浅谈粗苯蒸馏节能工艺发展

浅谈粗苯蒸馏节能工艺发展
发布时间：2023-03-21T12:32:04.932Z 来源：《建筑模拟》2022年第15期作者：张德楠梁岗韩东师杨立美[导读] 粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一，经脱氨后的焦炉煤气中回收的苯系化合物，其中以苯含量为主，且作为焦化厂产出的重要化工原料，也是主要的副产品之一，属于售价高，生产危险系数高，生产能耗高，所以在生产中提高回收率，提升生产安全系数，降低能耗也一直是我们始终不停追求的目标
张德楠梁岗韩东师杨立美
中钢集团工程设计研究院有限公司大连焦化分院辽宁省大连市 116021
引言：
粗苯是煤热解生成的粗煤气中的产物之一，经脱氨后的焦炉煤气中回收的苯系化合物，其中以苯含量为主，且作为焦化厂产出的重要化工原料，也是主要的副产品之一，属于售价高，生产危险系数高，生产能耗高，所以在生产中提高回收率，提升生产安全系数，降低能耗也一直是我们始终不停追求的目标。

1工艺现状及发展
1）苯族烃是宝贵的化工原料，焦炉煤气一般含苯25～40g/m3 ，因此，经过脱氨后的煤气需进行苯族烃的回收并制取粗苯。

从焦炉煤气中回收苯族烃的方法有洗油吸收法、活性炭吸附法和深冷凝结法。

其中洗油吸收法工艺简单，经济可靠，因此得到广泛应用。

洗油吸收法依据操作压力分为加压吸收法、常压吸收法和负压吸收法。

加压吸收法的操作压力为800～1200kPa，此种方法可以强化吸收过程，适用于煤气远距离输送或作为合成氨厂的原料。

常压吸收法的操作压力稍高于大气压，是各国普遍采用的方法。

负压吸收法应用于全负压煤气净化系统。

吸收了煤气中苯族烃的洗油称为富油。

富油的脱苯按操作压力分为常压水蒸气蒸馏法和减压蒸馏法。

按富油加热方式又分为预热器加热富油和管式加热炉加热富油两种脱苯法。

前者是早期利用列管式换热器用蒸汽间接加热富油，使富油温度达到135～145℃后进入脱苯塔。

后者是利用管式加热炉用煤气间接加热富油，使富油温度达到180～190℃后进入脱苯塔。

后者由于富油余热温度高，与前者相比具有以下优点：脱苯程度高，贫油中苯质量分数可达0.1%左右，粗苯回收率高；每生产1吨180℃前粗苯的蒸汽耗量仅为预热器加热富油脱苯蒸汽耗量的三分之一；产生的污水量少；蒸馏和冷凝冷却设备的尺寸小。

因此，目前各国多采用管式加热炉加热富油的脱苯工艺。

经过诸多前辈们的不懈努力，坚持不懈的尝试合理完善工艺，充分利用流程内的余热，流程内增加两段贫富油换热器与脱苯塔底抽出的热贫油换热取代以往的蒸汽间接预热富油工艺，即从终冷洗苯装置送来的富油先送入富油槽，然后用富油泵抽出经两段贫富油换热器与脱苯塔底抽出的热贫油换热后进入管式加热炉，进入管式加热炉的富油经预热后温度可以达到130～145℃，再经管式加热炉的辐射段加热至约185℃后进入脱苯塔。

在脱苯塔内，用的是直接蒸汽经管式加热炉的对流段加热至400～450℃后经由再生器送入脱苯塔内对富油进行汽提和蒸馏。

管式加热炉炉膛内平均温度大约在600℃～950℃，炉膛也被称为辐射段，内部油管采用20#钢材质或者不锈钢S30408材质的无缝钢管，列管是波浪型设置，由180°弯头串联，由于运行中富油含水的缘故，经辐射段加热后富油中所含的水全部汽化，在这个加热过程中会对管道产生气蚀冲刷；另外，前端煤气处理工艺中脱硫脱氨指标，国内外新老焦化厂都有不同，也是会令富油中腐蚀性介质含量有所不同，以上两点都会导致焊缝的位置出现泄露等问题。

现在市面上有一种列管是“ξ”型上升螺旋式布置形式，可以做成无焊缝一体，有效的避免了焊缝处被腐蚀泄露的情况。

但是以上的两种布置列管形式的管式加热炉还要同样面临一个问题，由于政策或者其他的原因致使焦炉生产不稳定或者燃烧嘴运行状态不同而导致的加热不均匀，在局部高温情况下管道内壁会形成积碳，从而引发热量聚集导致油管破裂，大大缩短了油管的使用寿命，也极易引发火灾危险。

2）同时上文中提到的由于政策或者别的原因致使焦炉生产不稳定或者燃烧嘴运行状态差异而导致的加热不均匀，在局部高温情况下管道内壁还会形成积碳，与此同时也加速了洗油的变质，造成洗油损耗排渣增加。

3）在日益严峻的环保形势下，管式炉燃烧后排放的废气、颗粒物。

二氧化硫和氮氧化物等，逐渐被列入并要求达到各地的“超低排放”标准。

解决上述问题的方法无非就是两个：第一，管式炉顶部烟囱排放口增设烟气处理装置；第二，无明火的富油加热装置替代明火管式加热炉。

2 富油加热器优缺点
优点：
第一，在爆炸危险区域内无明火，消除明火管式加热炉可能存在的安全隐患，安全生产系数提升，同时还免去了岗位人员在管式炉燃烧条件下的操作和巡检工作；
第二，减小粗苯单元占地面积及周边单元安全间距，节省的空间，加热设备可以设置为有开有备，设置备品可以弥补了管式炉（无备品）检修时装置停产带来的产品损失；
第三，无管式加热炉燃烧尾气外排造成的污染；
第四，减少煤气燃烧消耗，节省的煤气可用于制作甲醇，提高其附加值；
第五，无明火加热，避免剧烈升温，减少富油碳化，有效降低洗油损耗，洗油损耗可低至吨苯70kg以下。

缺点：
第一，最好要有干熄焦余热蒸汽和锅炉房（2.2～3.8MPa，350～400℃为宜）保证汽源不断供，目前市面上有采用上升管余热作为气源的生产单位，也可以其作为互为备用气源，须保证其中一路汽源检修时不影响粗苯装置生产。

针对部分生产厂使用上升管余热产蒸汽用于富油加热气源的情况，据考证，是由于施工质量问题和焦炉操作问题，导致气源不稳，有少量后期改造的生产厂已经恢复使用管式炉加热富油，此描述是为提醒广大业主切勿盲目跟风；
第二，工艺改造工程需要新敷设蒸汽管道，而且要有双汽源互备，当使用干熄焦余等中压蒸汽热作为加热气源时需要增加闪蒸器等蒸汽凝结水回收装置，高温高压凝结水回收后还需要增加高压除氧器，增加额外投资。

3 经济对比
3.1设计参数及技术要求
⑴物性数据
3.2设计模拟计算
运行成本计算规模以200m3/h（即210t/h），苯产量3.5t/h为例。

管式炉用于常压脱苯工艺指标参数：加热洗油煤气耗量～17m3/t洗油，脱苯直接蒸汽耗量～1.5t蒸汽/t粗苯，焦炉煤气0.5元/Nm3，低压蒸汽100元/t；则消耗煤气成本：210x17x8760x0.5=1563.66万元/年，消耗低压蒸汽成本：3.5x1.5x100x8760=459.9万元/年，综上，此工艺运行成本为：1563.66+459.9=2023.56万元/年。

富油加热器用于常压脱苯工艺指标参数：加热洗油中压蒸汽耗量～0.05 t/ m3洗油，（按中压蒸汽每吨可发电～200 kWh、工业电力均价 0.725 元 / kWh、每年运行 8760 h计算）脱苯低压蒸汽耗量～1.5t蒸汽/t粗苯，回收低压蒸汽～7 kg/ m3洗油，低压蒸汽100元/t；则消耗中压蒸汽成本：0.05x200x200x0.725x8760=1270.2万元/年，消耗低压蒸汽成本：3.5x1.5x100x8760=459.9万元/年，用于加热的中压蒸汽回收的低压蒸汽收益：7÷1000x200x100x8760=122.64万元/年，综上，此工艺运行成本为：1270.2+459.9-122.64=1607.46万元/年。

综上所述，工艺改造后每年可以降低生产消耗能源费用约为：2023.56-1607.46=416.1万元/年。

以上计算参数及指标是作者有幸在京唐港中润焦化厂、邯宝焦化厂学习考察时获得的实际生产参数。

4 结论
粗苯蒸馏工艺经过前辈们的钻研，历经多种完善，最终以中压蒸汽为热源的富油加热器加热富油工艺替代管式加热炉加热富油工艺，不仅降低了能源消耗，降低了洗油的消耗，保证了苯回收工序在煤气源不稳定时的正常生产，节省的煤气可以创造经济效益，部分地区厂家还省去了管式加热炉尾气的处理改造投入，在粗苯区域拆除了明火设备后，提升了该区域生产的安全性，可谓一举多得，值得推广。

参考文献：
[1]《焦炉煤气净化生产设计手册》——范守谦
[2]《煤化学产品工艺学》——肖瑞华白金锋。