焦化管式炉脱苯工艺改进措施

兰会贤

山西省工业设备安装集团有限公司 太原 030006

粗苯的主要组分有苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等芳烃，是煤热解生成的粗煤气中的产物之一[1]，也是各焦化企业回收的主要对象，主要用于深加工制苯、甲苯、二甲苯等产品[2]。我国作为煤炭大国，煤焦化产业发展规模庞大，粗苯产量、消费量均居世界第一，且每年都保持一定的增势，因此，从焦炉煤气中回收粗苯具有重要意义。

目前焦化企业的粗苯回收通常采用管式炉加热富油的脱苯工艺[3]，是将洗苯后的含苯富油经管式炉加热后脱苯。近年来，国家环保治理力度逐步加大，化工生产安全管控进一步严格，管式炉脱苯工艺存在的诸多问题日益突出：管式炉炉膛内煤气燃烧产生大量二氧化硫及氮氧化物等有害物质，未经净化造成环境污染；煤气消耗量大、加热热效率低[4]、大量煤气被浪费、经济效益差；煤气的使用，属明火操作，易造成爆炸事故，同时根据《石油化工企业设计防火规范》相关条例规定[5]，管式炉与周围各装置的距离有严格要求。为了适应新形势下安全、环保及节能等方面的要求，需要对现有工艺进行技术改进。

本文以某年产150万吨焦化企业为例，将管式炉改进为换热器，对工艺流程、设备布置、投资及运行费用进行比较，展示脱苯工艺改进后的优势。

1 改进前后工艺流程比较

1.1 管式炉脱苯工艺流程

管式炉脱苯工艺流程图见图1。

图1 管式炉脱苯工艺流程图

洗苯塔底富油经富油泵加压后送至粗苯冷凝冷却器，与脱苯塔顶出来的粗苯汽换热，将富油预热至60℃左右，然后至油油换热器与脱苯塔底出来的热贫油换热，由60℃升到约140℃左右，最后进入粗苯管式炉被加热至180℃左右，进入脱苯塔。从脱苯塔顶蒸出的粗苯油水混和汽进入粗苯冷凝冷却器分别被从洗苯塔底来的富油和16℃制冷水冷却至30℃左右，然后进入粗苯油水分离器，分离的粗苯至粗苯回流槽，部分粗苯经粗苯回流泵送至脱苯塔顶作回流，其余部分自流入粗苯贮槽。脱苯后的热贫油从脱苯塔底流出，自流入油油换热器与富油换热，使其温度降至90℃左右后进入贫油槽，再由贫油泵加压送至一、二段贫油冷却器，分别被循环水和制冷水冷却至约30℃，送洗苯塔喷淋洗涤煤气。

干熄焦所产生的蒸汽减压至0.5MPa低压饱和蒸汽，通过粗苯管式炉过热至400℃左右，作为洗油再生器和脱苯塔的热源。管式炉所需燃料焦炉煤气引自洗苯后的煤气管道。

1.2 换热器脱苯工艺流程

为了实现对富油相同的预热效果，选择两台换热器替代管式炉。

换热器脱苯工艺流程见图2。

图2 换热器脱苯工艺流程图

洗苯塔底富油经富油泵加压后送至粗苯冷凝冷却器，与脱苯塔顶出来的粗苯汽换热，将富油预热至60℃左右，然后至油油换热器与脱苯塔底出来的热贫油换热，由60℃升到约140℃左右，最后进入富油加热器，被来自外管网的3.8MPa、450℃的中压过热蒸汽加热到180℃，再送往脱苯塔脱苯；中压过热蒸汽经过富油加热器与富油换热后，冷凝为中压蒸汽冷凝液，冷凝液经过疏水阀后进入汽液分离器，在汽液分离器内闪蒸，闪蒸分离出的低压饱和蒸汽并入原低压蒸汽管网，低压蒸汽冷凝液利用蒸汽自压送往干熄焦除氧器。另一部分来自外管网的3.8MPa、450℃的中压过热蒸汽经过减压阀减压至0.6MPa、430℃后，送往原脱苯塔和原洗油再生器作为加热蒸汽。

1.3 换热器替代管式炉的工艺流程特点

(1)可实现对富油的相同预热效果。

(2)可充分提高干熄焦蒸汽的节能利用效率，干熄焦产生的高温高压过热蒸汽通过减温降压后，可完全满足富油换热、富油再生以及脱苯塔的热量需求。

(3)可大量减少煤气燃烧所产生的二氧化硫及氮氧化物等有害物质的排放。

(4)操作简便，避免明火作业，降低因操作不当造成的事故危险。

2 设备布置比较

现结合两种脱苯工艺的流程特点，按照工艺流程顺序和同类设备适当集中原则进行，提出两种工艺的设备布置方案，重点对加热炉和换热器的设备布置进行比较。

2.1改进前设备布置

管式炉脱苯工艺设备布置图见图3。

图3 管式炉脱苯工艺设备布置图

洗脱苯工序占地面积3552m2，其中东西宽74m，南北长48m。管式炉加热设备有管式炉和煤气过滤器，其布置满足管式炉与其它设备的间距要求。管式炉为明火设备，其布置距甲类储罐距离满足15m的距离要求，满足《石油化工企业设计防火标准》GB50160-2008(2018年版)的距离规定。

2.2 改进后设备布置

换热器脱苯工艺设备布置图见图4。

图4 换热器脱苯工艺设备布置图

洗脱苯工序占地面积2976m2，其中东西宽62m，南北长48m。考虑到富油加热设备改进为两台换热器，换热器加热系统与地下放空槽距离可缩短11.5m，粗苯中间槽和新洗油槽三台设备纵向布置，两台粗苯输送泵设置在新洗油槽与洗苯塔设备中心连线的中央位置。

2.3 设备布置图改进分析

通过设备布置改进前后的比较，可以算出工序占地面积可有效减少576m2。改进后的设备布局不仅可以缩小系统所占用的空间，进而减少建设费用，还可以加快物料处理效率，减少制品停留时间。合理的设备布置直接影响了现场生产能力、工作效率和生产成本。

3 改进前后投资和运行费用对比

3.1 改进前投资及运行费用

设备费：200万

消耗煤气量：1450m3/h

煤气年运行成本：889.14万元

低压饱和蒸汽量：2.7t/h

低压蒸汽年运行成本：236.52万元

综合运行成本为1125.66万元

3.2 改进后投资及运行费用

设备费：75×2=150万元

中压过热蒸汽消耗量：11.5t/h

中压过热蒸汽年运行成本：1208.88万元

回收蒸汽凝液量：9t/h

年回收成本为197.1万元

综合运行成本为1011.78万元

150万吨焦化项目所配套的管式炉与换热器脱苯工艺投资及运行费用对比见表1。

表1 150万吨焦化配套管式炉与换热器脱苯工艺投资及运行对比表

从表1对比分析可知，换热器脱苯工艺不仅在设备投资和建设投资方面比管式炉脱苯工艺节约成本，而且在运行费用和稳定性、安全性上显示出巨大的优势。

4 结语

与管式炉脱苯工艺相比较，换热器脱苯工艺可有效改善原有工艺中废气污染大、能耗高、明火操作危险发生等问题，具有显著环保效益以及安全效益，在新形势下的环保和安全监管下，更具有竞争力和市场适应性。改进后的设备布置节省占地面积约576m2，设备投资节约50万元，年运行成本节约113.88万元，具有良好的经济效益，可为我国焦化粗苯产业工艺的改进和研究提供借鉴。