扬子芳烃装置节能优化方案研究

任红锋，孙从渠

（中国石化扬子石化有限公司，江苏南京210048）

扬子石化芳烃厂1#芳烃装置于1991年建成投产，原设计对二甲苯（PX）产能为45万t/a。1997年扩能改造芳烃产能达85万t/a，PX设计产能提高到55万t/a。

2006年5月，扬子石化2#芳烃装置建成投产，原设计PX产能为25万t/a，2013年通过质量升级改造，配套PX产能提高到34万t/a，吸附剂产能达46万t/a。

1 装置节能优化探讨

1.1 吸附单元优化

1.1.1 吸附单元存在问题

扬子石化芳烃装置有三个吸附系列，所采用的吸附剂及相关参数如表1[1]所示。

由表1可以看出：1#吸附Ⅰ系列吸附剂为较早年代的吸附剂，单程收率偏低，剂油比偏高。1#吸附Ⅱ系列，2#芳烃装置吸附剂能力未能发挥。主要原因是：①吸附Ⅰ、Ⅱ系列仍采用双转阀、非等体积床层管线设计，冲洗效果偏差，影响吸附收率和PX产品纯度。②2#芳烃吸附分离单元床层管线、循环泵未更换，产能未能发挥，吸附塔负荷受床层管线压差限制，提升空间有限。

1.1.2 优化思路

1）择机完成2#芳烃装置吸附床层管线、循环泵更换，解决吸附塔床层压差和循环泵能力不足问题，为发挥ADS-47吸附剂性能创造条件。

2）在PX市场行情一般或低迷的情况下，停吸附Ⅰ系列，利用吸附Ⅱ系列和2#芳烃吸附单元进行生产，其他装置操作基本不变，此时PX装置实际产能82万～91万t/a，与设计产能89万t/a相差不大。

与此同时，使用UOP技术进行吸附Ⅰ系列换剂，单转阀改造或使用国产吸附剂和中国石化自主知识产权的SorPX技术改造，同时进行床层管线等改造，工艺物料调节阀、流量计更换，循环泵、一次冲洗泵等进行相应改造。

3）利用2#二甲苯装置质量升级改造增加的负荷转移管线，吸附Ⅰ系列、2#芳烃装置吸附系统运行，停吸附Ⅱ系列，此时吸附Ⅰ系列和2#吸附分离单元能力即可与后续精馏、异构化单元能力相匹配。

表1 扬子芳烃吸附剂装填数据

1.1.3 预期效果

1）提高吸附系统单程收率

2#吸附系统改造后，通过部分C8A和抽出液、解吸剂的转移，2#芳烃吸附单元PX产能可从34万t/a提高至46万t/a。吸附Ⅱ系列、2#吸附开车的情况下，1#吸附收率可提高2.0百分点。全部改造完成后，1#吸附Ⅰ系列吸附单程收率可提高7百分点以上，在其他单元操作条件基本不变的情况下，吸附单元可增产PX 2.05万吨；若考虑到换剂后吸附负荷的提升，以年运行8 000 h计，芳烃装置整体PX设计产能可达到98万t/a以上，实际产能预计可达到103万t/a。

2）解吸剂循环量降低

预计换剂改造后吸附Ⅰ系列剂油比从目前的1.55左右降低到1.0左右，抽出液、抽余液组成改善，物料分离难度降低，在PX产品产量明显增加的情况下，再沸量基本不增加甚至会有所降低。

3）节约用电量

2#吸附床层管线、循环泵更换后，只需保持2#吸附系列和1#吸附单元单系列运行就可满足装置需要。停用1#吸附单元循环泵2台、一次冲洗泵2台、解吸剂循环泵1台，节约电量约1 516 kW，年可增效600万元以上。

1.2 二甲苯塔顶气相热综合利用

1.2.1 二甲苯塔气相热利用存在问题

二甲苯塔（DA-801）塔压设计值较低（0.3 MPa），塔顶物料温度也较低，塔顶气相潜热原设计与废热锅炉（EA806-A/B/C/D）换热副产0.8 MPa中压蒸汽。每小时近800吨的高品质热源副产相对廉价的0.8 MPa蒸汽90多吨。同时，1#芳烃PX成品塔（DA-605）、1#芳烃重整脱庚烷塔（DA-302）仍在依靠高品质的燃料提供再沸所需的热量；1#芳烃歧化苯塔（DA-503）、甲苯塔（DA-505）仍依靠0.8 MPa或3.0 MPa蒸汽提供再沸热量。这种能量利用方式效率低，经济性差，亟待改进[2]。经调查，芳烃装置具有节能潜力的精馏塔相关参数如表2所示。

1.2.2 优化思路

1）增加高通量换热器

增加高通量换热器（EA-611C），利用二甲苯塔顶气相为成品塔提供再沸热源（详见图1），停用原成品塔再沸炉（BA-602）；原成品塔再沸炉改为新增重芳烃塔再沸炉，该项目已实施。

2）利用二甲苯塔（DA-801）顶气相潜热为重整脱庚烷塔（DA-302）提供再沸热源，在降低0.8 MPa蒸汽产量的同时，停用原再沸炉（BA-306），预计可降低装置燃料消耗1 000～1 250 m3/h。原废热锅炉EA-806（4台）可停用或取消1台，同时可降低蒸汽过热炉（BA-803）热负荷。

3）根据蒸汽管网平衡情况，酌情考虑利用二甲苯塔顶气相潜热为歧化苯塔、甲苯塔提供再沸热量，在降低0.8 MPa蒸汽产耗量的同时降低3.0 MPa蒸汽消耗，从而降低换热频次，提高芳烃装置能源利用效率。

表2 1#芳烃精馏塔操作参数

1.2.3 优化效果

通过成品塔再沸热源的改变，节约成品塔再沸炉燃料消耗约0.6 t/h。预计通过重整脱庚烷塔再沸热源的改变，可停用该塔再沸炉，节约脱庚烷塔燃料气消耗1.2 t/h左右。若利用DA-801塔顶气相潜热为歧化苯塔、甲苯塔提供再沸，可减少换热频次，同时可提高热量利用效率6%以上，相当于节约能量1.8 MW，节约标油0.15 t/h以上。

1.3 甲苯塔系统优化

1.3.1 目前现状

目前歧化单元甲苯塔（DA-505）分离效果偏差，在歧化进料负荷达到180 m3/h以上时，甲苯塔塔顶甲苯中二甲苯含量快速增加，一般在3%～8%。既降低了歧化单元C8A的有效产出，又造成歧化进料中（BZ＋C8A）含量远超过催化剂技术协议1%的指标要求，影响了歧化反应效果。降低了甲苯、C9A芳烃向BZ、C8A芳烃的转化，造成歧化反应转化率一般在43%左右，达不到设计保证值45%。

1.3.2 优化思路

1）利用2017年大修时机清理塔盘，改善甲苯塔DA-505分离效果。

2）通过局部更换HAT-099催化剂，提高歧化转化率，降低歧化甲苯塔进料中甲苯含量。

3）利用ASPEN模型初步核算，在歧化装置高负荷运行时，可利用甲苯择形歧化甲苯塔DA-5504塔，替代DA-505运行，从而可提高甲苯塔顶甲苯含量达98%以上。为实现负荷转移，需新增歧化苯塔釜至甲苯择形歧化甲苯塔进料管线，歧化甲苯塔塔釜采出到二甲苯塔的进料管线需要重新核算并进行适当扩径。

图1 DA801塔顶气相热量利用

4）在生产国Ⅵ汽油时，预计公司内部C9A和甲苯将会有一定富裕，此时可提高歧化装置负荷；在甲苯行情低迷时择机组织甲苯择形歧化装置开车。

1.3.3 优化效果

2017年大修后歧化甲苯进料中C8A含量降低至1%以下，可提高歧化反应转化率1%，提高歧化装置有效负荷3%～4.5%；相当于高负荷下歧化有效负荷可增加6～9 m3/h，可增产C8A 1.3～2.0 m3/h，每年可节约混合C8A 0.69万～1.38万吨，大幅提升装置经济效益。

1.4 异构化热高分技术及脱非芳烃塔技术

1.4.1 目前现状

扬子2#芳烃异构化装置反应产物依靠空冷、水冷冷却后去气液分离罐分离出气体，液相再次与其他换热器加热后送脱庚烷塔进行分离，这种物料先冷却后加热的换热方式存在优化空间。且装置在2015年已预留了热高分甩头，计划利用热高分技术回收的热量为2#芳烃装置成品塔提供再沸。

目前异构化脱庚烷塔塔釜物料中约9.7%的碳八非芳烃循环，经二甲苯分离、吸附分离循环回异构化单元，这部分非芳烃组分在系统中无效循环，一定程度上影响了装置能耗。

1.4.2 优化思路

1）核算增加脱非芳烃塔的经济性，主要是比较能耗增加造成的成本增加与产能增加的创效，如脱非芳烃塔效益可观，则建议新增脱非芳烃塔。

2）对2#芳烃异构化实施热高分改造。热高分改造后，可减少脱庚烷塔进料换热器EA-7509负荷，即降低高品质吸附进料热负荷，节省的热量可为成品塔提供再沸；如有多余热量且计划增加脱非芳烃塔，可在流程设计时考虑为脱非芳塔提供一部分热量。

1.4.3 预期效果

1）如增加脱非芳烃塔，可降低异构化C8A中NA含量约4百分点；吸附进料中NA含量降低3～4百分点，即可降低吸附至异构化进料量约4%，吸附进料有效负荷提升约4%，吸附进料中PX含量提高约0.8%；在吸附负荷不变和吸附单程收率不变的情况下，PX产量可增加约4.2%。

2）增加热高分后，可回收异构化反应产物热量，取消反应产物从100℃到45℃的降温过程，一方面可大幅降低异构化反应产物空冷器、水冷器负荷；一方面回收的热量可用来为新增的非芳烃循环塔提供再沸热源；多余热量也可为成品塔提供再沸，可节约3.0 MPa蒸汽约8.0 t/h。

1.5 低温热利用

1.5.1 目前现状

除2014年新建的重芳烃塔塔顶气相潜热用来副产0.35 MPa蒸汽，通过发电机组发电外，芳烃抽出液塔、抽余液塔等塔顶气相仍靠空冷冷却，低温热未能利用，主要原因是暂时没有找到合适的用户。

另外，抽提装置大量利用的2.2 MPa和1.4 MPa蒸汽，主要由3.0 MPa蒸汽减温减压获得，如能采取措施降低蒸汽用量或采用背压透平发电，则能够产生一定的经济效益。

1.5.2 优化思路

1）新增背压式发电机，将3.0 MPa蒸汽减温减压到2.2 MPa或1.4 MPa，供两套抽提装置使用。

2）利用1#芳烃装置抽余液塔、抽出液塔等塔塔顶气相低温热，产出0.35 MPa蒸汽或热水用来发电，预计可回收热量约80 MW。

3）利用2#芳烃装置抽余液塔、抽出液塔塔顶气相低温热，为热电厂600～900 t/h的除氧水进行预热，预计可回收热量45～77.5 MW。

1.5.3 预期效果

实施低温热利用后，1#二甲苯装置能耗降低128 885 MJ/h，以PX年产能55万吨计，每吨产品减少1 968.4 MJ（按年运行8 400 h计算），即减少47.0 kgEO/t能耗。

1.6 异构化单元废热锅炉副产蒸汽利用

1.6.1 现状

1#异构化单元利用板式换热器后，异构化反应进料加热炉负荷大幅降低，对流段副产蒸汽品质降低，无法并入3.0 MPa蒸汽管网，目前副产的约1.0 t/h的蒸汽处于放空状态。

1.6.2 优化措施

1）调整排放压力，测试副产蒸汽压力高低，根据实际管线流程整定汽包FA-706出口安全阀起跳压力和回座压力。

2）根据副产蒸汽压力等级新增跨线。将副产蒸汽并至1.4 MPa、0.8 MPa蒸汽管网或DA-803塔发电系统。

1.6.3 预期效果

优化措施实施后，可回收1.0 t/h的放空蒸汽，相当于每年可节约标油约528吨。

1.7 优化三剂操作

1.7.1 现状

目前芳烃装置设计PX产能89万t/a，BZ产品40万t/a。随着三剂技术的进步和吸附分离单元进料质量的提高，PX实际产能大于设计产能约10%以上。但在生产过程中，一方面受装置计划产能的限制和汽油调和的需要，另一方面为了提高催化剂的使用周期，芳烃异构化单元、歧化单元催化剂均处于相对缓和的操作状况，与同类装置相比，异构化反应产物中PX含量低，NA、EB含量高，歧化反应转化率略低，外购混合C8A量偏大。

1.7.2 优化措施

进行异构化、歧化单元反应参数优化调整，以保证催化剂性能指标为基准，在兼顾催化剂使用周期的同时，提高异构化、歧化单元反应效率，降低单位时间外补混合C8A量。

1.7.3 预期效果

在异构化收率基本不变的前提下，2#异构化反应产物中PX含量从17.3%提高到17.6%；歧化反应转化率提高1.0%～1.5%，相当于同等负荷下，歧化反应产物中C8A含量提高0.5%～0.75%，甲苯和C9A芳烃在芳烃装置的循环量减少1%～1.5%。

以2#芳烃PX年产能34万吨计，在收率不变的前提下，提高异构化选择性后，预计可减少外购混合二甲苯约1.903万t/a；以歧化装置年产能123万吨计，提高歧化性能后，预计可提高混合二甲苯产量0.34万t/a，以PX含量计，约相当于减少外购混合二甲苯0.43万吨；同时可提高BZ产量0.27万吨。

1.8 优化二甲苯塔回流比

1.8.1 目前现状

扬子芳烃装置现有二甲苯塔三座，其中DA-804/8501塔盘数均在160块以上，采用热联合流程为其他精馏塔提供再沸，同时联产邻二甲苯产品，DA-801塔盘数为100块，塔顶气相潜热一小部分为成品塔提供再沸，大部分用来副产0.8 MPa蒸汽，且该塔目前为C8A与C9A的分离塔，不副产邻二甲苯。DA-801塔顶C8A中C9A含量控制在330 µg/g左右，DA-8501塔顶控制在120 µg/g左右，DA-804塔顶控制在100 µg/g以下，有一定优化空间，即二甲苯塔塔顶C8A存在一定程度的质量过剩，回流有一部分优化余量。

1.8.2 优化措施

利用ASPEN模型对三座二甲苯精馏塔及相关热联合流程中吸附分离单元精馏塔进行模拟，参考模拟结果，同时兼顾热联合流程中相关精馏塔分离效果，逐步开展不同负荷下三座二甲苯塔降低回流比实验，适当降低三座二甲苯塔回流量，尤其是DA-804和DA-8501回流量，以降低燃料消耗。

1.8.3 预期效果

考虑到热联合流程中抽出液、抽余液塔操作，预计DA-804/8501两塔可降低回流量50～100 m3/h，预计可节约燃料400～800 kg/h。

1.9 不同芳烃PX产品产量下运行模式优化

PX市场行情低迷或其他异常情况下，可根据PX产量要求灵活调整装置运行模式：1 200 t/d PX产量下，只开2#二甲苯装置；1 300～1 850 t/d PX产量下，仅开1#二甲苯装置；PX产品产量要求在2 100 t/d以上时，两套装置同时开车；同时尽可能的避免装置在1 200～1 300 t/d、1 850～2 100 t/d的不经济PX产量下长时间运行。

2 节能优化措施对芳烃装置能耗的影响

吸附单元节能改造可提高PX产量9万t/a，节约标油约合1 820 t/a；塔顶气相热综合利用可降低标油2 160 t/a；改善甲苯塔分离效果，可提高歧化反应效率，相当于减少外购C8A约7 000 t/a；热高分项目和脱非芳烃塔项目可节标油约5 600 t，脱非芳烃项目可增产4.2%，约相当于1.43万t/a；异构化单元废热锅炉副产蒸汽可减少标油消耗528 t；异构化歧化三剂优化项目预计可减少外购C8A 2.33万t/a，增产BZ 0.27万t；优化二甲苯塔回流比预计可降低标油消耗3 200 t/a以上；低温热项目可回收装置热量约125～157.5 MW。不含低温热项目的节能，年节约标油达到13 308 t以上，相当于每小时可降低能耗约1 663.5 kg。通过以上措施，预计装置能耗能够降低15.0～20.5 kgEO/t；考虑到发电热效率，1#低温热发电项目预计可降低装置能耗约47 kgEO/t，2#低温热发电项目预计可降低装置能耗约42.9 kgEO/t。

3 节能优化项目可行性分析

上述九个节能优化措施均已在同类芳烃装置上应用，且取得了良好的经济效益。其中，1#芳烃吸附分离Ⅰ系列吸附剂更换和低温热项目、2#芳烃吸附床层管线建设周期较长，1#芳烃吸附分离Ⅰ系列吸附剂更换和低温热项目投资较大。对于建设周期较长的项目，应根据市场化工产品周期考虑。即使投资较大的项目短时间内无法实施，其他节能措施的实施也可降低装置能耗18～25 kgEO。

对于无投资的项目，如二甲苯塔回流比优化、三剂操作优化、不同PX产量下生产模式优化，重点是建立长效机制，调动基层技术、班组人员的积极性，确保装置在经济条件下长期运行。

对于投资相对较低，见效较快的项目，如二甲苯塔顶气相热综合利用项目、异构化热高分项目、脱非芳塔项目、异构化废热锅炉蒸汽利用项目，可尽早开展前期准备工作，利用检修时机尽快实施。

4 结论

从目前技术发展水平来看，建成年代较早的扬子芳烃装置节能潜力巨大，以设计89万t/a PX产能计算，预计每年可节约标油53 741～58 636 t，相当于可降低吨PX产品单耗60～65 kgEO。如考虑改造后装置PX产能增加，则实际节能潜力更大。随着近年来恒力石化、浙江石化、盛虹石化等规模化芳烃装置的建设和即将陆续开工，扬子芳烃装置面临巨大的能耗压力和运营成本挑战，进一步推进两套芳烃的节能优化工作势在必行。