轻汽油醚化装置换热网络分析

前言：本站为你精心整理了轻汽油醚化装置换热网络分析范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

[摘要]采用夹点技术对轻汽油醚化装置工艺设计流程主要物料的换热网络进行了用能分析，发现装置存在跨越夹点换热及夹点之下使用热公用工程换热的情况。在装置原有换热网络流程的基础上，根据夹点技术设计原则对装置换热网络进行了优化，消除了跨越夹点换热及夹点之下使用热公用工程换热的不合理之处。优化后可降低装置对热公用工程需求量8091kW，其中3.5MPa蒸汽消耗量节省5.146t/h，1.0MPa蒸汽消耗量节省6.228t/h，装置能耗费用每年节省1750.6万元。

[关键词]轻汽油醚化；夹点技术；夹点；换热网络；节能优化

惠州石化新建40万吨/年轻汽油醚化装置是以催化裂化汽油为原料，利用二烯烃选择性加氢技术和轻汽油醚化技术生产脱除二烯烃的重汽油以及辛烷值(RON)高而烯烃含量低的醚化汽油，以实现国Ⅵ车用汽油的质量升级。装置包含原料预加氢及分馏单元、轻汽油水洗及醚化反应单元、甲醇回收单元及公用工程单元四个部分，根据惠州石化轻汽油醚化装置工艺包工艺流程设计方案，装置换热网络布置存在能量使用效率低下，换热网络单一且未考虑能量的梯级利用，大量热量未得到合理利用而造成能量过度浪费的现象。因此，如何优化装置换热网络结构，降低装置的能耗成为了惠州石化轻汽油醚化装置建设的重要任务。夹点技术是目前被广泛应用的一种过程系统节能方法[1]，其将热力学原理和系统工程相结合，目的是实现过程系统能量回收与利用的优化配置，提高装置能量的利用率。夹点技术不仅可以用来找出换热网络中存在的不合理用能设备，还可以对换热网络的优化[2-4]改造提供指导，使系统能量利用更为合理，最大限度地节省装置公用工程消耗。本文即是利用夹点技术对装置工艺包设计换热流程进行用能分析，通过绘制总组合曲线图找出装置不合理换热流程，并根据夹点技术设计原则对装置不合理换热网络进行优化调整。

1换热网络现状

惠州石化轻汽油醚化装置原料预加氢单元设计年处理量为134.4万吨/年，轻汽油醚化单元设计年处理量为40万吨/年，装置主要物料换热网络流程图如下图1所示。图1可以反应装置主要冷、热工艺物流走向及装置换热器的具体分布，依据“夹点技术”关于换热网络物流数据提取的原则，把整个装置的工艺流程作为一个整体考虑，并把工艺过程中参与能量转换的主要流股提取出来。提取物流过程中只要物流的组成和流量没有发生变化，而只是温度、压力改变就当作一条流股看待。本文根据醚化工艺包工艺流程设计，提取出5条冷物流与4条热物流并计算物料加热或冷却热负荷，各物料数据如表1所示。选取20℃作为换热网络优化的最小传热温差。根据上表1提取的物流数据，在温焓图上对冷、热物流进行组合，做出装置冷、热物流曲线和复合曲线，如图2所示。由上述复合曲线可知夹点处热物流温度121℃，冷物流温度101℃。在ΔTmin为20℃情况下，装置理论所需最小热公用工程5582kW，现有换热网络实际热公用工程用量约为18149kW，装置理论热公用工程节能潜力为12567kW。

2换热网络问题分析

对换热网络优化的目的在于最大限度地利用冷热物流进行相互换热，充分进行热回收，尽量减少加热公用工程和冷却公用工程用量。根据装置各物料换热数据，绘制出装置换热网络格栅图，如图3所示。根据夹点技术设计三原则，尽量消除装置所有的不合理换热，以得到最大热回收方案。即(1)在夹点之上不设热公用工程；(2)夹点之下不设冷公用工程；(3)不应有跨越夹点的传热。由图3换热网络的栅格图可知，轻汽油醚化装置原有工艺包流程换热网络存在以下问题：①催化汽油/重汽油换热器E101换热过程跨越夹点；②分馏塔顶物料温度温位处于夹点温位且该部分涉及较大潜热，没有经热量回收直接冷却造成能量的巨大浪费；③醚化蒸馏塔/产品换热器E203换热过程跨越夹点；④E201、E215原料加热过程中使用了热公用工程，即夹点之下使用了热公用工程。其中E203因流量较低且温位高于夹点温度较少，故若考虑回收此部分热量将增加设备投资，实际应用价值较低，故不考虑再增加换热器回收该部分热量。由以上问题分析可知，本装置主要以改变催化汽油原料换热流程、回收C101塔顶热量及调整E201、E215热量供应方式为出发点，重新布局装置换热网络，以最大回收装置热量。

3换热网络优化调整方案

首先根据装置工艺包换热网络设计工艺流程，列出装置主要换热器换热后管壳程出入口温度变化，如表2所示。由上表可知，装置物料热品位较高部位为加氢反应器入口、重汽油产品、加氢反应器出口三个部位，其中预加氢反应器入口物料为冷物料，考虑装置热物料最高温度与预加氢反应器入口温差小于20℃，故E103维持蒸汽加热不变。同时考虑E204热负荷较大且为塔底再沸器，故E204热源维持蒸汽加热方式不变。装置未利用热源为分馏塔塔顶物料，考虑对此部分热量进行回收及热量的梯级利用，首先对选择性加氢原料换热流程进行优化。优化方案如下：C101塔顶物料温位较低，先与预加氢进料换热器E101进行换热以回收C101塔顶物料热量；C101底重汽油由于温位较高，热量较大，首先增加一台甲醇回收塔底换热器与甲醇回收塔塔底循环物料进行换热(甲醇回收塔塔底热量不足部分采用蒸汽加热)，加热甲醇回收塔底物料后的C101塔底重汽油再与预加氢进料进行换热；同时取消E104换热器，反应产物直接进C101进行分离。此外，考虑醚化反应温度较低且醚化部分处理量较低，第一醚化反应器及第三醚化反应器进料所需能量较低，直接利用装置部分副产的1.0MPa蒸汽凝结水中的余热即可满足热量要求。因此采取醚化蒸馏塔底再沸器E204产生的凝结水作为第一醚化反应器进料加热器E201的热源，甲醇回收塔底再沸器E209产生的凝结水作为第一醚化反应器进料加热器E215的热源。优化后的流程简图如图4所示。

4装置换热网络优化效果评价

本文通过对装置物料之间换热流程夹点技术分析，找出了原有工艺包换热网络中存在的不合理用能设备并对不合理的换热网络进行了重新布局，以降低装置不必要的蒸汽加热消耗量，同时降低装置空冷的冷却负荷，实现装置能量利用效率的最大化。根据项目优化前后设计院数据模拟结果，分馏塔C101塔顶气体经与预加氢进料换热器E101换热后，进入塔顶空冷器A101的温度可由原来的120.34℃降至98.3℃，A101冷却负荷可由12194kW下降至8874kW，空冷冷却热负荷减少3320kW。另外根据原工艺包工艺流程设计，分馏塔顶空冷器A101设置了8台30kW的风机，装置满负荷生产情况下，A101每小时耗电约为240kW，流程优化后由于A101冷却负荷降低，A101每小时耗电量可降至175kW，每小时可节省电耗65kW。流程优化后装置各相关公用工程消耗量变化如表3所示。由上表可知，通过对装置物料换热网络流程优化，装置3.5MPa蒸汽消耗量每小时可节省5.146t，1.0MPa蒸汽消耗量每小时可节省6.228t，0.45MPa蒸汽消耗量每小时可节省1.77t，高压除氧水每小时可节省0.952t。同时由上表可知：与优化前流程相比，通过方案调整可回收装置总热量为8091kW。根据以上数据及惠州石化公用工程平均结算价格，通过对轻汽油醚化装置工艺包流程换热网络优化可产生的经济效益如下表4所示。由上表可知，通过采取上述优化方案，装置能耗费用每年可节省1750.6万元，经济效益极其显著。

5结论

本文通过对轻汽油醚化装置工艺包工艺换热流程进行诊断和分析，发现装置原有换热网络存在跨越夹点换热以及夹点之下使用热公用工程换热的情况，取夹点温差ΔTmin为20℃，可以得出装置节能潜力为12567kw，节能潜力巨大。在夹点分析的基础上，本文充分结合装置换热网络已有结构，对装置换热网络进行了优化改造，解决了装置内跨越夹点换热及夹点温度之下使用热公用工程的问题，实现了装置内能量的合理匹配及梯级利用，改造后装置可回收装置总热量8091kW。另外，换热网络结构优化后装置3.5MPa蒸汽消耗量每小时可节省5.146t，1.0MPa蒸汽消耗量每小时可节省6.228t，0.45MPa蒸汽消耗量每小时可节省1.77t，空冷风机运转功率可降低65kW，装置能耗费用每年可节省1750.6万元，有效地降低了装置能耗并提高了装置的经济效益。

作者:伍志勇 单位:中海油惠州石化有限公司