芳烃联合装置低温热回收技术研究

芳烃联合装置低温热回收技术研究
摘要：芳烃联合装置的传热系统庞大，需要填充大量的中间热介质。

模拟计算
的平均传热温差为16.58℃，可以满足工程要求，但总传热面积较大。

可以设置
若干组热交换器。

该设计对降低装置能耗有明显效果，所得到的低温热能可供炼
油厂其他装置使用，经济效益十分可观。

关键词：芳烃联合装置；低温热回收技术；应用
前言
据统计，石化行业能源消耗量占工业总能耗的16％左右。

石化企业每年燃料
消耗巨大，其中很大一部分是以余热的形式损失掉。

炼化企业的低温余热量巨大，温位大多集中在50～150℃区间。

据不完全统计，中国石化集团范围内的炼化企
业中80～150℃相对集中、具有利用潜力的中低温位余热资源量约为几千兆瓦，
回收利用好这部分余热对实现节能减排、降本增效和增强企业竞争力具有重要意义。

芳烃装置流程长，循环物料多，分离过程多，分馏塔也多，大部分塔是常压
操作，回流温度一般为100～200℃，由此带来的一个普遍问题是塔顶冷凝低温热
源多，大部分的低温热由于温位较低，难以在装置内部进行利用，只能是采用空
冷及水冷来进行冷却。

一套250kt∕a芳烃联合装置存在的90～200℃温度区间的低温热可达到88MW，因此这样一套芳烃联合装置存在的低温热约相当于8360MJ∕t，占芳烃联合装置总能耗的25％～35％，非常可观。

若用来发生0.4MPa蒸汽，可
发生蒸汽约152.3t∕h，其产值可达到4880万元∕a，产生的节能效益和经济效益均
是巨大的。

本文介绍现阶段芳烃装置低温热回收技术的现状，并以中国南部某石
化企业的芳烃联合装置为例介绍中国石化抚顺石油化工研究院开发的低温热利用
新工艺的应用情况。

1芳烃装置低温热回收现状
1.1芳烃装置低温热回收技术难点
现阶段芳烃装置是高耗能装置，低温热得不到有效利用也是原因之一，因此，关于芳烃装置的用能优化尤其是芳烃装置低温余热的回收利用已有很多的研究与
应用。

其中，绝大部分的回收技术（如提压操作等）研究主要集中在甲苯塔、二
甲苯塔、脱庚烷塔等塔顶低温热源的回收，而对于抽余液塔、抽出液塔以及成品
塔的低温热回收利用研究很少。

主要原因一方面是芳烃装置各个塔顶的操作压力
都很低，在0.01～0.4MPa之间，有的接近于常压操作，如果采用热媒水换热器来回收这些低温热，当换热器发生泄漏时，会导致水进入塔内，使价格昂贵的吸附
剂或者异构化催化剂的性能受到严重破坏；另一方面是如果采用换热回收，换热
器的压力降问题也是难点之一，因此即使是专利商也不推荐采用抽余液塔顶加压
操作来利用这部分余热。

1.2芳烃装置低温热回收现状
目前各大炼油厂对芳烃装置低温余热的回收利用主要集中在甲苯塔、二甲苯塔、脱庚烷塔以及邻二甲苯塔的塔顶气相低温热回收，主要的利用措施有以下几
个方面：
装置间热联合：在深度优化芳烃装置换热网络的基础上，为利用剩余的低温
热寻找装置外的低温热阱。

如中国石化镇海炼化分公司，通过热媒水回收歧化单
元甲苯塔塔顶气相物流的低温热为气体分离装置提供热量，通过热媒水回收异构
化单元脱庚烷塔塔顶气相的热量加热除盐水。

又如中国石化金陵分公司，将甲苯
塔和苯塔实施热联合，同时将二甲苯塔和吸收分离及二甲苯精馏单元实施热联合，
可有效回收甲苯塔和二甲苯塔塔顶物流的潜热。

加压操作：采取热集成方法，将
二甲苯塔、甲苯塔等的操作压力提高到0.3～0.5MPa，将塔顶回流温度提高到160～200℃，则塔顶的余热既可以作为装置内其它塔的重沸热源，也可以用来发
生0.4～0.5MPa的蒸汽，这些蒸汽可以用来发电。

采用专用热媒水换热器：采用
全焊接板式换热器作为塔顶物流的热媒水换热器，并设置定时监视监测制度，如
果发生泄漏可在第一时间切除换热器，避免发生严重的泄漏。

以上芳烃装置低温
余热回收措施都不能有效避免换热器泄漏对吸附剂以及异构化催化剂造成的严重
损害，因此很少有企业能有效回收利用抽余液塔、抽出液塔以及成品塔等的低温
余热。

本课题以二次换热的方法，采用取热剂回收利用这些塔的低温余热，再用
热媒水与取热剂换热，建立具有内、外取热环节的低温热回收系统，从而达到低
温热回收的目的。

最终获得的热媒水的温度能达到100℃，在炼油厂可以为冬季
采暖、加热除氧水、罐区维温和原油加热等提供热源，也可以为气体分离装置相
关塔底再沸器供热。

2芳烃联合装置能量利用情况分析
芳烃联合装置为典型的炼化联合装置，包括7个工艺子单元、公用工程系统
与储运系统，全装置热源、热阱温位分布广泛，温度涵盖范围从常温到500℃，
但各单元间热源、热阱分布不均衡，大部分物流换热温差都远高于最优值，部分
换热回收仅仅局限在装置内部，造成能源在量和质两方面的浪费。

能源利用的3个原则是：有效、充分、综合。

“有效”是指尽量减少能量的不
可逆损失；“充分”是指尽量减少损失；“综合”是指多种能量综合利用。

实现上述
原则需要从以下几个方面着手：按量、按质供能，能源的温度及等级合理匹配，
简单讲就是不要用高温热源去加热一个低温热阱。

按照此原则分析，罐区内部分
储罐伴热系统采用1.0MPa蒸汽伴热；吸附分离装置成品塔C一604塔底操作温
度为162℃，而采用的塔底热源为3.5MPa蒸汽。

因此装置存在用高温热源去加热低温热阱的不合理情况，需要改造。

多次利用能量，实现能量的梯次利用。

按照
温位递增的原则取热，如果不加区分地并联取热，必将造成换热最终温度低，可
用热阱数量减少，“高热低用、低热无用”的现象。

装置内配备了热力站系统，对3.5MPa蒸汽、1.0MPa蒸汽等各梯度的蒸汽冷凝液分级闪蒸，闪蒸出来的蒸汽再
并人管网内使用，但0.4MPa蒸汽的冷凝液外送温度达到130℃，仍有可利用的空间。

适当减少过程的推动力，避免因为追求较小的设备投资而采用较大的传热温差，从而造成全局利益的损失。

重整装置、歧化装置反应系统进出料换热器E一201、E一50l，装置建设时为减少投资，采用的是技术较为落后的立式换热器，
其热端温差分别高达59，57K，不充分换热后反应系统进料还需加热炉进一步加热，而反应出口未回收的热量经空冷冷却白白浪费掉。

同样预加氢进出料换热器
也存在换热效率偏低的情况。

减少能源流失点，堵塞漏洞。

诸如装置蒸汽疏水器
直排、加热炉系统漏风、保温保冷不完善等情况都可纳入此类范围，重点通过日
常维护消除损失。

余热充分回收利用，热、电的合供与转化等。

芳烃联合装置内
有大量的低温热源，但由于此部分热源品质较低，装置设计时没有比较理想的利
用方式。

近年来中国石油化工股份有限公司各下属企业在低温热利用方面做了大
量的工作，比较典型的如海南炼油化工有限公司芳烃装置的利用低温热发电模式、镇海炼化分公司芳烃装置的低品质蒸汽外供模式，均取得了比较明显的节能效果，未来天津分公司也会开展相关工作。

结束语
芳烃装置各单元运行平稳，装置产能的扩大与低温热的利用，提高了装置的
市场竞争力，对有效实现节能减排、降本增效和增强企业竞争力具有重要意义。

参考文献：
[1]余富海.对二甲苯装置低温热回收利用[J].炼油技术与工程，2012，42（4）：49-53.
[2]戴厚良.芳烃技术[M].北京：中国石化出版社。

2014：438.。