低温余热回收发电技术在芳烃联合装置中的应用.pdf
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1、 年第 卷 第 期石油化工腐蚀与防护 应 用 技 术引用格式:秦文戈低温余热回收发电技术在芳烃联合装置中的应用 石油化工腐蚀与防护,():,():低温余热回收发电技术在芳烃联合装置中的应用秦文戈(中国石油化工集团有限公司工程部,北京 )摘要:介绍了传统芳烃联合装置中的低温余热利用现状,分析了低温余热回收瓶颈。为了高效回收低温余热,进行了设计创新,对二甲苯塔、抽余液塔、抽出液塔进行适度升温升压,使塔顶气相物流产生 低压饱和蒸汽以驱动汽轮机发电。为确保装置长周期稳定运行,制定了低温余热回收系统的风险防控措施。总结分析了低温余热回收发电技术所创造的经济效益和社会效益,并结合装置的实际运行情况,提出了
2、下一步优化的方向和措施。关键词:芳烃联合装置;余热回收;低压饱和蒸汽;发电;效益收稿日期:;修回日期:。作者简介:秦文戈,高级工程师,主要从事石油化工项目生产准备与试车管理工作。:绿色低碳和节能环保已成为当今社会主题,石油化工属于高耗能行业,特别是芳烃联合装置各单元物料循环量大、分离精度高、产品能耗高,因此降低产品能耗是提高装置竞争力的重要手段。虽然芳烃联合装置中存在大量的低温余热,但是将其回收利用却很难,因为无法找到合适的工艺物流与其进行直接换热。这部分低温余热通常采用空冷或水冷的方式进行冷却,既浪费大量热量,又额外消耗电能和循环水。由于低温余热主要集中在抽余液塔和抽出液塔的塔顶气相物流中,
3、为了高效回收低温余热,在首套国产化芳烃联合装置中进行了设计创新,适当提高二甲苯塔、抽余液塔和抽出液塔的操作压力和温度,从而提高抽余液塔和抽出液塔的塔顶气相物料温度,使其能够产生 低压饱和蒸汽,蒸汽经二甲苯塔重沸炉对流段过热后,一部分用于装置除氧器除氧和内部伴热使用,另一部分用于驱动汽轮机发电,其发电量大于联合装置的全部用电量,实现了对外供电,此举大大降低了装置能耗,提高了装置竞争力。芳烃联合装置低温余热利用现状芳烃联合装置通常包括芳烃抽提、歧化、吸附分离、异构化和二甲苯分馏装置及配套公用工程设施,五套主体装置的工艺流程高度关联,为了实现各精馏塔之间的高度热联合和热集中,系统高温余热一般都直接通
4、过与工艺物料换热的方式实现回收利用。芳烃生产工艺特性决定了其工艺物料循环量特别大,造成设备大型化,特别是塔器大型化,使精馏塔负荷增大,塔顶存在大量的低温余热,而对于常压塔来说,由于塔顶压力和温度较低,这部分低温余热无法回收,只能采用空冷或水冷的方式进行冷却,低温余热被白白浪费,从而造成传统芳烃联合装置能耗居高不下。表 为国内采用 工艺技术的 芳烃联合装置中各精馏塔顶低温余热情况,数据表明,大量的低温余热集中在抽余液塔和抽出液塔的塔顶部位,因此如何回收这两个塔顶的低温余热就成为装置节能降耗的关键 。表 各精馏塔顶低温余热项目塔顶压力 塔顶温度 冷却后温度 低温余热 重整油脱庚烷塔 邻二甲苯塔 抽
5、出液塔 对二甲苯产品塔 抽余液塔 对二乙苯再生塔 异构化脱庚烷塔 异构化循环塔 歧化汽提塔 歧化苯塔 歧化甲苯塔 芳烃联合装置低温余热回收瓶颈在采用 和 工艺技术的芳烃联合装应 用 技 术石油化工腐蚀与防护 年第 卷置中,抽余液塔和抽出液塔的塔顶存在大量的低温余热被白白浪费掉,而未被回收利用的主要原因有:()塔顶温度较低。抽余液塔和抽出液塔采用常压塔设计,塔顶温度为 ,在芳烃联合装置中找不到合适的低温工艺物料与之进行直接换热,实现热量回收利用。()异构化催化剂和吸附塔吸附剂对进料中的水含量有严格限制。异构化催化剂要求进料中的水质量分数小于 ,吸附塔吸附剂要求进料中的水质量分数小于 。若利用塔顶
6、常压气相物料与水进行换热,换热器一旦发生泄漏,水就会进入工艺物料中,必将导致工艺物料中的水含量超标,工艺物料携带水分进入异构化反应器和吸附塔,不仅会降低催化剂和吸附剂的使用寿命,而且会加速吸附剂和催化剂的水热老化,对吸附剂和催化剂造成永久性损害。吸附剂一旦出现永久性损害,就需要卸出旧剂和再装入新剂,由于吸附剂价格昂贵、装填量大,即使采用 不间断施工作业也至少需要个月时间才能完成,除了巨大的经济损失外,也将造成不良的社会影响。因此,在吸附分离和异构化装置工艺设计中,为了延长催化剂和吸附剂的使用寿命,最大限度地降低风险,严禁工艺介质与水换热。()工业上一般采取与水换热的方式回收低温余热,换热后的热
7、水用于供暖或发电,由于供暖受季节气候影响,环境温度变化较大,热水供暖的连续性和稳定性较差;传统的热水发电通过膨胀做功,发电效率极低,且在国内同类芳烃联合装置中尚没有应用业绩。芳烃联合装置余热回收利用 芳烃联合装置低温余热回收方案为了高效回收抽余液塔和抽出液塔的塔顶低温余热,首套国产化芳烃联合装置在设计阶段就提出了低温余热回收方案,即对抽余液塔和抽出液塔进行适当升压、升温,采用蒸汽发生器取代空冷器,使其塔顶气相物料能够产生 低压饱和蒸汽。芳烃联合装置主要是以二甲苯塔为热量集成中心进行热联合,抽余液塔和抽出液塔采用二甲苯塔的塔顶与塔底物料作为塔底再沸器热源,如果要实现抽余液塔和抽出液塔的升温、升压
8、,就需要先对二甲苯塔进行适当升温、升压。不同工艺装置的运行数据见表 。数据显示,国产化芳烃联合装置中二甲苯塔、抽余液塔和抽出液塔均采取加压操作,塔顶、塔底温度均比 和 工艺的温度要高,这显著提升了塔顶热源回收利用空间,很大程度上提高了换热效率。国产化芳烃联合装置抽余液塔和抽出液塔的塔顶低温余热回收工艺流程见图 。抽余液塔和抽出液塔的塔顶产生的 饱和蒸汽与甲苯塔顶自产蒸汽汇合后进入二甲苯塔重沸炉对流段进行过热,除少量蒸汽用于除氧器除氧和装置伴热外,其余蒸汽送至凝汽式汽轮机发电机组发电,乏汽采用板式湿空冷器进行冷却,冷却后形成的凝结水经过精密过滤器过滤后送至除氧器除氧,水量不足部分由系统除盐水补充
9、,除氧水再送至各蒸汽发生器循环使用。表 不同工艺装置的运行数据工艺技术装置规模()二甲苯塔塔顶压力 塔顶温度 塔底温度 抽余液塔塔顶压力 塔顶温度 塔底温度 抽出液塔塔顶压力 塔顶温度 塔底温度 国产化 低温余热回收系统风险防控措施抽余液塔和抽出液塔的塔顶余热回收技术的应用大大增加了芳烃装置设备、系统之间的关联风险,例如,当蒸汽发电机因故障而跳停或除盐水供应发生中断时,会使各精馏塔压力迅速上涨,不仅会造成产品质量不合格,而且会影响设备安全运行,造成安全事故;又如当蒸汽发生器发生泄漏时,会使大量水分进入物料系统,对催化剂和吸附剂造成损害,因此通过以下风险防控措施来实现整个低温余热回收系统的安全稳
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