能耗降低约50kg.EO/t.PX。

1.2.2 ORC热水发电

芳烃联合装置中成品塔、脱庚烷塔、邻二甲苯塔在常规设计时塔顶温度较低，分别为126℃、124℃、157℃，塔顶热量通常是采用空冷进行冷却，这些低温热就散失掉了。

海南炼化芳烃装置以除盐水为媒介（热媒水），利用塔顶低品位热源与循环除盐水的换热来回收装置低温热，采用串联加热方式，产生70/118℃热水，送至装置内热水发电机组发电，热水可以循环利用。OCR热水发电流程见图1。

海南炼化对二甲联合装置在联产邻二甲苯工况下，脱庚烷塔顶物料、成品塔顶物料、邻二甲苯塔顶物料的低温余热负荷共计37.525MW，通过串联加热可产生70/120℃热水645t/h;歧化反应产物物料、歧化汽提塔顶物料的低温余热负荷共计7.90MW，通过串联加热可产生70/110℃热水170t/h。这些热水一起送至热水发电机组发电。整个装置设计产生118℃热水815t/h，目前产生120℃热水377t/h，其中200t/h用于ORC热水发电机组发电，净发电量800kWh左右。

自2014年7月开机成功以来，低温热回收ORC热水发电装置，日均发电量达到2×104kWh（净发电量）。按每度电减排二氧化碳0.697kg，二氧化碳日减排量可达到1.4t，由此产生的节能减排效益是很大的;按每度电0.61元人民币计，日均产值可达到1.2万元，由此产生的经济效益也是十分可观的。

芳烃联合装置低温热回收热水发电技术，可使PX装置取消空冷、回收低温热，回收的低温热用于产生热水进行发电，使海南炼化芳烃装置能耗降低约10kg.EO/t.PX。

1.3 二甲苯塔重沸炉节能降耗

海南炼化二甲苯塔重沸炉除满足自身加热需要外，还作为热载体炉，为对联合装置的5台精馏塔和1台换热器集中供热。二甲苯塔重沸炉改进了结构和炉管的设计布局，设置了“两炉一烟囱”新模式，建成了全球芳烃行业热负荷近200MW的“第一炉”，全装置加热炉数量由常规10台左右减少为4台，空气余热系统减少为2套。由于加热炉的总成大型化，大幅降低了散热面积和热损失，同时大幅减少了占地面积及运维费用，直接节约投资3000万元以上。

受露点腐蚀制约，加热炉排烟温度普遍在130℃以上，热量损失大、能耗高。海南炼化二甲苯塔重沸炉空气预热器采用了抗露点腐蚀的铸铁式板式空气预热器，不仅彻底解决低温腐蚀问题，而且提高了换热效率，使排烟温度降低到95℃以下，创造了烟气低温排放世界新纪录。加热炉排烟热损失与同类型装置二甲苯塔重沸炉平均值相比较减少约1796kW，如燃料气按0.3万元/t计，年开工8000h计，可节省燃料费用371.8万元/a。

常规加热炉炉墙外壁温度一般控制在80℃左右，海南炼化二甲苯塔重沸炉采用新型复合衬里，炉墙外壁温度降低至55℃左右，辐射炉墙散热强度同比降低了5.0%左右，辐射炉墙散热损失与同类型装置二甲苯塔重沸炉平均值相比较减少约970kW，如燃料气按0.3万元/t计，年开工8000h计，可节省燃料费用200.8万元/a。

2 海南炼化芳烃装置节能技术的推广建议

中国石化PX装置相似度高，海南炼化众多节能技术均成熟可靠，完全可以复制推广。海南炼化采用升高塔压、加热炉大型化、装置热联合等多项节能技术，实现了热量高度集成、物料高度联合、能量梯级利用，大大降低了装置总能耗，2019年，海南炼化首套芳烃装置综合能耗为302kg标油/t.PX，处于行业领先水平。在首套芳烃装置节能技术的基础上，海南炼化第二套100万t/aPX装置集成了中国石化芳烃领域的最新科研成果，对核心技术进行进一步创新，于2019年9月27日一次投产成功，综合能耗低至302kg标油/t.PX，打造了国产化芳烃技术新标杆，为中国石化节能技术的推广提供了技术示范。