硫酸法烷基化装置节能降耗措施

硫酸法烷基化装置节能降耗措施

焦冬晴

中国石油天然气股份有限公司庆阳石化分公司  甘肃省庆阳市 745000

摘要：近年来 ，根据现场操作总结,不断提出技改措施以降低装置能耗和酸耗,并取得了良好的效果。具体措施包括降低脱异丁烷塔、脱正丁烷塔的操作压力,降低制冷压缩机出口压力,调整反应器的操作参数,设置原料的预处理措施,建设废酸处理装置和正丁烷异构装置等,大幅地降低了装置的能耗和酸耗,取得了良好的经济效益。

关键词：硫酸法；烷基化装置；节能降耗；

一、硫酸法烷基化装置节能原因

在相同烯烃进料情况下，两种制冷方案制冷剂和循环异丁烷总量基本没有变化，反应器人口烷烯物质的量比和温度同样差别不大。节能罐方案时，循环异丁烷浓度略低，制冷剂和循环异丁烷总量略大一些，烷烯物质的量比略小。压缩机设计时一般每段压缩比为2．5～3，因此无论哪种制冷方案，制冷压缩机设计都会按照两段进行设计。两种制冷方案下压缩机设计制造的显著区别是：节能罐方案制冷压缩机需要中间补气，而正是这种中间补气的设置，使得压缩机在进料总量一样的情况下，带中间补气形式压缩机可以有效节省电耗，这一效果的实现得益于节能罐制冷方案工艺设计。节能罐流程仅仅增加节能罐，并没有像传统方案一样再额外设置制冷压缩机人口分液罐，这使得节能罐制冷工艺相比传统工艺在设备配置数量上保持不变，一次性投资变相减少。这主要是因为随着闪蒸罐容器内件制造工艺和技术的不断网已经实现国产化且捕雾效果与国外知名厂家相同，但是价格优势非常明显。随着该制造技术的发展，节能罐制冷工艺无需再额外配置压缩机入口分液罐，提高了其技术综合优势。

二、硫酸法烷基化装置节能降耗措施

1.循环水节能降耗措施。 装置循环水主要用于 ９ 台冷却采样器 、２６ 台冷却器及 ４０ 台机泵 ，其用点多 、使用面广且受外界环境影响大 ，为循环水节能降耗提供了较大的优化空间。装置采样器投用循环水主要是给介质降温以满足样品采出温度要求 ，通过对装置 ９ 台采样器切除循环水前后的采样介质温度进行对比分析得知 ，可切除燃料气采样器 、液化气采样器 、冷剂采样器 、压缩机出口工艺气采样器及凝结水采样器 ５台采样器的循环水供应 。 其次 ，装置冷却器所用循环水主要是给流经介质降温以满足生产工艺要求 ，经试验得知 ，在满足工艺要求前提下 ，可停用凝结水冷却器 、冷剂冷却器 、液化气产品冷却器及脱异丁烷塔塔顶后冷却器 ４ 台对生产影响较小的冷却器 。 此外 ，冷却器及机泵等相关设备负荷受进料量和外界温度影响较大 ，应根据进料量 、昼夜温差和季节变化改变而及时调整/关闭循环水流量 、跨线和外排点 ：利用夏季昼夜温差较大的特点在优化循环水时 ，及时在夏季夜间温度降低后的６ h 内降低循环水用量 。

2. 除盐水节能降耗措施。采取相应节能措施来降低除盐水单耗成为装置节能降耗的重点任务之一 。装置除盐水用点多 、用面广 ，使除盐水工艺调整及操作具有较大优化空间 。烷基化装置湿式空气冷却器通过对风冷后的物料管路喷淋除盐水来对物料进行再次降温 ，物料经风冷及空冷双重冷却后可达到较好的降温效果 。 目前装置投用的湿式空气冷却器共 ９ 台 ，这些空气冷却器因长期高负荷运行会出现漏水现象 ，若加强巡检维修力度 ，可节省除盐水 ０. １ t/d ，降低能耗 ０. ０１ MJ/t 。 其次 ，应根据昼夜温差及时调整除盐水用量 ：利用夏季昼夜温差较大的特点 ，及时在夏季夜间温度降低后的 ６ h 内降低空气冷却器除盐水用量 ；并在冬季气温较低且符合切除条件的 １９ h内切除空气冷却器的使用 （优化时冬季时长按１２０ d 计） ，累计降低除盐水能耗 ３. １４ MJ/t ，节约成本 １０. １ 万元/a 。此外 ，在对装置配碱所需除盐水量进行优化时 ，一方面通过严格控制排酸罐和 ３ 个酸罐温度 ，另一方面通过加强酸碱漏点巡检及维修力度 ，在降低酸雾产生量的同时 ，将含酸气碱洗塔及酸雾碱洗分液罐内碱液置换次数由每隔 ３ 天 １ 次延长至每隔 ４ 天 １ 次 ，一年约减少 ３０ 次配置， 另外，装置上用除盐水冲洗的机泵分别为 ２ 台中和池连续排水泵和 ２ 台非连续泵 ，针对连续泵 ，通过时刻观察冲洗水压力与视窗内浮球来严格控制冲洗水用量 ，而对非连续泵 ，则根据泵停运状态和天气变化及时切除除盐水的冲洗 ，平均节省除盐水 ０.２ t/h ，降低能耗 ０.４６ MJ/t ，为企业带来 １.４９ 万元/a 效益 。

3.烷基化反应器。烷基化反应器内装有卧式搅拌器,实现酸烃的乳化使原料中的异丁烷和烯烃迅速分散在浓硫酸乳化液中,提高反应速度。但搅拌器的电机功率高达400 kW,为装置内主要用电设备。在相同的新鲜原料碳四组成、硫酸浓度和酸烃比条件下,影响烷基化反应效果的主要因素有烷烯比、反应温度和酸烃的乳化状态。（1）烷烯比：由于丁烯相对于异丁烷而言,更易溶于浓硫酸,因此在生产中采用提高异丁烷浓度来扩大异丁烷与酸相的接触面以提高其溶解量,迸而减少烯烃与硫酸之间副反应的发生。但烷烯比的提高是通过提高异丁烷纯度或者循环量实现的,这都会增加脱异丁烷塔底再沸器的蒸汽消耗量。（2）反应温度：烷基化反应器内温度过高会造成烯烃之间副反应的发生,低温有利于烷基化反应的迸行,但低温是通过循环冷剂提供的冷量提供的,过低的反应温度虽然会增加烷基化油的产品质量但会造成制冷压缩机轴功率的增加。（3）酸烃乳化：烷基化反应的控制步骤为反应原料自烃相向酸相扩散,酸烃乳化有利于增加接触面积,以利于扩散,酸烃乳化的动力来叶轮的旋转；但酸烃乳化过度会造成酸沉降罐的分离负荷,导致流出物中酸携带量的增大,最终使酸耗增加。烷烯比、反应温度和酸烃乳化状态这3个因素之间相互影响,在一定波动范围内功能上互为补充。譬如烷烯比的降低可以通过降低反应温度或提高酸烃乳化效果来补充以达到相同的烷基化反应效果。因此在三者之间存在合理化的操作范围。经过不断的现场操作探索,发现烷烯比控制在（9～10）:1,反应器出口操作温度控制在 10±1 ℃,搅拌器变频电机频率控制在45±1 Hz左右时总能耗最小。由于烷基化反应是放热反应,设计中采用循环冷剂工艺为反应器提供冷量,带走反应热。由于循环冷剂的主要组成为异丁烷和丙烷,工艺设计时在制冷流程中设置节能罐,即制冷压缩机出口物流经过空冷水冷冷凝为液相后,首先迸入节能罐经初步降压闪蒸出富丙烷轻组分迸入压缩机二级补气口,液相再迸入闪蒸罐通过二次降压闪蒸出富异丁烷组分迸入压缩机一级入口,这样通过分级闪蒸可降低制冷压缩机一级入口的压缩量,降低压缩功率。

结束语：工艺技术与设备制造技术是相互促进、密不可分的，工艺设计人员要密切把握设备技术发展成果及动向，及时优化调整工艺设计。烷基化装置反应热的移除设计非常巧妙，具体体现在专利反应器内部设计上，而流出物压缩制冷工艺则是实现这一过程的重要组成部分。在对同类技术调研中发现，制冷压缩机电耗在烷基化装置总电耗中占比接近50％，因此制冷压缩工艺的优化，对节省烷基化装置总电耗有着举足轻重的作用。

参考文献：

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