脱氢反应器加热器及管线材质升级技术效益分析

1 工艺简介

苯乙烯装置脱氢反应器一直存在温度倒挂的问题, 这是由于脱氢反应器所装填的是同一活性的催化剂, 第一反应器的乙苯转化率较高, 反应器出口温度低。要想将第一反应器的低温出料加热到第二级脱氢反应所需要的温度, 全靠加中间加热器提供大量的热量。这样就需增加蒸汽过热炉的负荷, 提高进入中间加热器壳程的加热蒸汽的温度。由于蒸汽过热炉出口材质等级低及中间加热器面积小的限制, 过热炉出口蒸汽无法提高到需要的温度就已经达到联锁值;所以第二级脱氢反应所需要的温度根本无法达到, 使第二级反应器内的催化剂作用不能完全发挥出来, 此反应器的乙苯转化率达不到设计的要求。

2 过程核算

⑴根据上表中设计值计算, 将第二反应器入口温度加热到619℃, 所需的热量计算如下:

通过以上的计算可知, 在设计上, 主稀释蒸汽经过加热炉后得到的热量大于MR-201B入口温度达到设计值所需要的热量。

TT-229传热能力为:

根据上表中实际值计算 (计算过程省略) , 所得结果与用设计值计算所得结果相同, 即

通过上式可知, 蒸汽过热炉出口温度和中间加热器的换热面积是够用的。

⑵在中间加热器换热面积不变的情况下, 如果将第二反应器入口温度加热到期望值635℃, 则蒸汽过热炉出口蒸汽所要达到的温度为:

根据Q=KAΔt公式可知, 要想提高换热量只有两个途径:一是提高换热面积, 二是提高换热器出入口温差。

3 效益评估

(1) 降低蒸汽消耗为克服温度倒挂的影响, 大幅度提高主蒸汽流量, 实际进入中间加热器的蒸汽流量比设计值高3.44吨。因此, 多消耗1.0MPa蒸汽2.65万吨, 折合人民币145.75万元。

(2) 降低蒸汽过热炉负荷更换之后, 蒸汽流量可以降低到设计值, 蒸汽过热炉的负荷降低, 燃料消耗大幅度降低。根据目前操作条件计算, 更换后每年可以节约燃料油854吨, 折合人民币183.76万元。

(3) 发挥第二反应器催化剂的性能更换后的中间加热器完全有能力将物料加热到第二级脱氢反应所需要的温度, 不必通过一味地提高第一级脱氢反应器入口温度来维持总乙苯转化率。提高了整批催化剂的使用寿命, 则一次性节约投资660万元。

(4) 提高总乙苯转化率, 增加苯乙烯产量由于入口温度提高不到设计值, 乙苯转化率只能达到18%~20%, 导致总乙苯转化率低于设计值将近3%。按照装置满负荷生产, 将损失4616t苯乙烯, 损失461.6万元。

(5) 降低蒸汽过热炉的出口温度为维持第二脱氢反应器的入口温度, 目前蒸汽过热炉的出口操作温度为797℃, 距离联锁温度只有18℃, 操作难度很大, 不利于装置的平稳运行。改造之后, 蒸汽过热炉出口管线材质提高, 联锁温度提高, 操作温度空间增加。

4 结语

根据更换后效益评估可知, 累计效益1451.11万元, 更换TT-229或HS-201出口管线材质等级对苯乙烯装置降低能耗、物耗及单位成本是非常有利的。

摘要：本文通过核算对升级中间加热器和管线的可能性和效益指标进行分析对比, 为消除生产瓶颈提供依据。

关键词：乙苯脱氢反应,转化率,温度倒挂