芳烃装置二甲苯加热炉的优化改造

芳烃装置二甲苯加热炉的优化改造 张起 中国石油化工股份有限公司天津分公司化工部 天津 300270 摘要：芳烃产品价格大幅下滑，苯、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯和混合二甲苯等芳烃类主要产品价格接近汽油价格，且与原料石脑油价格进一步缩小，芳烃装置效益受到很大程度的影响。

关键词：芳烃联合装置；产品结构优化；
从炼化一体化的角度考虑，部分中间物料既可以做进一步分离和转化，也可以直接作为产品产出。部分产品不仅可以作为芳烃产品，而且可以作为高辛烷值汽油调和组分，产品结构调整潜力很大。

一、芳烃产品

芳烃原料，受上游炼厂加工能力和乙烯能力影响，中国石化集团公司部分芳烃联合装置的原料结构。三苯收率仅能维持在行业中游的水平。同时，乙烯裂解汽油的资源仅维持在9．2％ ～9．7％，难与中国石化加工乙烯裂解汽油比例相对较大的企业对比，也因此限制了产品结构中三苯收率的提高。芳烃装置是效益大户，其效益直接影响分公司化工板块的绩效指标，同时芳烃装置也是能耗大户，有较高的耗能强度、较复杂的工艺物流和换热网络，存在比较多的低温余热。

二、芳烃联合装置的产品结构优化

1.生产任务的优化。芳烃装置肩负的主要生产任务有生产苯、对二甲苯，副产低成本氢气供炼油区域，并外供高辛烷值汽油调和组分。装置主要功能部分重整和PX侧重点略有不同，对于重整部分，因为目前石脑油和芳烃差价较大，向炼油部分供氢以及提供高辛烷值汽油方面起着重要作用，两套装置需维持高负荷运行；而PX装置主要任务为生产三苯产品，为化工板块创造经济效益，装置生产方案可以灵活调节，受上游装置波动影响相对较小。因此PX装置可以根据化工市场行情变化进行不同生产方案的绩效核算，建立有效的经济评价体系，通过调整歧化装置负荷和配比、二甲苯精馏单元参数、异构化催化剂活性等操作优化，调整三苯产品产量、比例、外甩甲苯/碳九（C7/C9） 量，以求达到产品效益最大化。
  2.设备及操作优化。装置设备主要有加热炉、塔器、反应器、换热器、机泵、压缩机等，通过采用单元强化手段提高单元设备的能量利用效率。加热炉，通过采用新型燃烧器、控制过剩空气系数、减少炉表面散热损失、加强烟气余热回收、降低排烟温度等措施提高能量利用效率。反应器，通过改进内构件，改善传热传质效率，降低反应压降，提高反应效率。换热器，运用新技术提高传热表面积，采用各种强化管，提高换热系数。机泵和压缩机设备按照工艺条件合理匹配，并应用各种调速技术和耦合技术减少负荷浪费。在本装置设计中，采用两段式空气预热器，低温烟气段采用抗露点腐蚀的高效空气预热器，可将排烟温度降至100℃以下，达到提高加热炉热效率、减少碳排放的目的；塔器设计中尽可能降低塔压力，选择适宜回流比和控制回路，减少操作波动；换热器采用高效的高通量管和板式换热器，提高换热效率。
三、节能措施

1.优化热集成和热联合。对二甲苯装置由于单元多、流程长，采用热联合具有得天独厚的优势，是节能降耗必须设计的工艺，通常包括以下热联合方案。一是二甲苯塔加压操作，以提高塔顶和塔底物流温位。塔顶气相物流为2个精馏塔提供重沸热源，全部回收该塔顶物流的潜热；塔底循环物流为4个精馏塔提供重沸热源。这些热源由二甲苯塔重沸炉集中供热，不仅可节约占地和减少热损失，还设置烟气余热回收系统来提高此重沸炉的燃烧效率。二是重芳烃塔顶和甲苯塔顶加压操作以提高塔顶汽相物流温位，分别为重整油分离塔、苯塔提供重沸热源，全部回收塔顶物流的潜热。三是吸附分离进料分别用来预热来自异构化的C8芳烃的二甲苯塔进料、脱庚烷塔进料。四是循环解吸剂作为成品塔重沸器热源，上下游装置尽量采用热进料方式。

2.优化关键设备的选型。一是加热炉，通过采用新型高效燃烧器、优化炉管布置、采用变频鼓引风机、控制过剩空气系数、采用两段式空气预热器，低温烟气段采用铸铁双向翅片预热器，将排烟温度降至85~95 ℃之间、采用联合烟道等技术手段来提高加热炉热效率、减少燃料气的消耗。生产操作中应该实时监控炉膛氧含量和一氧化碳含量，并根据加热炉的实际操作情况，及时调整鼓引风机处挡板开度，保证加热炉的燃烧效率；做好“三门一板”的操作，减少烟气或空气内漏的发生。二是歧化烷基化转移反应和异构化反应的进料换热器都采用焊接板式换热器，大能幅增加了反应进出物料的换热深度，同时临氢系统的压力降低，从而降低反应炉和反应产物空冷器热负荷及循环氢压缩机功率，减少燃料、电力和蒸汽消耗。三是结合实际情况，并根据工艺要求及全厂蒸汽等级和凝结水平衡情况确定选择压缩机类型，压缩机的选择决定蒸汽的能耗和电耗，蒸汽透平采用背压式的能耗比采用凝汽式低很多。四是装置的二甲苯塔、抽出液塔、抽余液塔、脱庚烷塔等塔处理量都应尽量选用高性能塔盘，虽然投资费增多，但是从对装置的工艺要求和能耗来看是必要的。五是在热负荷大的部位，如抽余塔底重沸，抽余液塔顶和抽出液塔顶蒸汽发生器采用高通量换热器来增加换热深度，充分利用装置的潜热，提升换热的效率。

3.充分利用和回收低温热。对二甲苯装置内低温热特别是塔顶低温热较多充分利用抽余液塔顶和抽出液塔顶油气的低温热产0.45MPa 低压蒸汽给蒸汽轮机驱动发电机发电；充分利用脱庚烷塔顶、成品塔顶、邻二甲苯塔顶、歧化汽提塔顶等低温热进行热水发电。装置的低温位潜热得到充分有效的利用，使对二甲苯装置的能耗进一步降低。

4.优化生产中利用不合理的能耗。本装置的异构化反应单元采用冷高分流程设计，反应产物（150t/h，116 ℃）经与原料换热后直接被5 台板式表面蒸发空冷冷却至40 ℃进入高分罐进行油气分离，油相经泵送加压并依次与脱庚烷塔进料、异构化单元白土塔进料、吸附分离进料换热器换热加热至179 ℃后进入脱庚烷塔。存在先冷却再加热的不合理用能现象，这部分具有一定的节能潜力，结合实际条件可以设计优化改造用热高分代替冷高分。优化节能工艺的设计，不断完善高度集成的热联合设计，设计优化充分利用装置低温潜热的工艺。优化设备选型，广泛采用高效节能的机泵，换热器，塔盘等设备。改造装置生产中存在的能源利用不合理的生产工艺，进一步降低装置能耗。强化正常生产中的节能降耗操作意识。
参考文献：

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