大型芳烃联合装置的优化

大型芳烃联合装置的优化

马众颖

马众颖

山东大齐石油化工设计公司山东淄博255400

摘要：结合芳烃联合装置的设计，以装置竞争力和解决装置大型化问题为重点，探讨芳烃联合装置大型化的重要性以及装置大型化对提高芳烃联合装置竞争力和可靠性的影响;实现联合装置大型化的方案和途径，结果表明:以两套近期投产的芳烃联合装置A，B为例，其中A，B均由连续重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移和PX(对二甲苯)等装置构成，与A相比，B投资和占地面积可分别节省9.6%和5.7%。分别从工艺方案、设备选型和工程设计等方面对装置进行优化，通过采用先进催化剂、新型高效设备以及局部双系列等手段，可在保证装置竞争力的同时降低大型化工程的难度，但装置单系列最大规模应结合芳烃技术、工程技术和装备制造的能力确定。

关键词：芳烃；联合装置；设计

随着芳烃生产技术的不断发展，芳烃联合装置的规模也迅速扩大，目前单套芳烃联合装置的对二甲苯(PX)产能从20世纪末的200-300kt/a迅速增加到2.0Mt/a以上。装置规模的扩大意味着投入的增加，如何优化大型芳烃联合装置的设计，在充分发挥装置规模效益、提高装置竞争力的同时，确保装置的操作可靠性，是当前芳烃设计需要面对的主要挑战和问题。

一、芳烃联合装置的重要性

芳烃联合装置规模越大，单位产品的投资和占地面积越小，装置的规模效益越明显，竞争力也越强。以下结合两套近期投产的芳烃联合装置(A，B)进行对比:两套芳烃联合装置的PX产能均为1.6Mt/a，均由连续重整、芳烃抽提、歧化及烷基转移和PX等装置构成。两套芳烃联合装置的主要区别:A的PX装置按照两套800kt/a双系列设计，B的PX装置按照一套1.6Mt/a单系列设计。两装置对比，A和B的能耗指标差异主要是由于催化剂和工艺方案不同造成的，与双系列和单系列关系不大。

二、大型芳烃联合装置优化设计

1、工艺方案优化

（1）采用先进的催化剂和吸附剂。先进的催化剂在保持良好反应性能的同时，反应条件进一步改进和优化，特别是空速和氢油比，如某新型歧化催化剂与传统歧化催化剂相比，重时空速由1.6h-1提高至3.0h-1，氢油摩尔比由5.0降低至3.0，高空速意味着更少的催化剂装填量，低氢油比在降低压缩机和临氢管线投资的同时，还可显著降低操作费用。先进的吸附剂在保证相同的产品收率及纯度和强度的同时，由于吸附选择性和吸附容量的提高，可大幅减少吸附剂装量。某芳烃联合装置采用新型先进吸附剂后，吸附塔由传统的两台串联改为单塔操作，投资显著降低的同时还可节省占地。

（2）优化热联合方案。二甲苯塔是芳烃联合装置的热联合中心，二甲苯塔塔顶和塔底分别与芳烃联合装置内抽余液塔、抽出液塔等进行热集成，一方面充分回收塔顶冷凝热，另一方面通过集中供热提高热利用效率。近年来，为充分利用抽余液塔和抽出液塔顶潜热、进一步节能降耗，部分装置的抽余液塔和抽出液塔提压操作，塔顶发生的0.45MPa蒸汽用于发电。抽余液塔和抽出液塔提压后，为保证一定的传热温差，二甲苯塔压力也需相应提高。抽余液塔、抽出液塔和二甲苯塔大幅提压后，塔底热负荷显著增加，相当于多消耗高品质的燃料用来生产低品质的蒸汽，不合理也不经济。优化方案:适当提高抽余液塔和抽出液塔压力，仍将塔顶发生蒸汽用于发电，但不过分追求发生蒸汽的品质。如某装置抽余液塔和抽出液塔顶适当提压发生0.12MPa蒸汽，虽发电设施效率降低，但抽余液塔、抽出液塔和二甲苯塔底温度和热负荷显著降低。

（3）低温热利用。芳烃联合装置内存在大量的低温热资源，针对低温热产生的低压蒸汽或热煤水利用率低及发生蒸汽或加热热媒水存在泄漏风险等问题，一方面，低品位蒸汽和热媒水产生的多余低温热可直接用于发电;另一方面，通过优化蒸汽发生器结构设计、设置在线检测水分析仪以及设置备用蒸汽发生器等手段，提高低温热利用的安全性，降低泄漏风险。

2、设备选型优化。选择技术先进、性能可靠的高效或新型设备，可显著降低装置大型化带来的设备制造和安装难度，同时达到节能降耗、节省占地的目的。

（1）选用高效换热设备。高效换热设备的选用主要包括:重整、歧化和异构化反应进料/产物换热器采用焊接板式换热器或缠绕管式换热器，可显著增加换热深度、降低燃料消耗;抽余液塔重沸器、抽出液塔重沸器、脱庚烷塔重沸器等采用高通量管换热器，可有效降低传热温差并优化塔的操作条件;采用新型复合式蒸发空冷器替代常规空冷器，可在降低电耗的同时节省投资和占地，并保证夏季气温较高时的冷却效果。

（2）选用高性能塔盘。选用高性能塔盘后，由于提高了分离效率，使回流比降低，从而降低塔顶冷却负荷和塔底加热负荷，达到节能降耗的目的。

（3）强化预热回收。芳烃联合装置除重整反应进料加热炉采用自然通风方式，燃烧效率较低外，其余加热炉通过优化加热炉设计和强化余热回收等手段后，燃烧效率均可达到93%以上。例如4台重整反应进料加热炉由自然通风方式改为强制通风方式，虽对流段产汽量略有降低、投资略有增加，但通过对流段的预热燃烧空气的温度得以提高，可大幅提高燃烧效率，降低燃料消耗，节能效果明显。某装置重整反应进料加热炉采用自然通风和强制通风的对比情况见表。

3、工程设计优化

（1）局部双系列设计。芳烃联合装置通过局部双系列优化设计，可降低设备和管道的设计、制造和安装难度，提高装置的可靠性和稳定性。

(1)重整反应部分。当重整反应进出料换热器单台无法满足要求而需要两台并联操作时，重整反应进料/反应产物换热以及反应产物冷却系统可采用双系列设计，两个系列的设备和管道要求严格对称布置并按照严格的等当量长度设计，以确保反应产物的均匀分配。

(2)二甲苯精馏部分。大型芳烃联合装置采用两台二甲苯塔并联操作，一方面可有效降低设备制造和管线布置的难度，解决装置大型化的工程问题;另一方面可结合热集成和产品方案，优化两台二甲苯塔的进料分配方案和操作条件，有效降低操作费用。

(3)异构化反应部分。当大型芳烃联合装置的异构化反应进出料换热器单台无法满足要求而需要两台并联操作，异构化反应进料加热炉因压力降限制一般需多回路、多辐射室并联操作，由于异构化循环氢压缩机叶轮和功率过大，单台无法满足要求或制造难度较大，异构化反应系统按完全对称的双系列设计，可彻底解决设备大型化以及管道应力、对称布置等工程设计问题。

（4）降低火炬泄放量。芳烃联合装置装置大型化后其火炬泄放量对于全厂火炬系统的影响和冲击非常大，采取措施如下:①泄放量较大的分馏塔塔顶设置高压联锁保护系统(HIPS)，在塔顶压力升高、达到安全阀起跳压力前联锁切断塔底热量输入，减少塔顶安全阀泄放量，有效降低塔顶泄放量;②泄放量较大的分馏塔如二甲苯塔、抽余液塔设计为两台并联操作，其安全阀按分级起跳设计;③设置高压和低压两套火炬系统，定压较高的安全阀尽量泄放至高压火炬系统以有效减少火炬总管管径。

芳烃联合装置大型化是未来发展方向和必然趋势，虽然通过采用先进催化剂、新型高效设备以及局部双系列等手段，在保证装置竞争力的同时可降低大型化工程难度，但装置单系列最大规模应结合芳烃技术、工程技术和装备制造的能力确定。

参考文献：

［1］于文辉，李玮．夹点技术在重芳烃分离装置节能改造中的应用［J］．化学工程，2013，38(7)9．

［2］赵艳微，冯霄．浅谈芳烃厂异构化装置换热网络的节能改造［J］．节能，2015(1)6．

［3］矫明，徐宏，夏翔鸣．芳烃歧化装置换热网络的用能诊断与优化［J］．炼油技术与工程，2013，37．