惠州炼化芳烃联合装置低温热利用研究

惠州炼化芳烃联合装置低温热利用研究
佘浩滨;王天宇
【摘要】芳烃联合装置流程长、产品多且沸点接近,是炼油厂最大的耗能部门,其中大量低温热没有回收利用是主要原因.总结了国内芳烃装置低温余热回收利用的实践,计算了中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司芳烃装置的低温余热分布,在成功回收邻二甲苯塔塔顶油气潜热产13 t/h,0.55 MPa蒸汽的基础上,提出了进一步回收利用余热的措施,包括:①将芳烃余热转化成热水并外送到邻近的石化园区作为其低温热阱热源,以减少园区蒸汽消耗;②实施装置内部热集成,升级利用低温热;③针对惠州地处亚热带,无采暖需求,伴热负荷小,且电价相对较高的现状,研究采用有机工质朗肯循环回收余热发电.计算表明,经过低温热热水输出、蒸汽凝结水发电改造和装置热集成改造,实现节能量406.1 TJ/a,具有良好的经济效益和社会效益.
【期刊名称】《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2016(046)007
【总页数】5页(P57-61)
【关键词】芳烃联合装置;低温热;优化;节能;回收;流程模拟
【作者】佘浩滨;王天宇
【作者单位】中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司,广东省惠州市516086;中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司,广东省惠州市516086
【正文语种】中文
中海石油炼化有限责任公司惠州炼化分公司(以下简称惠炼)芳烃联合装置设计生产对二甲苯(PX)840 kt/a，2014年扩能到960 kt/a。

它以催化重整装置脱戊烷油为原料，生产对二甲苯，并副产苯、邻二甲苯、混二甲苯、轻烃组分和重芳烃。

装置由二甲苯分馏、苯/甲苯分离及歧化烷基转移、吸附分离、二甲苯异构化、芳烃抽提等五个单元组成［1］，具体流程见图1。

其中芳烃抽提采用中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院(RIPP)开发的环丁砜抽提蒸馏工艺(SED)，歧化、吸附分离、二甲苯异构化分别采用AXENS公司的TransPlus工艺、Eluxyl工艺和Xymax Isomerization技术。

装置有10台加热炉，总热负荷571 MW，占全厂加热炉总负荷的36%，占全厂总能耗的27.3%，是全厂能耗最高的装置，节能降耗举足轻重。

关于芳烃联合装置的用能优化已有许多研究和应用［2］。

如中国石化上海石油化工股份有限公司提压甲苯塔、二甲苯塔和重芳烃塔，其塔顶油气的相变热作为其他低温物流的加热热源［3］。

中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司回收歧化单元甲苯塔顶油气的热量产热水作为气分装置的热源，回收异构化单元脱庚烷塔塔顶油气的热量加热除盐水［4］。

中国石油化工股份有限公司金陵分公司在甲苯塔和苯塔之间以及二甲苯塔和吸收分离及二甲苯精馏单元之间实施热联合，有效回收和利用甲苯塔和二甲苯塔顶油气的潜热［5］。

中国石油辽阳石化分公司则在华南理工大学工艺包研究基础上，回收了两套PX装置邻二甲苯塔、抽余液塔、脱甲苯塔、脱庚烷塔顶油气的热量产热水，冬季采暖、夏季用于电厂除盐水加热及化工装置制冷，收到了良好的效果，实际节省生活区采暖蒸汽约100 t/h。

惠炼也开展了多项工作，其中联合华南理工大学进行了回收邻二甲苯塔顶油气潜热产低低压蒸汽的研究，项目于2015年11月投用，实产0.55MPa，220℃过热蒸汽13 t/h。

为保证二甲苯塔平稳操作，还在管线上设置了远程快速开关阀，以防止蒸汽发生器及汽包液位过高而导致操作不稳。

但尽管如此，芳烃低温热仍大量过剩，节能工作任
重道远。

惠炼地处亚热带，没有中部和北部地区每年4～6个月的采暖和伴热期，因此有必要探讨新的低温热利用方式。

目前研究工作正从三方面展开:一是回收低温热产热
水并外送到附近的石化园区，那里有不少低碳石油烃加工企业，部分低温热阱可以消化100℃左右的热水，该研究已和华南理工大学联合开展，取得了较大进展;二
是开展装置内部热集成，最大限度升级低温热为有效工艺热;三是鉴于广东地区电
价相对较高，探讨低温热有机工质朗肯发电的可行性。

据统计，惠炼芳烃联合装置有20股余热物流，基于设计数据计算，总冷却负荷356.2 MW，具体数据见表1。

其中，不低于90℃的冷却负荷235.8 MW(缺少数据无法计算的以“/”标记)，说明可回收余热潜力很大。

惠炼一期12 Mt/a炼油项目于2009年投产后，属地惠州大亚湾经济开发区政府
大力推进石化园区建设，迄今有约50家企业落户惠炼周边。

它们大多以低碳石油烃深加工为特色，由于原料和产品较轻，不少工艺热阱可以消耗100℃左右的热水。

且由于政府控制园区CO2排放量，园区企业不能建设锅炉，用汽均从电厂购买，成本高，因此有较强的利用惠炼廉价热水代替蒸汽的积极性。

经过2015年下半年的研究，联合华南理工大学，基本摸清了周边企业的热水消耗潜力，总计约52.3 MW，相当于70 t/h低压蒸汽的热值规模，如果能够实施，将对惠炼低温余热回收利用产生重大的作用。

其中，一期送1 000 t/h热水的可行性研究已经开展。

图2是芳烃热水外送石化园区的原则方案。

系统热集成的观点认为消化工艺过程低温余热的最佳途经是在装置内部各单元和物流间实施热集成，以升级低温热，从而为工艺所用［6-7］。

图3是惠炼芳烃联合装置歧化单元稳定塔热集成的例子。

回收塔顶油气的余热预
热进料，从而减少塔底再沸能耗和塔顶冷却负荷。

图中，稳定塔原进料温度为168.5℃，虽经塔底物流加热，但进塔温度较低，直接
增大了重沸炉的能耗，加上塔顶油气余热没回收，增大了空冷器和水冷器的冷却负荷。

通过新增进料/塔顶油气换热器，可提高稳定塔进料温度12.8℃，不但可减少稳定塔重沸炉的燃料消耗，还可使较多的热量通过塔底物流带进下游苯塔，相应降低了苯塔重沸炉的能耗，具体数据见表2。

由表2可知，两炉合计减少燃料气消耗300 m3/h，折合节能量90.1 TJ/a。

而起核心作用的正是塔顶余热升级利用，原
本需要被空气和循环水冷却的低温热，因为换热流程调整，部分升级到了与燃料化学能相当的功用。

此类热集成在联合装置中的应用，目前正在积极研究之中。

应当说低温余热热水闪蒸凝汽式发电是低效和没有工业效益的，因此有必要在电价相对较高，且低温热应用难度较大的地区，如南方地区探讨用低沸点有机工质代替热水采用朗肯循环发电［8］。

有机朗肯发电采用预热器、蒸发器吸收热水的热量，将有机液体工质(如五氟丙烷)加热成较高温度和压力的工质气体，然后进入膨胀机推动转子做功，同时降温降压。

工质气体从膨胀机排出后，再进入蒸发式冷凝器冷凝成液体，然后经泵升压，进入预热器、蒸发器，完成一轮循环。

高温热水经过换热后分离出小部分低温热水，另一部分高温水进入二级热水ORC螺杆膨胀发电站继续做功，排出低温水与热水混合，达到要求的回水温度。

据研究150 t/h，150℃热水引入一级热水型螺杆膨胀机做功后，部分热水回水温
度39℃，另外排出78.6 t/h，113℃的热水接入二级热水ORC螺杆膨胀机电站做功，驱动发电机发电，此热水回水温度69℃，综合回水温度54.7℃，供惠炼循环使用，利用ORC螺杆膨胀机发电实现能源回收。

设备按照150 t/h，150℃热水
设计，装机功率2 200 kW，净发电功率1 564 kW;实现年发电量1
251.2×104kW·h(8 000 h/a)，节能128.0 TJ/a，年减少二氧化碳排放约10 404 t。

芳烃联合装置工艺流程长，耗能设备多，能源消费量占全厂四分之一以上，是名副其实的耗能大户，而其中大量的低温余热没有回收和利用是造成能耗高的主要原因
之一，因此充分和有效回收利用低温余热成为芳烃联合装置节能工作的重中之重。

在惠炼成功回收二甲苯塔塔顶油气潜热产13 t/h低低压蒸汽的基础上，结合芳烃装置的低温热分布，提出了三条新的措施:
(1)将余热外送到邻近的石化园区，以代替园区企业的部分蒸汽消耗。

初步研究表明邻近惠炼的园区企业热水消耗潜能约188.0 TJ/a。

(2)通过装置内部热集成，实现低温热升级利用。

其中回收歧化单元稳定塔塔顶油气余热加热其进料的措施可减少稳定塔再沸炉和下游苯塔再沸炉的燃料气消耗300 m3/h，折合节能量90.1 TJ/a。

(3)采用有机工质朗肯循环工艺回收余热发电。

计算表明150 t/h热水净发电1 564 kW，折合128.0 TJ/a，减少二氧化碳排放10 404 t/a。

【相关文献】
［1］林世雄.石油炼制工程［M］.北京:石油工业出版社，2000: 559-561.
［2］Mohammad Hossein Sahraei，Fatola Farhadi，Ramin Bozorgmehry Boozarjomehry.Analysis and interaction of exergy，environmental and economic multi-objective optimization of BTX process based on evolutionary algorithm［J］.Energy，2013，59:147-156.
［3］李世伟.热集成节能技术在芳烃联合装置上的应用［J］.石油化工技术与经济，2012，
28(3):47-49.
［4］郭守权.芳烃联合装置低温热的回收与利用［J］.炼油技术与工程，2011，41(11):50-53. ［5］顾幸.金陵分公司芳烃联合装置热联合流程浅析［J］.节能技术，2007，25(1):94-97. ［6］李晓光.混合建模方法研究及其在化工过程中的应用［D］.北京:北京化工大学，2008. ［7］王寅.化工过程混合建模问题研究［D］.杭州:浙江大学，2001.
［8］孙惠山，李胜山，傅宗茂，等.炼油厂低温余热利用与低温湿汽发电设计［J］.化工进展，2009，28(增刊):429-431.。