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[摘要]采用夾點技術對輕汽油醚化裝置工藝設計流程主要物料的換熱網絡進行了用能分析，發現裝置存在跨越夾點換熱及夾點之下使用熱公用工程換熱的情況。在裝置原有換熱網絡流程的基礎上，根據夾點技術設計原則對裝置換熱網絡進行了優化，消除了跨越夾點換熱及夾點之下使用熱公用工程換熱的不合理之處。優化后可降低裝置對熱公用工程需求量8091kW，其中3.5MPa蒸汽消耗量節省5.146t/h，1.0MPa蒸汽消耗量節省6.228t/h，裝置能耗費用每年節省1750.6萬元。

[關鍵詞]輕汽油醚化；夾點技術；夾點；換熱網絡；節能優化

惠州石化新建40萬噸/年輕汽油醚化裝置是以催化裂化汽油為原料，利用二烯烴選擇性加氫技術和輕汽油醚化技術生產脫除二烯烴的重汽油以及辛烷值(RON)高而烯烴含量低的醚化汽油，以實現國Ⅵ車用汽油的質量升級。裝置包含原料預加氫及分餾單元、輕汽油水洗及醚化反應單元、甲醇回收單元及公用工程單元四個部分，根據惠州石化輕汽油醚化裝置工藝包工藝流程設計方案，裝置換熱網絡布置存在能量使用效率低下，換熱網絡單一且未考慮能量的梯級利用，大量熱量未得到合理利用而造成能量過度浪費的現象。因此，如何優化裝置換熱網絡結構，降低裝置的能耗成為了惠州石化輕汽油醚化裝置建設的重要任務。夾點技術是目前被廣泛應用的一種過程系統節能方法[1]，其將熱力學原理和系統工程相結合，目的是實現過程系統能量回收與利用的優化配置，提高裝置能量的利用率。夾點技術不僅可以用來找出換熱網絡中存在的不合理用能設備，還可以對換熱網絡的優化[2-4]改造提供指導，使系統能量利用更為合理，最大限度地節省裝置公用工程消耗。本文即是利用夾點技術對裝置工藝包設計換熱流程進行用能分析，通過繪制總組合曲線圖找出裝置不合理換熱流程，并根據夾點技術設計原則對裝置不合理換熱網絡進行優化調整。

1換熱網絡現狀

惠州石化輕汽油醚化裝置原料預加氫單元設計年處理量為134.4萬噸/年，輕汽油醚化單元設計年處理量為40萬噸/年，裝置主要物料換熱網絡流程圖如下圖1所示。圖1可以反應裝置主要冷、熱工藝物流走向及裝置換熱器的具體分布，依據“夾點技術”關于換熱網絡物流數據提取的原則，把整個裝置的工藝流程作為一個整體考慮，并把工藝過程中參與能量轉換的主要流股提取出來。提取物流過程中只要物流的組成和流量沒有發生變化，而只是溫度、壓力改變就當作一條流股看待。本文根據醚化工藝包工藝流程設計，提取出5條冷物流與4條熱物流并計算物料加熱或冷卻熱負荷，各物料數據如表1所示。選取20℃作為換熱網絡優化的最小傳熱溫差。根據上表1提取的物流數據，在溫焓圖上對冷、熱物流進行組合，做出裝置冷、熱物流曲線和復合曲線，如圖2所示。由上述復合曲線可知夾點處熱物流溫度121℃，冷物流溫度101℃。在ΔTmin為20℃情況下，裝置理論所需最小熱公用工程5582kW，現有換熱網絡實際熱公用工程用量約為18149kW，裝置理論熱公用工程節能潛力為12567kW。

2換熱網絡問題分析

對換熱網絡優化的目的在于最大限度地利用冷熱物流進行相互換熱，充分進行熱回收，盡量減少加熱公用工程和冷卻公用工程用量。根據裝置各物料換熱數據，繪制出裝置換熱網絡格柵圖，如圖3所示。根據夾點技術設計三原則，盡量消除裝置所有的不合理換熱，以得到最大熱回收方案。即(1)在夾點之上不設熱公用工程；(2)夾點之下不設冷公用工程；(3)不應有跨越夾點的傳熱。由圖3換熱網絡的柵格圖可知，輕汽油醚化裝置原有工藝包流程換熱網絡存在以下問題：①催化汽油/重汽油換熱器E101換熱過程跨越夾點；②分餾塔頂物料溫度溫位處于夾點溫位且該部分涉及較大潛熱，沒有經熱量回收直接冷卻造成能量的巨大浪費；③醚化蒸餾塔/產品換熱器E203換熱過程跨越夾點；④E201、E215原料加熱過程中使用了熱公用工程，即夾點之下使用了熱公用工程。其中E203因流量較低且溫位高于夾點溫度較少，故若考慮回收此部分熱量將增加設備投資，實際應用價值較低，故不考慮再增加換熱器回收該部分熱量。由以上問題分析可知，本裝置主要以改變催化汽油原料換熱流程、回收C101塔頂熱量及調整E201、E215熱量供應方式為出發點，重新布局裝置換熱網絡，以最大回收裝置熱量。

3換熱網絡優化調整方案

首先根據裝置工藝包換熱網絡設計工藝流程，列出裝置主要換熱器換熱后管殼程出入口溫度變化，如表2所示。由上表可知，裝置物料熱品位較高部位為加氫反應器入口、重汽油產品、加氫反應器出口三個部位，其中預加氫反應器入口物料為冷物料，考慮裝置熱物料最高溫度與預加氫反應器入口溫差小于20℃，故E103維持蒸汽加熱不變。同時考慮E204熱負荷較大且為塔底再沸器，故E204熱源維持蒸汽加熱方式不變。裝置未利用熱源為分餾塔塔頂物料，考慮對此部分熱量進行回收及熱量的梯級利用，首先對選擇性加氫原料換熱流程進行優化。優化方案如下：C101塔頂物料溫位較低，先與預加氫進料換熱器E101進行換熱以回收C101塔頂物料熱量；C101底重汽油由于溫位較高，熱量較大，首先增加一臺甲醇回收塔底換熱器與甲醇回收塔塔底循環物料進行換熱(甲醇回收塔塔底熱量不足部分采用蒸汽加熱)，加熱甲醇回收塔底物料后的C101塔底重汽油再與預加氫進料進行換熱；同時取消E104換熱器，反應產物直接進C101進行分離。此外，考慮醚化反應溫度較低且醚化部分處理量較低，第一醚化反應器及第三醚化反應器進料所需能量較低，直接利用裝置部分副產的1.0MPa蒸汽凝結水中的余熱即可滿足熱量要求。因此采取醚化蒸餾塔底再沸器E204產生的凝結水作為第一醚化反應器進料加熱器E201的熱源，甲醇回收塔底再沸器E209產生的凝結水作為第一醚化反應器進料加熱器E215的熱源。優化后的流程簡圖如圖4所示。

4裝置換熱網絡優化效果評價

本文通過對裝置物料之間換熱流程夾點技術分析，找出了原有工藝包換熱網絡中存在的不合理用能設備并對不合理的換熱網絡進行了重新布局，以降低裝置不必要的蒸汽加熱消耗量，同時降低裝置空冷的冷卻負荷，實現裝置能量利用效率的最大化。根據項目優化前后設計院數據模擬結果，分餾塔C101塔頂氣體經與預加氫進料換熱器E101換熱后，進入塔頂空冷器A101的溫度可由原來的120.34℃降至98.3℃，A101冷卻負荷可由12194kW下降至8874kW，空冷冷卻熱負荷減少3320kW。另外根據原工藝包工藝流程設計，分餾塔頂空冷器A101設置了8臺30kW的風機，裝置滿負荷生產情況下，A101每小時耗電約為240kW，流程優化后由于A101冷卻負荷降低，A101每小時耗電量可降至175kW，每小時可節省電耗65kW。流程優化后裝置各相關公用工程消耗量變化如表3所示。由上表可知，通過對裝置物料換熱網絡流程優化，裝置3.5MPa蒸汽消耗量每小時可節省5.146t，1.0MPa蒸汽消耗量每小時可節省6.228t，0.45MPa蒸汽消耗量每小時可節省1.77t，高壓除氧水每小時可節省0.952t。同時由上表可知：與優化前流程相比，通過方案調整可回收裝置總熱量為8091kW。根據以上數據及惠州石化公用工程平均結算價格，通過對輕汽油醚化裝置工藝包流程換熱網絡優化可產生的經濟效益如下表4所示。由上表可知，通過采取上述優化方案，裝置能耗費用每年可節省1750.6萬元，經濟效益極其顯著。

5結論

本文通過對輕汽油醚化裝置工藝包工藝換熱流程進行診斷和分析，發現裝置原有換熱網絡存在跨越夾點換熱以及夾點之下使用熱公用工程換熱的情況，取夾點溫差ΔTmin為20℃，可以得出裝置節能潛力為12567kw，節能潛力巨大。在夾點分析的基礎上，本文充分結合裝置換熱網絡已有結構，對裝置換熱網絡進行了優化改造，解決了裝置內跨越夾點換熱及夾點溫度之下使用熱公用工程的問題，實現了裝置內能量的合理匹配及梯級利用，改造后裝置可回收裝置總熱量8091kW。另外，換熱網絡結構優化后裝置3.5MPa蒸汽消耗量每小時可節省5.146t，1.0MPa蒸汽消耗量每小時可節省6.228t，0.45MPa蒸汽消耗量每小時可節省1.77t，空冷風機運轉功率可降低65kW，裝置能耗費用每年可節省1750.6萬元，有效地降低了裝置能耗并提高了裝置的經濟效益。

作者:伍志勇 單位:中海油惠州石化有限公司