苯乙烯生产装置精馏区节能流程开发

第38卷第10期 2010年10月 化学工程 CHEMICALENGINEERING(CHINA) V01．38No．10 Oct．2010 苯乙烯生产装置精馏区节能开发 洪纯芬 (中国石化集团上海工程有限公司，上海200l加) 摘要：分析苯乙烯生产中的能耗分布，反应区能耗约占66．7％，精馏区约占33．3％。经过对国内外技术认真分 析、评估和模拟计算，结合国内苯乙烯成套技术特点，开发了当今苯乙烯分离流程中最先进的热集成和恒沸热回 收2种技术。通过综合比较并考虑设备投资和各种经济因素，热集成技术更适合于低水比催化剂和低公用工程 价格体系。 关键词：苯乙烯；精馏节能技术；热集成；恒沸热回收 中图分类号：TQ241．2l 文献标识码：B 文章编号：1005驷54(2010)10枷47硝 DeVelopmentofe耻r留·sa订ngnowfordistiUationsectioniIls够remplant HoNGChun．fen (SINOPECShangIlaiEn舀neeriIlgComp龃y“mited，shangIlai200120，China) Abstract：Thedistributionofenergyconsumptioninst)rreneproductionw嬲锄alyzed．Theenergyconsumptionis 印p眦imately66．7％inr；eactionarea，锄d印pmximately33．3％indistiUationarea．-11lrouglltlle∞rious aIlalysis，eValuati衄卸dsimulatingcalculationoftllest)，I．enetechnologyathome锄dabroad，跚dcombiningtlle domesticstyrenepackagetechnolog)r，tllemostadvallcedtechnolo百seoftIlermo·inte列ion锄dazeo响picheat recoVeryweredeVelopedforstyrenesepa髓tionprocessnow．Bycomp撕ngandconsideringtlleequipr鹏m inVestInentaIldv商ouseconomicfactors，thethenIlo—integrationtechnologyismoresuitableforlowwater枷o catalystandlowutilit)rpdcesystem． Keywords：styrene；distiUationenerg)，一saVingtechnolog)r；tlle珊。一inte铲ation；北eotropicheatrecover)r 苯乙烯是重要的有机化工原料，其单体(SM)是 不饱和芳烃单体系列中结构最简单的品种，它是合 成橡胶和塑料工业的重要原料。19世纪30年代， BASF和DOW公司就开始生产苯乙烯。目前世界 各国苯乙烯生产发展迅速，随着我国国民经济的快 速发展，对苯乙烯及其衍生物需求量也在不断扩大， 预计2010年和2015年我国苯乙烯需求量将分别达 到600万t和800万t，产量与需求之间的缺口分别 约为165万t和125万t。 苯乙烯生产过程耗用大量过热水蒸汽作为脱氢 介质，随着装置的大型化，能耗问题日益突出，它一 直困扰着苯乙烯工业的健康发展。开发低水比催化 剂，降低操作水比已成为苯乙烯企业，特别是大型苯 乙烯企业急待解决的课题。 精馏区占苯乙烯生产总能耗33．3％，进行节能 流程开发对大型生产装置尤为重要，我国目前采用 国产化技术的综合能耗与国外最新节能技术相比尚 有较大差距。根据我国国情，开发一种低能耗的苯 乙烯生产工艺已迫在眉睫。 l苯乙烯生产装置 目前世界上苯乙烯装置正向大型化、特大型 化、低能耗、低成本的方向发展。图1为苯乙烯 生产装置典型流程简图，当进反应器的水与烃质 量比(简称“水比”)为1．15时，总能耗(主要为 蒸汽、燃料气、循环冷却水、电。其他公用工程消 耗相对很小，暂不计人)约为12453．9MJ／t(以 苯乙烯计)，其中反应区约为8311．3MJ／t(以 苯乙烯计)，占66．7％，精馏区约占33．3％。 反应区能耗中主要的部分是稀释水蒸气消耗， 占反应区能耗59．6％。图2为不同水比下装置 能耗图。 作者简介：洪纯芬(19加一)，女，高级工程师，从事苯乙烯装置的研究、开发和工程设计工作，电话：13916877850，E．眦il：h伽gchu也n@ 戳啪．C0m．Cno 万方数据 ·48· 化学工程2010年第38卷第10期 ， l_ ● 至 ￥ 犍 罐 蒸 压缩机I‘ 圣查书厂——1≤≤萝刈冷凝冷却 水／蒸汽 I厂、 I热回收 ，_ Ooo OOO OOO 000 OOO 000 Ooo O 热炉 反应 油水分离 反应 脱氢尾气 工艺凝液 脱 氢 液 区I J 精馏区厂L、苯、甲，苯 圈1 苯乙烯装置典型流程简图 Fig．1聊icalschem砒icdi89舢ofgtymnepl蚰t 040O．55 O70 O85 l OO l 15 l 30 水比 围2不同水比下装置能耗 飚．2 Phntenergyco璐哪pIi∞atdmrentw砒er／CH豫lio 2国外脱氢液精馏分离节能流程 2．1 A公司技术 A公司在一次脱轻组分流程中采用恒沸回收热 量技术，如图3所示。粗苯乙烯塔顶气相不用水冷 却冷凝，而是用它汽化液态乙苯／水，因而每t苯乙 烯可节约2090kJ的低压蒸汽。 圈3 A公司乙苯，／苯乙烯分离塔恒沸热回收技术 fk．3C伽p蛐yAEB／SM蚓par“∞coluⅡmwitIl哪t衄t 吣lingh∞tr∞overytechnology 2．2 B公司技术 图4为B公司的顺序流程中乙苯回收塔采用 焦油 二效蒸馏(热集成)，将乙苯回收塔分成高压乙苯回 收塔和低压乙苯回收塔，将高压乙苯回收塔的气相 作为低压乙苯回收塔再沸器的热源。仅高压乙苯回 收塔的再沸器以低压蒸汽为热源，这样可节约低压 蒸汽约40％。 围4 B公司乙苯回收塔热集成的顺序分离流程 Fig．4Comp卸yBEBR∞vefycoJumnwithheatinte伊ati仰 iIIBequence∞pmtionnawsheet 3 ST开发的精馏分离节能流程 ST(SINOTECH)系中石化专有技术。经过对 国外技术进行认真分析、消化和评估，认为热集成和 恒沸热回收技术是当今苯乙烯分离流程中最先进的 2种技术，代表着苯乙烯分离技术发展的方向。所 以遵循这2个方向，并结合苯乙烯分离技术特点和 考虑各种经济因素，完成了新的节能流程的工程技 术开发。 3．1一次脱轻组分粗苯乙烯塔变压热集成流程 图5为脱氢液在粗苯乙烯塔中，一次脱轻组分 的变压热集成流程，即根据脱氢液中各组分的沸点 差异，先在低压粗苯乙烯塔中，把苯乙烯同乙苯之间 分割。塔顶馏出乙苯及更低沸点的苯／甲苯组分；塔 底则获得苯乙烯及更高沸点的组分。然后，通过乙 万方数据 洪纯芬苯乙烯生产装置精馏区节能流程开发 ·49· 苯回收塔使乙苯和甲苯／苯得到分离。低压粗苯乙 烯塔的釜液则通过精苯乙烯塔分离提纯，塔顶获得 高纯度精苯乙烯，塔釜为含有苯乙烯的重质馏分液， 精苯乙烯塔塔釜液再通过闪蒸罐等设备，最大限度 回收其中的苯乙烯。 图5粗苯乙烯塔热集成的一次脱轻流程 Fig．5EB／SMsepmti∞oolu咖删帕eatintegraⅡon 蛐dliglltsremoval砒∞ce 粗苯乙烯塔是精馏流程中最为关键的塔，它包 括低压粗塔和高压粗塔2座塔。2塔均采用真空低 温精馏工艺，高压粗塔顶压为39kPa(A)，而低压粗 塔顶压控制在8kPa(A)，以降低塔釜温度，较大程 度地减少苯乙烯的聚合损失，降低原料乙苯的单耗。 同时，可以增加乙苯和苯乙烯之间的相对挥发度。 本项目低压粗苯乙烯塔顶馏出液中，苯乙烯质量分 数控制在1．0％以下，有利于减少脱氢反应进料中 苯乙烯质量分数，提高乙苯脱氢反应的转化率和选 择性，同时可减少循环乙苯在分离、蒸发和过热等过 程中的苯乙烯聚合损失。 3．2苯乙烯顺序分离恒沸热回收流程 顺序分离恒沸热回收流程如图6所示，脱氢液 在苯／甲苯塔中脱除苯、甲苯，塔釜液进入乙苯塔 进行乙苯／苯乙烯分离。乙苯塔塔顶蒸汽进入液 液再沸器，作为热源汽化来自蒸发进料泵的物料， 没有冷凝的乙苯塔塔顶蒸汽在后冷器中进一步冷 凝，凝液一部分直接作为脱氢反应进料，其余回流 至乙苯塔塔顶。乙苯塔塔釜液送入苯乙烯精制塔 进行进一步提纯处理。来自蒸发进料泵的物流经 液液再沸器后为汽液二相流，在脱氢进料罐中进 行汽液分离，汽相去脱氢反应，液相与脱氢反应的 新鲜进料乙苯和水混合，再由蒸发进料泵送至液 液再沸器，其中部分物料进入蒸汽加热再沸器进 行加热，作为补充和备用。 圈6苯乙烯顺序分离的恒沸热回收流程 Fig．6Sty陀ne钾pa劬nin的qu朗cenowsheet稍tIIconst锄tboilingheatIecoverytechnolo影 3．3 2种节能流程的主要技术指标比较 3．3．1主要工艺参数 主要工艺参数见表1。 器 万方数据 ·50· 化学工程2010年第38卷第lO期 3．3．22种流程节能效果比较 2种节能流程节能效果比较见表2。节能效益比较见表3。 表2节能效果比较‘ 1铀le2 E‰ctcomp撕∞nofene日gysaving ·以传统流程为基准，“+”为增加；“一”为节约。 表3节能效益比较’ ’rable3 Economicben面tco唧撕sonofenerg)rsaving ·以传统流程为基准，“+”为增加。“一”为减少。2个流程中都有最高达120℃左右的塔底温度，恒沸流程中全部粗苯乙烯都经过120℃左 右的高温，聚合损失5kg／t(调研数据)，而热集成流程只有48．9％的粗苯乙烯是经过此高温，因此聚合损失取2．445kg／t。 3．4精馏区节能流程的技术关键 (1)恒沸热回收的关键设备是恒沸换热器。乙 苯和水极易分层，因此必须使乙苯和水按比例分配 进入恒沸换热器管程，在换热管内均匀混合，否则将 会影响蒸发效果。其操作较常规流程复杂，控制也 较难。 万方数据 洪纯芬苯乙烯生产装置精馏区节能流程开发 ·51· 热集成技术的关键设备为降膜再沸器。降膜再 沸器国内虽然研究和使用很少，但国外已有较长的 使用历史，研究资料也较丰富，特别是当前最新版的 HTFS及HTRI换热器计算软件中，都支持降膜再沸 器的计算。管侧液体的分布，会关系到成膜的质量， 是降膜蒸发器工程设计必须面对的问题。特别在处 理量很大时，此问题尤为突出。 (2)精馏塔应该采用低压降的塔内件及塔填 料，才能充分获得节能效果。尤其是对于二效蒸馏 热集成流程，更是如此¨引。 (3)苯乙烯是热敏性物料，高温下易自聚。温 度每增加10℃，其自聚速率将增加1倍。通常在生 产中都要加入阻聚剂，终止自由基，抑制其自聚。节 能流程中高压粗塔和乙苯塔的塔釜温度均较高，因 此，开发高性能阻聚剂也是技术关键之一p⋯。 4结论 (1)恒沸热回收技术水烃比为1．15时，中间换 热器的过热蒸汽进口温度高达885℃，管道设计温 度900℃，已超过Incoly材料许用应力所对的温度 上限，材质产生蠕变，在ASME管道B31．3中 只测到866℃，因此必须妥善解决材质问题；水比为 1．3时，综合能耗将增加1000MJ／t；水比仍为1．15 时，则需将过热器出口温度提高至510℃，过热器面 积增加，而热集成技术较适合于低水比催化剂。 (2)恒沸热回收技术因反应系统压降要求和过 热器面积增加，故对设备的投资需相应增加，仅反应 器、换热器和泵等投资就比热集成高5．5％。 (3)变压热集成的苯乙烯聚合损失比恒沸技术 减少51．2％，在低公用工程价格体系时节能效益优 于恒沸热回收技术；在高公用工程价格体系时，二者 节能效益相当。 (4)降膜式再沸器和液液再沸器(恒沸换热器) 的工程设计难度及技术风险基本相当。 (5)各苯乙烯生产企业可根据本企业的具体情 况，如低压蒸汽平衡，产品苯乙烯和公用工程价格体 系权衡分析后，选择苯乙烯精馏区节能流程。 参考文献： [1]崔小明，李明．苯乙烯国内外生产技术进展[J]．中国 石油和化工，2004(9)：40出． [2]王明福，齐航．苯乙烯装置用能分析及节能措施[J]． 齐鲁石油化工，2007(3)：3004． [3]张洪宇，刘文杰．乙苯．苯乙烯分离节能新工艺[J]． 化学工业与工程技术，2009(6)：49-51． [4]袁孝竞．乙彩苯乙烯精馏塔的技术改造[J]．化学工 业与工程，2010，27(1)：53．59． 【上接第46页】 3天津咖126∞mm汽油分馏塔的生产运行简况 2010年1月16日天津100万∥a乙烯装置一 次投产成功，顺利生产出合格产品，至今运行平稳。 该汽油分馏塔的主要生产技术指标：设计生产能力， 100万t／a乙烯；操作弹性，60％一120％(已达 “O％)；塔顶温度，102—110℃；塔底温度，185一 195℃；全塔压降，30kPa(工艺包值≤22kPa，优 化设计值≤10kPa)。全塔压降是该塔节能、增效和 技术水平高低的标志性技术指标。 4天津1∞万t／a乙烯由12600舳汽油分馏塔经 济效益分析 节能、减排、创效、降耗是已达国际共识的企业 建设发展方针，正是因为优化的节能、增效才取 代了工艺包方案。据中石化天津分公司生产经验估 算，“该塔压降每降低lkPa，节能150kW／h，乙烯收 率增加O．1％。”工艺包设计压降≤22kPa，全塔实 际压降3叫kPa，降低了17—19kPa，粗略估算该塔 年创经济效益约l-2亿元。在高难度超大型塔领 域用国产集成创新技术成功取代工艺包方案其社会 效益重大而深远。它为后续100万∥a乙烯装置及 1 000万∥a炼油装置等大型石化装置的国产化、现 代化树立了样板，为我国塔器技术的整体跨越带了 个好头，提高了中华塔器的国际竞争力。 参考文献： [1]赵汝文．我国大型塔器技术进展与技术创新[J]．现代 化工，2008，28(9)：5一11． [2]赵汝文．大型塔器支撑装置的优化设计(上)[J]． 化学工程，2009，37(1)：75-78． [3]赵汝文．大型塔器支撑装置的优化设计(下)[J]．化学 工程，2009，37(2)：75-78． [4]赵汝文．大型塔器技术进展与硬件优化设计及应用 [M]∥王抚华．塔器的工程设计及应用．西安：陕西人 民出版社，2009：323．362． [5]兰州石油机械研究所．现代塔器技术[M]．北京：中国 石化出版社，2005：522．525． [6]赵汝文．填料塔气液分布器优化设计规律[J]．化学工 程，2006，34(7)：75-78． [7]赵汝文．大型塔进气初始分布器及二次气体分布盘的 优化设计[J]．化学工程，2006，34(8)：75．77． 万方数据 苯乙烯生产装置精馏区节能流程开发 作者： 洪纯芬， HONG Chun-fen 作者单位： 中国石化集团上海工程有限公司,上海,200120 刊名： 化学工程 英文刊名： CHEMICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 2010,38(10) 参考文献(4条) 1.崔小明.李明 苯乙烯国内外生产技术进展 2004(9) 2.王明福.齐航 苯乙烯装置用能分析及节能措施 2007(3) 3.张洪宇.刘文杰 乙苯-苯乙烯分离节能新工艺 2009(6) 4.袁孝竞 乙苯/苯乙烯精馏塔的技术改造 2010(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxgc201010009.aspx