裂解汽油加氢装置的节能改造方案

2022-09-12

裂解汽油加氢装置在裂解装置与碳五分离、芳烃抽提等装置之间起到了承上启下的作用, 该装置主要由脱碳五系统和九系统、一段和二段加氢反应系统, 以及硫化氢汽提系统构成, 主要任务是脱除粗裂解汽油中的不饱和烃和含硫化合物等杂质, 对汽油中的各组分进行初步分离, 其中, 脱碳九系统的热源来自塔底物料的强制循环, 二段加氢反应系统的热源则由加热炉提供, 燃料气用量过大, 能耗过高, 难以达到国家规定的节能降耗要求。鉴于该装置存在节能潜力, 有必要对其进行节能改造。

一、裂解汽油加氢装置的运行工况

1. 装置加氢工艺的换热流程

在换热流程中, 二段加氢反应器进料为稳定塔釜的再沸器供热, 然后再对氢气压缩机排出的氢气进行加热, 出料后经循环水冷却, 通过气液分离罐分出氢气等轻组分, 氢气压缩机排出的氢气再经过二段加氢反应器出料两次加热后, 最后进入加热炉升温, 从而达到二段加氢反应器所需要的入口温度。裂解汽油加氢装置换热网络主要在二段加氢反应器和稳定塔系统内, 采用Aspen Plus流程模拟软件对裂解汽油加氢装置的换热流程进行模拟, 对先分离后加氢工艺的换热流程进行节能潜力分析, 对装置加氢先分离后加氢工艺进行节能改造具有良好的借鉴意义[1]。

2. 装置运行工况的用能分析

结合裂解汽油加氢装置的实际生产运行数据, 对换热器、加热炉、精馏塔等进行用能分析, 设备用能主要存在以下几个问题:其一, 加热炉的热效率比较低, 参照集散控制系统数据, 加热炉的排烟温度为452℃, 热效率为77%, 以标准油计, 模拟计算加热炉的净供热量为186kg/h, 根据裂解汽油加氢装置的月度燃料和物料平衡数据计算, 模拟工况下加热炉的实际消耗燃料为377kg/h, 这说明装置的实际热效率会更低;其二, 换热器有效能损失比较高, 二段加氢反应器出料水冷却器的有效能损失通常要占到总有效能损失的50%以上, 在浪费热量的同时, 也增加了循环水负荷;其三, 脱C5塔进料的温度比较低, 一般情况下, 脱塔进料温度仅为22℃, 致使外界供入塔内的热量不足, 塔内温差大的物流会直接进行混合, 造成混合有效能损失, 进而导致再沸器负荷增大[2]。

二、裂解汽油加氢装置的节能改造方案

1. 优化换热网络, 采用高效换热器

改造裂解汽油加氢装置, 首先应优化换热网络, 采用高效换热器。二段加氢反应器进料和出料的热容流率尽量接近, 减小传热温差, 使其能够在满足最小传热温差的前提下, 确保传热过程的不可逆性, 避免跨夹点传热, 降低最小传热差和循环水用量, 增加工艺热量的回收。在同类型裂解汽油加氢装置流程模拟中, 传热量最大的二段加氢反应器的进料和出料采用单程纯逆流高效换热器, 取得的换热效果最好。流程模拟表明, 采用高效换热器, 对二段加氢反应器进出料换热, 再适当增加一些补充加热措施, 可彻底停运进料加热炉[3]。

2. 改用工艺余热或其他公用工程热量替代加热炉

改造加热炉, 提高热效率, 或者直接停用加热炉, 改用工艺余热或其他公用工程热量。在正常运行状态下, 加热炉能够回收的热量并不多, 所以回收热量的温度品位也不高, 对其节能改造的投资回收期比较长, 改造费用和对技术的要求又很高, 停用加热炉不仅能够节能降耗, 还能够消除安全隐患, 具有可行性。流程模拟表明, 采用超高压蒸汽补充加热, 完全能够满足实际运行的要求, 此外, 对进出料管线和反应器本体进行改造, 使其更为保温, 也能够增加进出料的换热量。

3. 利用装置余热加热脱C5塔进料

采用循环氢气热分离流程回收余热, 尽量利用装置余热加热脱C5塔进料。裂解汽油加氢装置与加氢精制装置的循环氢气分离过程比较类似, 可以借鉴加氢精制装置运用的热分离流程对裂解汽油加氢装置进行改造, 即在二段加氢反应器出料水冷却器前安置一个热分离罐。改造后的流程不仅能够降低循环水带走的热量, 还能够提高稳定塔的进料温度以及塔釜出料和进料换热后的温度, 完全可以应用于脱C5塔进料预热。流程模拟表明, 对脱C5塔进料进行预热十分必要, 改造前的裂解汽油加氢装置因脱C5塔进料温度过低, 增加了对塔釜蒸汽的消耗, 尤其是在冬季, 脱C5塔的提馏段汽液负荷会显著增大, 严重影响了裂解汽油加氢装置的正常运行。改造后的裂解汽油加氢装置不仅克服了原装置存在的不足, 还起到了稳定塔底出料富余热量的作用, 二这部分富余的热量正好用于脱C5塔进料预热[4]。