苯加氢预蒸馏塔和苯塔联合节能

第1页共6页苯加氢预蒸馏塔和苯塔联合节能摘要：在精馏操作过程中，如何进行节能，使操作费用达到最低，一直是工程技术人员探讨和研究的问题。本文通过理论分析结合实际情况，降低了回流量，节约了蒸汽耗量，取得了良好的经济效益。关键词：KK加氢降回流节能1引言精馏过程是化工企业生产中应用最广的分离过程，同时也是耗能较大的一种化工单元操作。在加入到精馏过程的能量中，绝大部分能量并非用于组分的分离，而是被冷却水或分离产品所带走。因此，精馏过程节能潜力很大。根据有关资料统计，精馏分离能耗约占单位产品能耗的50％～90％，而单位产品的能耗与产品质量要求、物系分离提纯的难易、工艺技术路线、设计参数的选择确定密切相关。因此降低精馏分离的能耗，对于节约能源，减少产品成本至关重要。2苯加氢工艺概述2.1工艺概述[1]三期苯加氢工艺是以煤精生产的粗苯（RCN）和脱酚轻油（BLO）为原料，分别经过加氢精制、预蒸馏、萃取蒸馏、二甲苯蒸馏四个单元，生产纯苯（PB）、硝化甲苯（NT）、二甲苯（XS）和副产品重苯（HCN）、非芳（NA）、C9馏份。经加氢处理后的产品三苯馏份（BTXS）送往预蒸馏单元，在这里BTXS被分成含有苯和甲苯的BT馏份和含有二甲苯的XS馏份，BT馏份送入萃取蒸馏单元，而XS馏份送入二甲苯蒸馏单元。在萃取蒸馏单元，利用甲酰吗啉NFM对BT馏份中各组分蒸汽压（沸点）的改变，使非芳从BT馏份中分离，分离出非芳的BT和NFM（富液）随即就送入解析塔（3C-6302），闪蒸解析出的BT馏份最后送入B/T分离塔（3C-6303），分离出纯苯和甲苯。预蒸馏塔（3C-6201）是在压力为450kPa下进行的,这样塔顶过热蒸汽的温度可以达到约146℃,由于B/T分离塔底硝化甲苯的温度为114℃，所以146℃的BT馏份蒸汽足以满足对萃取蒸馏单元的B/T分离塔的再沸器加热的需要。为了得到热量利用的最大化，B/T分离塔的再沸器加热介质采用预蒸馏塔顶过热的B/T馏份。第2页共6页利用预蒸馏塔顶的BT蒸汽来加热B/T分离塔再沸器的工艺流程如图1所示。蒸汽纯苯硝化甲苯馏份回流回流进料进料图1预蒸馏塔顶蒸汽加热B/T分离塔再沸器的工艺流程图2.2节能降耗的研究方向[2][3][4]：有资料表明，对于一套精馏装置，设备费用折成年费用占总费用的3％以下;而操作费用占总费用的97％以上，其中热量费用又占操作费用69％以上。因此，对于已建成的精馏装置，降低操作费用，应以降低热量费用作为首选。在精馏操作中，最小回流比是精馏塔回流比的最低下限，如果实际回流比低于此值，不管用多少块塔板，也不能将混合物分离到所希望的产品纯度。增加回流比可以提高产品质量，但是增加回流比的措施是增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝量，这意味着能耗的增加。增加回流比起初可显著降低所需塔板数，设备费用的明显下降能补偿能耗（操作费用）的增加，但再增大回流比，所需理论板数下降缓慢，此时塔板费用的减少不足以补偿能耗的增加。因此本文在考虑对稳定预蒸馏塔和B/T分离塔的节能降耗方面将主要的方向定位于对回流比的研究。通过降低回流比，使得塔底再沸器的负荷减小，相应蒸汽的用量也减小，从而达到节能降耗的目的。3问题分析3.1对预蒸馏塔3C-6201的分析3.1.1回流比对预蒸馏塔分离能力的影响第3页共6页预蒸馏塔（3C-6201）塔顶的蒸汽主要用于苯塔（3C-6303）再沸器供热，这是3C-6201处于加压和较大回流比操作的主要原因，化工技术中心通过运用AspenPlus模拟软件对3C-6201进行分析可知：该塔的最小回流比在0.8左右，而改造前的回流比R=1.55远超过其分离要求值，所以从分离能力来看该塔回流比可以进一步降低，而并不影响其分离效果。3.1.2回流比对预蒸馏塔能耗的影响回流比偏大对分离有积极的一面，但是当回流比增加到一定程度后，过高的回流比对分离的影响并不显著，而用能则会成直线上升，最终导致能耗急剧增加下面考察回流比对预蒸馏塔再沸器负荷的影响，化工技术中心通过采集2005年9月份的数据，计算了不同回流比下预蒸馏塔再沸器的理论负荷，如下图。16621730.41798.41900.31600170018001900200011.21.41.61.8回流比R再沸器负荷KW图2回流比对3C-6201再沸器负荷的影响上图揭示出该塔回流比和再沸器负荷呈线性变化关系。即负荷随回流比的增大而增大。由此可见回流比降低后可以明显降低该塔能耗。3.2对B/T分离塔3C-6303的分析3.2.1回流比对B/T分离塔分离能力的影响进一步对3C-6303进行考察得知，该塔改造前回流比为R=1.69，而其设计值为R=1.22。针对这一变化化工技术中心再对其进行了研究与分析，计算结果表明该塔最小回流比在1.0左右，但是考虑到生产纯苯的要求，所以回流比需要适当增加，回流比在R≥1.3即可以满足分离需要，改造前生产中采用的R=1.69明显偏大，这说明回流比可以考虑进一步降低。3.2.2回流比对B/T分离塔能耗的影响第4页共6页下面考察回流比对B/T分离塔再沸器负荷的影响，化工技术中心通过采集2005年9月份的数据，计算了不同回流比下B/T分离塔再沸器的理论负荷，如下图。1288.51331.91440.41543.41200130014001500160011.21.41.61.8回流比R再沸器负荷KW图3回流比对3C-6303再沸器负荷的影响4方案实施4.1方案实施思路改造前的生产条件下，化工技术中心对预蒸馏塔(3C-6201)和B/T分离塔(3C-6303)的用能进行了计算，见表1。表1：3C-6201和3C-6303用能分析3C-62013C-6303回流比R1.55(改造前)1.41.31.21.69(改造前)1.51.31.22(设计值)塔顶供能KW-1703-1604-1564-1480∕/∕/∕/∕/塔底用能KW1900.31798.41730.416621543.41440.41331.91288.5注：此此计算数据来源于2005年9月。由表1我们可以发现：预蒸馏塔塔顶塔顶BT蒸汽改造前可以提供的能量为1703KW,而B/T分离塔塔底所需负荷为1543.4KW。由此可以看出3C-6201提供的热量有一定的富余。由于预蒸馏塔塔顶的BT蒸汽主要作为B/T分离塔再沸器供热，所以一味降低预蒸馏塔的回流比可能导致预蒸馏塔供能和BT分离塔需求能量的波动，而且两塔进料量的波动，也会导致预蒸馏塔供能和B/T分离塔需求能量的波动，这就要求供热量要有一定的富裕度，仅仅直接降低预蒸馏塔的回流比效果不明显，所以将两个塔联合起来协同考虑有助于进一步的降低能耗。第5页共6页4.2实施方案4.2.1降低3C-6201回流量降低预蒸馏塔（3C-6201）塔顶回流液量，从10150kg/h降到8600kg/h，保持塔顶压力不变，塔顶采出量不变，塔顶向B/T分离塔再沸器（3E-6313）分流量不变，考察供热量是否满足，产品质量是否达标。4.2.2降低3C-6303回流量进一步降低预蒸馏塔（3C-6201）回流量，从8600kg/h降到7000kg/h，同时B/T分离塔(3C-6303)回流量从7400kg/h降到6000kg/h。保持塔顶和塔底采出量不变，塔压等其他条件也均不做改动，考察供热量是否满足，产品质量是否达标。4.3方案实施效果针对预蒸馏塔和B/T分离塔回流量的降低，技术人员对相关工艺参数进行了跟踪，见表2。表2工艺参数跟踪表项目3C-62013C-6303进料量回流量蒸汽量塔底压强塔顶温度灵敏板温度塔釜温度回流量再沸器循环量灵敏板温度仪表位号F0106F0203F0204P0208T0207T0211T0213F0703F0704T0708单位kg/hkg/hkg/hKPa℃℃℃kg/hkg/h℃改造前6086101504070377.5143.8205209.57400135001032-06626097003950378143204.5209.67400136001022-09630094003850377142204209.57400135001012-136300920038103781432042107400135501032-166350890037503771432042097400135601012-17630086003660377143204.5209.57400135001022-21630080003400376143203208.57000135001012-23585075003260374144204208.66500126001012-27585072503220373144204208.36250122001022-28590070003150372144204208.2600012000101对预蒸馏塔回流量进行降低后，有可能造成塔底二甲苯馏份中甲苯含量超标，因此为了做好预防措施，在调整期间化验室增加了二甲苯馏份的分析频次，跟踪了相关数据，见表3。表3二甲苯馏份中甲苯含量第6页共6页回流量kg/h10150970094009200890086008000750072507000灵敏板温度℃205204.5204204204204.5203204204204甲苯含量％0.020.020.030.040.020.020.030.020.040.03从以上跟踪的数据不难看出，降低预蒸馏塔和B/T分离塔回流量后，两塔的工艺参数并没有发生大的变化，预蒸馏塔底的二甲苯馏份中甲苯含量也没有发生大的波动，且远小于1.5%的中控标准。随着预蒸馏塔回流量的降低，塔底再沸器S40的用量有明显的降低，从原来的4070kg/h下降到了3150Kkg/h，节省了大约920kg/h。5结论通过理论分析以及对预蒸馏塔和B/T分离塔降回流的调试，我们得到以下结论：1）增加回流比对改善分离效果和提高产品质量有积极的作用，但是回流比的增加是以能耗为代价的。因此，在保证分离效率的前提下，适当降低回流比可以降低再沸器负荷，降低精馏过程中的能量输入。2）通过对预蒸馏塔和B/T分离塔的分析，发现两塔的最小回流比分别为0.8和1.0左右，改造前的1.55和1.69明显偏大，在保证分离效果的前提下，回流比有下调的空间。3）在保证进料量、采出量、塔压和相关温度不变的情况下，降低了回流量（预蒸馏塔从10150kg/h降到7000kg/h，B/T分离塔从7400kg/h降到6000kg/h），预蒸馏塔底再沸器的蒸汽耗量明显降低（从4070kg/h降到31500kg/h）。现场的数据表明了，预蒸馏塔和B/T分离塔联合降回流后，运转一切正常，产品合格，且有效地降低装置能耗，取得了良好的经济效益。参考文献[1]KK加氢技术规程．化工内部资料．1998年6月[2]欧阳福承，郑英峨．化工节能技术[M]，1993，94～98．[3]袁一．化学工程师手册，机械工业出版社，1999.1325．[4]姚玉英．化工原理，天津：天津科学技术出版社，1992．