芳烃抽提装置的节能优化

【摘 要】苯、甲苯和二甲苯是生产各类化学品的重要原料，抽提精馏是广泛应用的芳烃生产工艺，但能耗较高，其节能优化至关重要。通过实施各项节能措施，芳烃联合装置能效不断提高，公司生产经济效益稳步提升。对于其他芳烃装置节能降耗有一定的借鉴意义。

【关键词】芳烃抽提装置;节能优化

引言

裂解汽油和重整油是生产芳烃的重要原料;芳烃抽提是主要生产工艺，按照分离原理不同主要分为液-液萃取和抽提精馏。液-液萃取是借助抽提溶剂对于各组分溶解度的差异分离组分;抽提精馏则利用烃类中的各组分相对挥发度不同提取高纯度芳烃。抽提精馏工艺的抽提溶剂选择性较高、原料普适性较强、溶剂损失更少。近年来，该工艺得到了更多化工企业的青睐。但由于该工艺需要多个塔才能完成分离，操作费和设备费均较高，因此，其节能优化至关重要。

1芳烃抽提装置

抽提系统的主要目的是从富含芳烃的C6～C8馏分中回收芳烃。混合芳烃（C6～C8组份）进入抽提塔，与来自回收塔底的贫溶剂逆流接触进行液-液抽提。抽提塔塔顶的大部分抽余液（非芳烃）直接送到抽提塔的进口，用于稀释进料中的芳烃以改善抽提效果;另一部分抽余液经冷却后送到抽余油水洗塔。塔底的富溶剂与来自回收塔底部的贫溶剂换热后送入汽提塔塔顶。汽提塔再沸器用蒸汽加热。含有非芳烃和部分芳烃的汽提塔塔顶蒸汽经冷凝冷却后进入汽提塔顶罐分离;轻质非芳烃和轻质芳烃经加压后送入抽提塔，水送至水汽提塔塔顶;塔底液送至溶剂回收塔以分离出芳烃和回收溶剂。回收塔塔顶蒸汽经冷凝后进入回收塔回流罐分离凝水和混合芳烃，底部再沸器用蒸汽加热;一部分混合芳烃回流到回收塔塔顶，另一部分作为合格料送至混合芳烃中间罐。回流罐中的水送去抽余液水洗塔作为洗涤水;塔底贫溶剂经水汽提塔再沸器冷却后，一部分去汽提塔作溶剂，另一部分经贫富溶剂换热器换热后作抽提塔的溶剂。精馏系统的主要目的是从混合芳烃中分离苯、甲苯和混合二甲苯。混合芳烃经苯塔进料/甲苯产品换热器、苯塔进料/混合二甲苯产品换热器及苯塔进料换热器预热后进入苯塔。苯塔全回流操作;塔底有两个再沸器，一个由甲苯塔塔顶物料提供全部热源，另一个的热量由中压蒸汽提供;塔中段采出苯;苯塔塔底产品送至甲苯塔。甲苯塔塔顶物料经苯塔再沸器冷却后，一部分作为塔顶回流返回甲苯塔，另一部分经苯塔进料/甲苯产品换热器和甲苯产品冷却器冷却后送往甲苯产品罐。塔底的混合二甲苯经与混合芳烃换热后进入储罐。

2换热网络能耗分析现行装

置中已考虑了冷热物流之间的集成和能量回收，例如苯塔的进料经与甲苯和混合二甲苯换热实现了两股产品流热量的回收，溶剂回收塔塔底的贫溶剂给水汽提塔再沸器提供能量。取最小传热温差为10℃，对现行装置的换热网络进行夹点分析可知，该换热网络夹点处热物流温度为138℃，冷物流溫度为128℃;所需最小加热公用工程30650kW，所需最小冷却公用工程28626kW。现行换热网络的节能潜力较小，理论节能量为1170kW，占加热公用工程的3.8%，占冷却公用工程的4.1%。由于其改造需调整和更换多台换热器、投资回收期较长，未对换热网络进行优化改造。

3苯塔和甲苯塔的集成优化

除换热网络外，以能量为分离剂的精馏塔是耗能大户，对其进行优化也有显著的节能效果;最简单的方案是优化回流比/回流量。在该装置中，抽提塔和水洗塔塔底再沸器均通过热物流加热，而苯塔和甲苯塔还需消耗大量蒸汽。因此，可考虑对这两个精馏塔进行优化。苯塔为全回流操作，苯从侧线采出。现行生产中回流量为71.5t/h，塔底总热负荷为9856kW，由中压蒸汽和甲苯塔塔顶热物流共同加热，中压蒸汽用量为2.34t/h，提供1360kW的热量。塔顶空冷器和水冷器热负荷为9920kW。维持其它操作条件不变的情况下，在模拟得到苯塔塔顶回流量、侧线产品苯的质量分数、甲苯塔甲苯产品的质量分数和苯塔塔底再沸器热负荷随塔顶循环量的变化。在其他操作条件不变的情况下，只有当苯塔回流量大于43.7t/h时，才能同时满足苯产品质量分数>99.9%、甲苯产品质量分数>99.8%的生产要求。考虑到操作弹性，回流量取为56.0t/h，对应的再沸器负荷为8190kW，可在原基础上减少热负荷1666kW。苯塔塔底再沸器可不用中压蒸汽进行供热，节约中压蒸汽2.34t/h。流经苯塔再沸器的甲苯塔塔顶热物流的流量可减小为67.74t/h。同时，循环量下，空冷器冷凝负荷为7150kW，在原基础上减小2120kW，按每冷却1000kW的热量耗电40kW计算，可减少耗电84.8kW，冷凝器E-211冷凝负荷为520kW，可在原基础上减少热负荷130kW，冷却水用量可节省23.0t/h。现行系统中，甲苯塔的回流比为3.44，塔顶总出料量为81.38t/h，回流量为63.08t/h，塔底热负荷为9370.64kW。在苯塔优化的基础上可进一步优化甲苯塔的回流量。设置回流量在34～82t/h（回流比1.9～4.5）变化时，利用AspenPlus对甲苯塔进行灵敏度分析，可得塔顶出料量、甲苯产品质量分数、甲苯塔塔底再沸器热负荷、塔顶物流供热量随之变化。在其他操作条件不变的情况下，只有当回流量大于36.3t/h（回流比>2）时，才能满足甲苯塔甲苯产品的质量分数>99.8%的生产要求。同时，当回流量大于50.08t/h（回流比>2.76），即该塔塔顶的总流量大于70.2t/h，其塔顶物流可用于为苯塔的再沸器提供所需的全部热负荷（8190kW）。考虑到操作弹性，选择甲苯塔的回流量为53.4t/h（回流比2.92），此塔顶流量为71.9t/h，苯塔塔底不需要额外的中压蒸汽供热，甲苯塔塔底热负荷为9092kW，节能278.64kW，减少高压蒸汽用量为0.6t/h。优化后，苯塔节约中压蒸汽2.34t/h，甲苯塔节约高压蒸汽0.6t/h，空冷能耗减小2120kW，减少耗电84.8kW（按每冷却1000kW的热量耗电40kW估算），节约冷却水22.75t/h。高压蒸汽、中压蒸汽、水、电的价格分别按150元/t、120元/t、2元/t、0.5元/（kW·h）计算，每年开工时间8000h，每年可节省费用366.96万元，无需进行管路改造和增加投资。

4在芳烃抽提装置中，有多台以能量为分离剂的精馏塔，多个需要加热和冷却的流股组成换热网络。换热网络集成可通过有效地分析物流间的换热、设计具有最佳热回收效果和最低设备投资费用的换热器网络。精馏塔节能主要集中在以下两个方面（1）采用精馏节能技术，如中间再沸器和冷凝器技术、侧线精馏技术、热泵技术、多效精馏、热耦合精馏技术等，从单个设备的角度降低能耗。（2）将精馏塔与换热网络集成以达到节能的目的，从系统整体的角度优化用能。

结束语

通过不断从装置用能现状开展技术分析并有序进行各项新型节能降耗手段的研究、实践，同时有效控制生产运行风险。芳烃联合装置节能降耗取得了一定成果，同时也促进了分公司经济效益的提升。

参考文献：

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作者简介：康劭玲，助理工程师、技师，本科。

（作者单位：重庆科技学院 机械工程学院）