炼油厂气体分馏装置用能的集成和优化

李宜蓉，张红晨

（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都 611930）

炼油厂气体分馏装置用能的集成和优化

李宜蓉，张红晨

（中国石油四川石化有限责任公司，四川成都 611930）

一般炼油厂中气流分馏装置应用范围比较广，能量流相对来说比较密集，所以对该装置的节能研究有重要意义。

分馏装置；热媒水；高低压双塔流程；换热网络

1 基本设备概述

本文研究的气体分馏装置由6塔和13个热交换器组成。具体的系统示意图如图1所示。

图1 气体分馏装置流程图

首先，FCC中的LPG进入脱丙烷塔C-1，并且分为C3和C4。C-1塔顶部的轻馏成分将会进入脱乙烷塔C-2，C2将从塔C-2顶部消除。来自C-2底部的丙烯和丙烷进入丙烯塔C-3/4，混合物主要包括高纯度丙烯和高纯度丙烷。C-1底部的出来的物质进入塔C-5，其中大部分C4从C-5的顶部移除，其余的C4从C-6的顶部排出。该设备可以处理FCC中的30万t/a LPG，其中主要产品是聚合物级丙烯（99.6%）。该设备的热源是FCC的热媒水，具体数值为420t/h，温度是94℃（回水温度为66.5℃）。1.0MPa蒸汽的一部分为C-1和C-6的再沸器提供热量，另一部分与FCC的热介质水混合，使得热介质水的温度从94℃升高到116℃。然后热介质水给C-2，C-4和C-5的再热锅炉提供热量。该系统运行的单位能耗为3 537MJ/t，1.0MPa蒸汽的热量为1 754MJ/t，占能源消耗总量的约49.69%，来自FCC的热媒水的热量为1 363MJ/t，占能源消费总量的38.54%，用电量为420兆焦耳/t，约占能源消耗的11.90%。但是在中国平均单位能耗是2 760～3 260 MJ/t，所以该装置具有潜在的节能功率[1]。

2 关于运行中的能源使用情况的分析处理

显然蒸馏属于一种高能量过程，因此它是过程能源集成技术的重要研究部分。一种常规蒸馏塔如图2所示。

图2 蒸馏塔的温度-焓关系图

在温度TR（TR1，TR2）图中QR单元的热流通过再沸器引入塔中，在较低的温度TC（TC1，TC2）中，在冷凝器中消耗QC的热量，该蒸馏塔可由T-H图上的四边形来表示。可以通过在上下范围内通过移动温度四边形的从而改变面积大小来增加或降低压力。已知热效应和冷加工之间的传热温差为72～124℃，较大的温差可能会导致能量损失较大。因此可以使用多效蒸馏来降低温差，从而降低能量损失。

3 节能工程

在对应用过程中能量集成技术的设备进行分析时，通过对以下过程进行修改，可以显着改善整个工艺流程。

3.1 C-5和C-3的热集成

该热水公司为C-5的再热锅炉提供热量，C-5顶部的蒸气向C-3的再沸器提供热量。热量使用两次，所以热利用和冷应用的消耗量将会降低。通过系统优化，考虑到运营成本和资本投入，C-5的操作压力从0.7MPa提高到1.15MPa，所以C-5顶部的运行温度将会从53℃上升到75℃，最后底部工作温度从60℃升至89℃。C-5顶部的蒸汽向C-3的再沸器提供热量，并且1.0MPa的介质可以为C-5的再沸器提供热量。

3.2 高低压双塔工艺

在运行状态下，1.0MPa蒸汽给C-1的再热锅炉提供热量，此时的操作压力为1.75MPa。在改造过程中，通过高低压双塔工艺代替单塔工艺实现了除去丙烷的工艺。高压塔采用非锋利分裂，C-1A顶部馏分中没有C4，C-1A底部仅有一点C3。C-1A底部的温度会降低，因此热介质水而不是1.0MPa的蒸汽可以为C-1A的再锅炉提供热量，低压塔采用锋利分裂。通过降低操作压力，C-1B底部的温度也将降低，因此热介质水也可以为C-1B的再锅炉提供热量。

优化的基本目标是最小化成本，其中优化的限制是再沸器和冷凝器存在的温差。优化过程中可以改变的是高压塔和低压塔的运行压力，C-1A底部C3的浓度，同时也要考虑系统的操作灵活性。通过优化可以选择适当的操作参数。

在C-1A顶部，C-1A底部，C-1B顶部，C-1B底部的温度分别为45℃，81℃，43℃，80℃，热媒水可以为C-1A和C-1B的再锅炉提供热量，这样可以增加低温用户并为能源整合创造一定的条件。

4 结论

该项目是通过应用过程能源集成技术提出的，通过对大量气体分馏装置的研究，最终实现节能优化这个目标。这种新技术既可靠，同时节能效果非常显着，普遍来说有很高的应用价值。以本文讨论的案例而言，每年可节省大约6 000多t标准煤，具有一定的经济效益和社会效益。用于除去丙烷技术和多效蒸馏技术的双塔已经在实践中有了一定的应用。该项目可以根据工艺要求和环境变化进行装置的调整，非常灵活方便，最后达到可行的条件。

中国有100多个气体分馏装置。在这些装置中我们可以看到很多常见的特性，特别是能源密集型的特征，所以进行气体分馏装置用能的集成和优化具有非常重要的意义。

[1] 张伟，何佳玮，薛媛媛.炼油厂气体分馏装置用能的集成和优化分析[J].中国化工贸易，2014，（17）.

Integration and Optimization of Energy Use in Gas Fractionation Plant of Refinery

Li Yi-rong，Zhang Hong-chen

The application range of airflow fractionating device in general refinery is relatively wide，and the energy flow is relatively dense，so it is very important to study the energy saving of the device.

fractionation device；hot medium water；high and low pressure twin tower process；heat transfer network

TE624.2

：B

：1003–6490（2017）04–0091–01

2017–03–28

李宜蓉（1990—），女，四川成都人，初级工程师，主要从事气体分馏装置工作。