气分装置节能降耗优化措施

李 红

（扬州石化有限责任公司，江苏扬州 225200）

0 前言

随着全球经济一体化和世界经济的迅速发展，节约能源，降本增效，是一项长期而紧迫的战略任务，也是未来可持续发展的必然选择。气体分馏装置的主要作用是将催化裂化装置来的液化烃分离出丙烯、丙烷及混合碳四作为聚丙烯与MTBE装置的原料。分离过程采用精馏方式，能量使用密集，降低装置能耗。

1 装置简介与能耗分析

1.1 装置简介

扬州石化气体分馏装置设计加工量12万t/年，采用常规三塔流程，原料液态烃来自上游催化装置，由脱丙烷塔分离成碳二、碳三和碳四馏分。碳二、碳三馏分经脱乙烷塔脱除碳二后，进入丙烯精馏塔分离出丙烯和丙烷馏分。丙烷馏分外销，碳四馏分和丙烯作为聚丙烯和MTBE装置原料。主要能源消耗是塔底热源（蒸汽、低温热）和机泵耗能。气体分馏装置工艺流程见图1。

图1 气体分馏装置流程

开工投产以来，装置运行平稳，丙烯拔出率98.5%，丙烯纯度≥99.5%，主要技术经济指标达到设计要求，装置已通过采用高效浮阀塔盘、应用屏蔽泵、干气密封泵、表面蒸发式空冷等新技术新设备，充分利用装置内部热源给原料液态烃换热、与催化装置进行热联合等措施，有效降低装置能耗。但受上游装置生产方案及市场影响，投产后相当长时间液态烃加工量仅为设计能力的68%左右，投产当年加工量更仅有设计能力的62%，处于装置加工弹性范围60%～110%的下限。投产当年装置单位能耗为63 kg标油/t，比中石化平均水平高26%，在生产流程、工艺参数及生产方案调整等方面有较大优化空间。

1.2 能耗分析

气分装置开工初期能耗状况见表1（循环水用电已计入用电总量）。

表1 气分装置2011年耗能表

从表1可以看出，装置实际运行中，蒸汽与低温热占能耗的83.07%,蒸汽的消耗同比设计值高56.95%，加热耗能高是装置高能耗的主要原因。 气分精馏塔处理量一定时,加热耗能主要由回流及系统温度、压力决定。因此,要降低能耗须考虑优化操作参数、流程及低负荷时的操作方案。

2 装置能耗偏高的原因分析及解决措施

2.1 操作参数的调整与优化

气体分馏装置开工后，工艺参数按照设计值执行，但目前装置负荷仅为设计值的62%。生产中，脱丙烷塔回流比2.2，丙烯塔回流比22，均比设计值（1.8、15.35）高。资料显示,气分精馏塔的温度、压力、回流量的降低能显著降低装置能耗。计算表明，气分精馏塔回流量每降低1 t，加热能耗负荷可降低80～100 kW；降低操作温度能增大传热温差,提高热源利用率，减少热源用量；降低操作压力能增大原料组分的相对挥发度,进一步促使回流比的降低。

（1）丙烷塔（塔一）操作分析。脱丙烷塔塔顶碳四含量高，脱丙烷塔气相负荷高于液相负荷，塔压稍低，因此经常出现塔顶带碳四，提高操作压力和液相负荷可以提高分离效率，相应电耗和蒸汽耗量也会上升，降低塔气相负荷，适降液相负荷，可满足产品分离要求，操作有一定弹性，同时可降低能耗。

（2）丙烯塔（塔三）操作分析。丙烯塔塔顶丙烯纯度99.8%，分离精度能满足要求，但回流比为22，低负荷下以高气液比来保证分离效率。气体分馏装置产品丙烯是供给聚丙烯装置作为原料使用，丙烯纯度只要满足≮99%，因此，适当降低塔顶丙烯纯度，牺牲部分操作弹性，降低气液相负荷，可降低丙烯塔能耗。

（3）操作过程调整。分两步降低塔压与回流比，采用最小回流比、低压进行操作，各塔压力降低0.1～0.2 MPa，回流比脱丙烷塔由2.2降至1.8，丙烯塔回流比由22降至16，调整后降低蒸汽 0.7～1.0 t/h。

2.2 低温热流程的调整与优化

气分装置另一主要热源是低温位热水，气分-常压、催化装置低温热系统使用的低温热水自常压催化装置取热后作为丙烯塔的热源，丙烯塔取热完毕后重新回到常压催化装置循环。实际运行中来水温度偏低，不够补充气分丙烯塔所需热量，仍需补充蒸汽。而同时催化装置技改后液态烃收率由29%提高至34%，富气量明显增加，分馏塔顶油气冷却效果恶化，汽轮机实际运行达到最大负荷。为提高油气冷却效果，减少蒸汽使用，充分利用低温位热量，对低温热流程进行调整。

低温热水流程分两步进行改造，（1）将压缩富气前冷却器移位至分馏塔顶油气冷却器后。解决分馏塔顶负荷大，热媒水与压缩富气前冷却器换热后，不能满足分馏塔顶油气冷却器换热需求的问题。项目实施后丙烯塔不需再使用蒸汽作为热源。（2）由于催化装置热量仍然富裕，气分装置取热不完全，回水温度偏高，运行中不得不采用循环水为低温热水降温。为有效利用热源将脱乙烷塔纳入低温热系统。将脱乙烷塔塔底重沸器更新改造，增大传热面积，流程调整为常压-催化回水—脱乙烷塔塔底重沸器—丙烯塔塔底重沸器，丙烯塔塔底热源不够由蒸汽重沸器补充。

改造实施后，催化出装置热媒水温度上升4℃，有效利用低温热量同比增加10.12%，减少蒸汽使用1.2 t/h，降低蒸汽费用115万元。

2.3 冬季伴热优化

由于工艺需要，气分装置低点和仪表测量处会积存的水分，冬季会冻凝，装置设计为使用蒸汽进行伴热。蒸汽伴热是强伴热，通常用于重油组分，气分装置属于轻烃介质，只需要弱伴热（电伴热）即可。统计发现冬季蒸汽伴热开启后，蒸汽流量较未开启前多0.9 t/h，按每年开启伴热3个月计，该为电伴热后，年节省蒸汽1944 t，仅多耗电6.38万kW·h。

3 优化改进效果

气分操作参数、换热流程与伴热方式的优化改进,生产实践证明在保证产品质量及操作平稳的同时节能效果显著。气分装置单位综合能耗从63 kgeo/t同比降至41.3 kgeo/t，热源耗能由83.07%同比降至75.5%,年降低能耗费用近300万元。