气体分馏装置的能耗分析与节能措施研讨

气体分馏装置的能耗分析与节能措施研讨

许肖慧 徐爱云

大庆中蓝石化有限公司 黑龙江 大庆 1637131

概述

1.1气体分馏装置基本组成

对于不同炼油企业来说，液化气的组成是相近的。气体分馏装置是对催化裂化装置生产的液化气进一步分离和精制的装置。随着近年来催化裂化装置加工量的增加以及裂化深度的增加,液化气的产量比以前有了大幅度的增长。液化气不仅可作为民用燃料,而且其中的丙烯、丙烷、异丁烷、异丁烯、都是重要的化工原料, 其中丙烷和异丁烷还是清洁燃料—--车用液化气的调和组分。气分装置一般由脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔组成，有的装置还设置了碳四分离塔。气体分馏装置已成为化工装置提供丙烯和丙烷的重要装置。

以下为气体分馏装置的工艺流程，如图1所示。

图1 气体分馏装置工艺流程简图

1.2气体分馏装置在炼油厂的耗能情况及节能的重要性

随着原油成本不断上升，能源消耗已经成为当前人们共同关心的课题，装置能耗水平的高低直接决定其经济效益的好坏，优化用能结构，降低系统能耗，降低生产成本，提高企业竞争能力是企业生存发展的必然途径；因此节约能源和合理利用能源为大势所趋，势在必行。气分装置总能耗一般占全厂总能耗的15-17%，其用能水平直接关系到整个炼厂的经济效益，因此气分装置的节能降耗工作意义重大。

1.3气体分馏装置的能耗组成及用能分析

1.3.1气体分馏装置的用能形式；

目前国内气体分馏装置用能有4种形式，分别为；

1） 采用蒸汽作为气分再沸器热源气体分馏塔塔底再沸器多用0.45 MPa蒸汽作热源。该形式流程简单，但能耗高，适宜小型装置或复杂系数较低的炼厂。

2） 采用其它装置工艺物流的低温余热催化裂化装置与气体分馏装置就近联合布置，同步开停工，实现装置间的热联合是节能降耗的有效途径。催化裂化分馏塔顶循环回流的低温热足以作为气体分馏装置的低温热源。其利用方式有2种。

①直接采用顶循油气作为气体分馏塔热源；

②利用软化水与顶循换热，热水作为气体分馏塔热源，可大大减少蒸汽的消耗。后者相比操作可靠，安全性好；直接换热可减少换热器投资，但对设备的性能要求较高，存在一定的运行风险。

3） 设置中间再沸器在塔的中间设置中间再沸器，可将气体分馏塔底再沸器出口的热水打入中间再沸器换热，降低回水温度，从而可利用温度更低的低温热，如分馏塔塔顶冷凝冷却热量，可降低塔底再沸器热负荷。

4） 采用热泵将塔顶温度较低的蒸汽压缩升温，再作为塔底再沸器的热源，可取得良好的节能，但节电效益较差。因此，该形式近年来装置设计很少采用［1］ 。如某炼化公司已采用开式热泵，投用初期电价比较便宜，节能和经济效益比较显著。但随着电价上涨，加之热泵系统中需增设1台气体压缩机及相应的配套设备，因此与常规流程相比，一次性投资较大、设备费用高，靠耗电来节省热能的经济效益较差。因此，该形式近年来装置设计很少采用。

1.3.2 气分装置的能耗组成

气分馏装置能耗主要为蒸汽、电、除盐水、低温热水等所产生的能量消耗。

蒸汽能耗占整个装置能耗的40-45%，电消耗占整个装置能耗的10-11%，除盐水占整个装置能耗的7-10%。低温热占整个装置能耗的40-45%，循环水能耗占整个装置能耗的1-2%，因此在保证产品收率和质量及装置平稳运行的前提下如何尽可能的降低蒸汽消耗，提高低温热的利用率对气分装置能耗的降低至关重要。气分压装置典型的能耗组成如图2所示：

图2 气体分馏装置典型能耗组成

1.3.3 气分装置耗能情况分析

装置主要由脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯塔三塔组成，有些气体分馏装置还带有碳四精馏塔，由此可见精馏装置是气体分馏装置中关键的组成部分，同时精馏操作也是气体分馏操作中耗能较大的操作单元。因此，对精馏塔进行节能优化是气体分馏装置节能优化的关键。脱丙烷塔底重沸器使用蒸汽为热源，塔顶采用湿式空冷，用除盐水作为喷淋水。脱乙烷塔底重沸器使用低压蒸汽作为热源，塔顶使用循环水冷凝器。丙烯塔低重沸器采用催化装置输送的低温热水和低压蒸汽作为热源，塔顶采用湿式空冷，用除盐水进行喷淋冷却。因装置所产丙烯纯度要求较高，达到99.6%以上，原料中的丙烯含量在30-35%左右，因此要想得到精丙烯丙烯塔耗能量较高。装置所用低压蒸汽、除盐水、循环水及低温热均为输入能源。

2、节能措施：

2.1、优化工艺流程降低工艺总用能

（1）采用装置间热联合技术，不但可以减少蒸馏装置的冷却负荷，还可减少下游装置的加热负荷。采用联合装置间热联合技术，是节能的最佳途径。

增加催化分馏塔的顶循流程：

增加催化分馏塔顶循流程与气分脱丙烷塔和脱乙烷塔热联合，优化低温热联合流程。

气体分馏装置加工液化气过程中，脱丙烷塔和脱乙烷塔通常采用0.45MPa蒸汽为塔底热源，装置设置减温减压器将1.0Mpa蒸汽经过减压至0.45 MpA，然后输送到脱丙烷塔底、脱乙烷塔底、丙烯塔底的重沸器作热源。丙烷塔和脱乙烷塔消耗蒸汽量很大。催化裂化装置与气体分馏装置联合使用，同步开始工作和停止，通过对原有的工艺设备进行较小的改动而使得气体分馏装置的能量损耗大大降低。气体分馏装置可以利用催化裂化分馏塔塔顶循环回流的低温热作为气分的低温热源，减少热源的供应，降低能量损耗。气分装置利用催化裂化装置的低温余热主要有两种方式：第一个是气分装置直接采用催化裂化装置的顶部循环油作为气体分馏塔的热源；第二种方式是利用软化水与顶循换热，热水作为气体分馏塔热源，可大大减少蒸汽的消耗 [2] 。后者相比操作可靠，安全性好；直接换热可减少换热器投资，但对设备的性能要求较高，存在一定的运行风险 。

例如：某炼油厂实施了低温热系统优化改造方案，将第一种方式和第二种方式结合使用，新增催化裂解分馏塔顶循与气分装置脱丙烷塔、脱乙烷塔热联合，替代脱丙烷塔和脱乙烷塔底蒸汽。对催化裂解分馏塔进行建模优化，增加顶循量，同时停掉塔顶冷回流，使分馏顶循取热量最大，然后去做气分脱丙烷塔和脱乙烷塔底热源，之后再取低温热以 90℃返塔。有效的提高了低温热利用效率。

增加 DCC顶循并停用冷回流后，共节约脱丙烷塔底 1.0MPag 的蒸汽 2.4t/h，折合标油 1.276kgEO/t，产生约 309万元/年的经济效益，节约脱乙烷塔底 1.0MPag 的蒸汽 1.5t/h，折合标油 0.797kgEO/t，产生约193.1 万元/年的经济效益；另外，新增 DCC 顶循泵，泵的轴功率为 133kW，即多耗电 133kW，

折合标油 0.214kgEO/t，增加约 58 万元/年的电费；即本方案共产生 444 万元/年的经济效益。

（2）控制原料中碳二的含量，停掉脱乙烷塔。

在气体分馏装置的实际应用过程中，为了保证馏分的纯度，一直采用脱丙烷塔、脱乙烷塔和丙烯精馏塔三者串联使用。但是，当液化石油气中乙烷的含量较低，不影响整个气体的分馏时，三者串联使用就造成了极大的浪费。为了解决这个问题，可以在气体进行分馏之前先对气体进行初步分析，若液化石油气中的不凝气含量低于0.2%时，采用脱丙烷塔和丙烯精馏塔两者的串联使用，去除脱乙烷塔的能量消耗，达到节能的目的。停运脱乙烷塔的具体操作方案是：把脱

乙烷进料口和塔底出料口用线路跨接，使物料通过脱乙烷加热器加热而不进入到脱乙烷塔内，直接进入丙烯精馏塔。停运脱乙烷塔能够改善气体分馏装置的用能结构，极大地降低能量损耗，但必须注意的是，进行停运脱乙烷塔操作的前提是液化石油气中C2的含量小于0.2%。因此，在实际的应用过程中必须要对液化石油气中的C2含量进行控制，使其满足操作要求，以防分馏后的馏分纯度不能满足使用要求。

2.2优化塔的设计，减少分离用能。

1）适当增加塔盘数量，由于分馏效率是塔盘数与回流比的函数，塔盘数增加则回流比降低。中段回流塔盘只起换热作用，可减小上部气液相负荷，为不降低分馏效率，增加塔盘数是必要的。

气体分馏装置中的塔是气体分馏装置的重要组成部分，对气体分馏装置进行节能优化处理，首先要关注的就是对塔进行分析设计，使塔变得更节能，从而达到气分装置节能的目的。图3是某厂丙烯精馏塔的回流比-理论板数曲线，为了能够达到节能的目的，对塔进行分析并优化，综合考虑纯度、回流比和塔板数，选择合适的方案使分馏操作的综合效益最高。如图3所示，这个厂的原有方案是采用塔板数较低的方案，通过分析后发现，增加少部分的塔板可以明显地降低回流比，选择优化点后，减少了能源消耗，其经济效益明显提高。

图3：回流比与理论塔板数曲线

2）进料位置的优化

气分装置各塔均为精馏塔，进料口设置相对较多，目的是便于根据原料组分轻重、原料量的变化而改变进料位置，提高分离效果及塔板效率。以某公司的气体分馏装置为例（图4），利用 ASPEN PLUS 软件对 T501 、 T503 塔实际工况进行模拟， 结果显示， 理论进料板位置在第 23 层时，塔顶、塔底热负荷最小 ( 而实际进料位置要高于理论板位置 ) 。 根据模拟结果，结合 T501 塔实际进料位置 ( 目前有两个进料口，分别为第 23 层和第 29层 ) ，为降低塔顶、底热负荷，把 T501 塔进料位置由第 23 层改至第 29 层。 同样，T503A/B 塔进料位置由第 107 层优化至第 117 层，增加了精馏段，提高了分离效果，降低了塔顶、底用能。

2.3降低操作压力

对于一个气 － 液两相平衡系统来说，温度、压力和气液相组成为一一对应关系，压力越低，在气液相组成不变的情况下 ( 也就是要达到相同的分离精度 ) ，要求的分离温度就越低；温度低，则表示装置需要的能耗低。也就是说降低塔的操作压力，可以改善组分的相对挥发度。目前高效大通量内件及塔顶高效低压降压冷换设备为采取较低的操作压力提供了较多的选择。由于低压能够改善分馏塔内所分离组分的相对挥发度，因此降低塔内操作压力同时可以减少回流比，也能达到同样的分离效率。实际上，降低塔压可能受到各种因素的限制，如可能受到塔顶冷凝系统（例如空冷器）能力的限制，从而使降压工作受到限制。

3、结语

气体分馏装置能耗大小影响着全厂能耗水平的高低，其节能方式主要可分为装置内综合节能与装置间综合节能途径。随着各种节能措施的实施，气分装置节能降耗取得了显著的效果，各炼厂通过采取优化换热网络，采用高效新型设备、技术，装置热联合等措施均大大降低了能耗。

参考文献

［1］李栋，付世昭，杨景顺。低温热在气体分馏装置的应用。炼油技术与工程，2008，,38（04）

[2]王若青，胡晨 .H AZO P 安全分析方法的介绍 [J].石油化工安全技术 [J].2003，19（1）：19-22.