降低混合脱氢装置芳烃溶剂消耗的可行性措施

田萍萍，白永涛，马健，巩文博，贾诗凡，刘星博

（陕西延长石油(集团)有限责任公司延安石油化工厂轻烃中心，陕西 延安 727406）

300 kt/a丙烷-异丁烷混合脱氢装置（简称“混合脱氢装置”）采用Oleflex脱氢工艺技术[1]。通过连续催化再生脱氢技术，保证催化剂连续再生，周期性稳定催化剂活性。装置由原料预处理单元、Oleflex 反应单元、产品回收单元、SHP 加氢单元、催化剂连续再生（CCR）单元、氧化物脱除、CSP全加氢单元和公用工程系统组成。Oleflex反应单元中，3台反应器在UOP专用脱氢铂金催化剂条件下，将丙烷和异丁烷裂解、脱除等体积的氢气，转化成产品丙烯和异丁烯，从而为下游聚丙烯装置和MTBE装置提供原料[2]。脱氢反应过程中伴随有一定的聚合副产物产生，副产物不仅影响产品烯烃纯度，此外，物料通过冷箱时，重组分会堵塞流经的小孔道，造成冷箱换热效率急剧下降，影响装置加工负荷提升，甚至影响装置安全平稳长周期运行。

为去除混合物中的聚合物及芳烃化重产物，采用外购芳烃溶剂循环洗涤。每年需外购芳烃溶剂1 550 t 左右，加工成本费用较大。通过分析芳烃溶剂消耗量影响因素，降低其用量，控制生产成本，为公司赢得可观的经济利益。

1 工艺流程

芳烃溶剂主要是C9～C11 芳烃组分。利用相似相溶原理，芳烃溶剂将反应器中裂解后副产的聚合环化芳烃重组分，在进入产物压缩机前，予以洗涤脱除，保证产物的轻质化。主要流程如图1所示。

图1 反应产物接触冷却塔系统流程Fig1Flow chartof reactionproductcontactcoolingtowersystem

芳烃原料罐来的芳烃溶剂通过补充泵增压至V103，对反应产物进行冷却降温和洗涤。V103塔顶的反应产物携带少部分的芳烃溶剂，经过冷却、降温后，进入反应产物压缩机，再经脱氯罐、反应产物干燥器吸附饱和；芳烃溶剂油、水及硫化氢等被反应产物干燥剂吸附后，经一系列再生流程，最终被送至污油系统；而产物进入下游的冷箱及分离系统等流程。V103 塔底循环使用的芳烃溶剂，经过空冷、水冷冷却后，由塔顶循环泵P103 继续增压至V103 塔顶循环使用；此外，V103 塔底一小股含有重组分的芳烃溶剂，则送至下游溶剂再生塔单元进行提纯回收再利用。

芳烃溶剂技术指标要求见表1。

表1 芳烃溶剂技术指标Tab 1 Aromatic solvent specification requirements

2 芳烃溶剂消耗量影响因素

2.1 芳烃溶剂馏程

按照外购芳烃溶剂馏程范围不同，并结合国内几套同类装置使用芳烃溶剂的经验，进行对比分析可知，芳烃溶剂组成轻组分越多，芳烃的馏程越大芳烃溶剂消耗量越大；反之，则消耗数量大大减少。

2.2 温 度

根据统计，5－8 月（夏季）芳烃溶剂消耗量大于9－4月（冬季），即周围环境温度越高，消耗芳烃溶剂的量越大。

混合脱氢装置反应产物的介质温度高低，主要由3 个原因引起的：1）环境温度的变化影响，如夏天和冬天的区别；2）反应产物本身温度变化影响，包括低负荷条件下产物压缩机防喘振阀门开度过大，将会造成介质温度偏高；3）芳烃溶剂循环冷却泵、冷却器换热效果及进出料高效换热量等的非正常操作，也将会造成介质温度偏高现象。

2.3 原料组成变化影响

混合脱氢装置加工负荷相同，C3及C4比例不同的条件下，混合脱氢装置进料组成中的C3、C4比例明显有所下降时，芳烃溶剂的消耗明显有所升高。这主要是反应器中的C4 环化脱氢更容易，形成副产物重组分芳烃数量更多；还有反应器中2种物质的单程转化率C4（设计单程转化率C3 为23%，C4 为45%）高于C3，洗涤时更容易携带芳烃溶剂油至下游流程，消耗量将会增多的缘故。

根据市场需求，混合脱氢装置的C3和C4比例在加工过程中，要做出适当的比例调整，以此保证装置的正常生产加工任务按期完成。其次，平衡区域C3、C4物料库存，保障上下游装置能够安全平稳长周期运行，产出一定数量的国VI 标准条件的各调和组分和一定的聚丙烯产品，保障产业链的长期稳定供给[3]。

2.4 其 他

混合脱氢装置芳烃溶剂的消耗量，还受如下几个方面的影响：1）反应器中脱氢反应伴随有诸多副反应的发生，如果反应温度过高，则副产物的生成较多，重组分形成数量也相对较多，消耗芳烃溶剂同样增加；2）混合脱氢装置在实际运行过程中，也会因公用工程、操作误差及设备故障等因素，造成装置平稳率降低，系统压力的较大波动，增加芳烃溶剂气化率的变化，同样可以造成消耗量的变化；3）芳烃溶剂单元精细化操作及其回收其数量和质量的变化，也同样会造成芳烃溶剂耗量的较大变化。

3 降低芳烃溶剂消耗措施

3.1 优选馏程较重的芳烃溶剂

联系芳烃供应商，要求芳烃溶剂50%以上组分的馏程尽可能偏高，馏程靠近油品中的柴油组分，以降低自身被携带量，从而降低芳烃溶剂耗量，进而延长产物干燥剂（DRCS）使用寿命，实现降本增效的目的。在装置相同加工负荷、原料中C3 和C4 组成相同及操作条件不变等条件下，2022年部分月份芳烃溶剂耗量统计见表2。

表2 芳烃溶剂消耗分析数据统计Tab 2 Statistical of aromatic solvent analysis data

由表2可知，芳烃溶剂馏程温度偏高一点，消耗数量相对较少。

3.2 保证反应产物温度低位运行

反应产物温度偏高，芳烃溶剂耗量增大；反之，芳烃溶剂耗量降低。因此，应尽量保持反应产物低温度运行。除了这2条措施，芳烃溶剂循环冷却泵的质量流量不能低于140 t/h，若低于此，介质在泵壳体内机械能将会转化为输送介质的内能，造成芳烃溶剂自身温度升高，从而造成芳烃溶剂耗量增加；此外，芳烃溶剂循环冷却器换热效果下降，也会造成芳烃温度偏高；装置操作期间进出料高效换热器的偏流及使用时间长短，也会导致反应产物温度出现峰值，造成芳烃溶剂耗量增加。

3.3 C3、C4比例不变时控制合适的反应温度

混合脱氢装置原料组分越重即C4 含量越高时，芳烃溶剂消耗量越多；根据丙烯和异丁烯市场需求，及时调整原料中C3、C4组分的比例。当原料中C3、C4比例一定时，控制合适的反应器温度，不仅能够保证脱氢的转化率，而且可以降低芳烃溶剂耗量。在以上条件下，尽量降低反应温度，减少副产物，这样可以延长芳烃溶剂的使用寿命，减少新鲜芳烃溶剂的补充量。

根据混合脱氢装置C3和C4脱氢的难易程度可知，原料中C4 较多时，反应温度可以适当降低；假如是C3 脱氢（即PDH 装置）则温度控制偏高，具体控制指标需要参照第1反应器的温降，指标为68～74 ℃，以此保证异丁烷单程体积转化率在45%以上，丙烷单程体积转化率在21%以上（除去空速的影响）。

3.4 技术改造芳烃溶剂再生单元

芳烃溶剂再生塔系统改造如图2所示。

图2 芳烃溶剂再生单元的优化改造Fig 2 Optimization of aromatic solvent regeneration unit

在汽提抽出的芳烃溶剂水冷却器后增设聚结器（图中虚杠内），将芳烃溶剂中的水分子聚结分离后，通过水包定期排水，从而提高芳烃溶剂纯度及回用比例，进一步降低芳烃溶剂消耗量。

3.5 其他措施

按照流程设计及其原理阐述，为进一步减少芳烃溶剂耗量，还可以从以下几个方面上精心操作，保证芳烃溶剂耗量最小化。

1）原料注硫期间，按照下限指标控制硫的质量浓度在75～80 mg/L，防止芳烃溶剂携带硫含量过高，造成再生芳烃溶剂的回收利用率不高；

2）降低反应器上部氢气还原催化剂时产生的一部分水；卸车时，保证完全密封性，防止湿空气进入芳烃溶剂油中，造成水含量严重超标后，外排芳烃溶剂耗量增加。

3）日常和应急装置操作中，必须保证运行平稳率，防止操作期间突然升降压，造成携带芳烃溶剂数量的突增；

4）严格控制原料储罐的介质温度（加热介质选取循环水，保证温度在不凝固的前提下最低），保证损失降低至最小；

5）严格把控芳烃溶剂的补充量，保证外排时的饱和吸收，控制芳烃溶剂水的质量浓度≥200 mg/L，芳烃的质量分数≤98%，进一步降低新鲜外购芳烃溶剂消耗量。

4 效果评价

1）直接经济效益。经过如上措施，芳烃溶剂节约量约1～2 t/d，按目前市场价格8 650 元/t，每年生产333天，则可节约费用288.05～576.09万元。

2）间接经济效益。芳烃溶剂不仅在装置正常生产时，需要消耗一定的数量，而且可以通过技术分析，综合研判对其回炼后，经济效益会最大化。通过槽车运输至1.4 Mt/a柴油加氢装置，进行脱硫、反应及分离等步骤，将其回收炼制为柴油、汽油和液化气组分，作为调和汽柴油和供给下游加工流程[3]。同时，芳烃溶剂数量的减少，可以降低产物干燥剂的再生频次，延长了其使用寿命，间接创造了一定的经济效益。

3）社会效益。芳烃溶剂消耗数量的减少，也就减少了挥发性有机物的排放量，对操作人员及其周围民众的身心健康，做出一定的贡献；同时，易燃易爆的芳烃溶剂外购数量的减少，一定程度上降低了安全风险。

5 结 论

综上所述，300 kt/a丙烷-异丁烷混合脱氢装置芳烃溶剂消耗数量的差异，主要原因及有效降低消耗的措施为：

1）外购选取的芳烃溶剂馏程越重，则消耗芳烃溶剂越少；

2）原料组成当中的C3、C4 比例越高，则消耗芳烃溶剂越少，主要是C3 单程转化率低于约1倍的C4脱氢，C4环化更容易，洗涤时消耗越多的缘故；

3）反应生成的产物温度越高，或者是设备运行及操作原因造成的温度偏高，物料携带轻组分会越多，造成芳烃溶剂的消耗数量较大；

4）溶剂再生系统回收的芳烃溶剂越多，再次利用的数量越大，净含量消耗则变少；

5）反应系统原料侧注硫的质量浓度选取75～80 mg/L 的优化控制指标（设计为75～85 mg/L）、催化剂还原效果含水量的多少和操作的平稳率，都将造成芳烃溶剂消耗数量的差异。

针对如上原因，根据季节温度、卸车空气湿度和优化各个步骤等环节，为下一步开展单套装置节能降耗，降低其芳烃溶剂消耗，进一步为企业创造利润空间，提供可行性方案。可为同行业装置提供一定的借鉴。