加氢装置加氢碳四冷后温度偏高原因分析与对策

王婧(中石油兰州寰球工程公司 甘肃 兰州 730060)

一、概述

在某炼油厂轻碳四选择性加氢装置中，加氢碳四从脱二甲醚塔釜底出来，进入加氢尾气冷却器冷却到40℃，然后进入下游的烷基化装置继续换热，被冷却到13℃，最后混入冷剂后温度降为7℃左右，进入烷基化反应器参加烷基化反应。

目前，加氢碳四冷却后温度较高，即使把温控调节阀和副线阀门开到最大，让循环冷却水最大量通过，加氢碳四的温度也仅冷却到60～65℃，达不到40℃的工艺指标要求。加氢碳四的冷后温度过高，导致进入烷基化反应器的混合碳四的温度高于7℃，超过了烷基化反应的最佳温度范围，使烷基化副反应增多，硫酸消耗增加，降低了装置的加工能力。同时，生成的烷基化油的辛烷值降低，质量下降。

一、原因分析

1.设备因素

在装置大检修期间，对该加氢尾气冷却器的换热管束进行了检修清洗，清洗后加氢碳四冷却后温度仍未降下来，说明加氢碳四冷却后温度较高的原因不是冷却水结垢严重造成的。原加氢尾气冷却器结构是4管程，换热管为φ 19×2的光管，循环冷却水走管程，管程多会使冷却水的压降较大，水量供应就不太充足，影响了冷却效果。

2.工艺条件方面

根据车间技术人员提供的介质组成和操作条件，利用P R O/Ⅱ工艺软件对加氢碳四的冷却过程进行模拟计算，加氢碳四从85℃降到40℃，冷却器的热负荷为201.72×104KCa l/h，比原设计热负荷高。究其原因，原设计利用技术专利商提供的工艺包中的操作参数和原料组成，加氢碳四在1.25 Mpa G、85℃时处于饱和液体状态，从85℃冷却到40℃，放出的热量是液体的显热，所以热负荷不太大。本次模拟计算发现，在原操作条件下，由于原料组成发生变化，轻组分含量增加，气相量增加，使加氢碳四从85℃冷却到40℃，放出的热量主要是汽化潜热，所以热负荷变大。过高的热负荷使原加氢尾气冷却器的换热面积显得偏小，不能满足工艺冷却要求。

根据计算结果分析和原料组成的对比，造成这种现状的主要原因是原料组成的变化。加氢碳四经过脱二甲醚塔釜底的液位调节阀后，阀后部分加氢碳四气相量增加，而物料的潜热远大于显热，就使得热负荷比原设计大。

图1 加氢碳四冷却部分工艺流程图

二、应对措施

从模拟计算结果来看，目前工况下冷却器的热负荷为201.72×104KCa l/h，需要循环冷却水202 t/h，原冷却器已不能满足工艺要求，需重新选型更换。本次更换加氢尾气冷却器，仍采用浮头式换热器，单壳程，2管程，换热管为φ 25×2.5的光管，循环冷却水走管程。更换后的加氢尾气冷却器技术规格参数见表1。更换的加氢尾气冷却器设计消耗循环冷却水202 t/h，加氢装置消耗循环冷却水总量为377 t/h。加氢装置循环冷却水总管为D N 250，最大输送水量可达550 t/h，能满足总水量377 t/h的供应要求，不用更换。考虑到加氢尾气冷却器循环冷却水用量达到202 t/h，原有供水和回水支管的管径需增大为D N 200。

表1 更换后加氢尾气冷却器技术规格表

三、总结及建议

1.降低加氢碳四的冷后温度，可以使烷基化装置的处理量提高2 t/h。按照74%的产品收率计算，可以增加烷基化油1.48t/h，全年可增加烷基化油11840 t/h。按照某公司提供的烷基化油的价格为9600元/吨计算，装置年增效益11366.4万元。按照某公司提供的原料单价为7000元/吨计算，装置年增成本11200万元。扣除原料成本，烷基化装置年增毛利为166.4万元，更换加氢尾气冷却器需要的总投资为73.82万元，投资回收期不到半年，经济效益较好。

2.为了确保轻碳四选择性加氢装置加氢碳四冷后温度降到40℃，建议更换较大换热面积的加氢尾气冷却器，这对于烷基化装置意义很大。首先，可提高烷基化装置的处理量；其次，可降低烷基化装置浓硫酸的消耗，减少废酸排放；最后，有利于减少烷基化反应的副反应，提高烷基化汽油的产品质量。

[1]刘巍,邓方义.冷换设备工艺计算手册（第二版）[M].北京：中国石化出版社，2008.

[2]中华人民共和国行业标准《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》JB/T 4714-92.