摘 要:通过工艺规律的研究,找到工况优化操作点,降低了装置能耗。又上了增加关键换热器面积的技术措施,系统的能耗进一步下降。实施此两项工作后,满以为完成了酮苯脱蜡装置溶剂回收系统工艺研究课题。但是当换热器面积增加后,再对工况进行优化计算时,发现系统的优化操作点改变了,工艺规律也变了,而且操作优化是相反的搜索方向。以前的工作没有错,现在的工作也是对的,只是事物研究的条件改变了,所得到的事物的规律受条件性的制约,造成认识上的局限性,只要碰到与先前规律不一致甚至似乎相互矛盾,这时应该想到条件发生了变化,若能接受并认识新的规律,即使对事物的认识还不够圆满,必定是深化了对事物的认识。
关键词:酮苯脱蜡;溶剂回收;多效蒸发;工艺规律;模拟技术;Aspen Plus;
酮苯脱蜡装置溶剂回收系统工艺简介: 酮苯脱蜡装置大多选用甲苯、甲乙酮的混合溶剂。溶剂回收采用多效蒸发工艺技术。热量的加入主要是放在第三次蒸发塔,第一、二次溶剂蒸发的热量是来自自身或温位较高的蒸发塔顶汽相溶剂的热量。前三次蒸发塔压力的设定是低、中、高。第四次蒸发节流降压汽化高温、高压的三次蒸发塔底物流,系统热源为中压水蒸汽时,往往嫌温降落多,此时还补充加入热量。经这四次蒸发,此时滤液或蜡液中的溶剂已绝大部分被蒸出,残留的溶剂在水蒸汽汽提塔被蒸出。
溶剂回收系统的第二、三次溶剂蒸发塔有压力控制系统。第三次蒸发塔加热如果是中压水蒸汽为热源时,加热器的出口温度实际上仅作指示,当由加热炉提供热量时,炉出口温度才作为控制参数。
在这样的一个溶剂回收系统中,各塔的负荷怎样分配? 前面塔蒸出多一些好?还是后面塔蒸出多一些好?各塔的温度、压力操作条件怎么定?系统潜力如何?装置瓶颈在哪里?关键设备改进有多少效益?这些是装置回收系统的节能降耗所必须解决的问题。为此对溶剂回收系统的工艺规律进行研究。
以一个炼厂酮苯脱蜡装置溶剂回收系统为例(溶剂回收系统流程见图1):(溶剂为甲苯、甲乙酮:加热用中压水蒸汽,热量在第三、四次蒸发时加入;第二、三次蒸发设有压力控制系统,压力控制阀设在塔顶蒸出汽相换热器之后的汽液混相或液相区;)第一和二次蒸发塔底配置泵,提升压力将物流泵至蒸发压力更高的塔。
主要设备、物流位号:
T1、T 2、T 3、T 4、T 5 —— 一、二、三、四次蒸发塔、水蒸汽汽提塔
C14 ——二次蒸发塔顶汽相溶剂与一次蒸发塔进料换热器
C16 ——三次蒸发塔顶汽相溶剂与二次蒸发塔进料换热器
C18、C19 —— 水蒸汽加热器(C18Q、C19Q水蒸汽加热器热负荷)
C17 —— 凝结水换热器
B2、B3 —— 蒸发塔压力控制阀
1、2 ——溶剂、油
工艺规律研究: 2.1 蒸发压力对系统加热总热量的影响:
A为装置标定工况(基础工况)操作点。系统总加热热量C18Q+C19Q = 4.909 MMKcal/Hr T2操作压力(T2P)有最佳点,合适的操作压力范围一般在2.3~2.45 Kg/cm2。提高T3操作压力有利于系统加热热量降低。 T2操作压力的最佳点,随T3操作压力的升高而提高。 T2操作压力较低时,T3操作压力的升高对降低系统总加热热量的影响较小。T2操作压力较高时,T3操作压力的升高对降低系统总加热热量的影响较大。 T3压力升高初时效果比较明显,随压力的升高其系统总加热热量降低的幅度愈来愈少。 B为工况优化操作点。系统总加热热量C18Q+C19Q = 4.534 MMKcal/Hr 操作由A点优化至B点,系统总加热热量降低7.65%。
2.2 关键换热器面积的增加对加热总热量的影响:
增加C14、C16面积对降低进料水蒸汽加热器总热负荷都有较大的作用。 C14、C16面积增加的初始阶段效果特别明显,随着面积的增加,系统加热总热负荷降低的幅度愈来愈趋于缓和。 左上角操作点B是换热面积增加前的工况优化点,右下角操作点C是基础工况优化的基础上,换热面积增加后的操作点。(在此的换热面积不是实际的换热器面积,是计算时传热系数为缺省值时的面积。换热器传热系数被设定为常量,而对数平均温差是会随冷、热流温度变化。) 操作点C加热器总热负荷为4.263 MMKcal/Hr。即由于C14、C16面积的增加,加热器总热负荷又降低了5.978%。(对操作点A降低13.17%。)
工况优化并在此基础上对关键设备优化,使系统加热器总热负荷有了显著下降(两项效果系统加热总热负荷降低13.17%)。说明了操作的改进为热流热量的释放(由汽相转化为液相)创造了很好的条件,冷流(进料)从热流(塔顶溶剂汽相)中取得更多得热量。 溶剂量的蒸出不是在一次蒸发塔越多越好,也不是在二次蒸发塔越多越好,而是一、二次蒸发塔蒸出量之和越多越好。 提高蒸发塔压力,有利于汽相转化为液相释放汽化潜热。
2.3 关键设备优化后优化操作点的调整:
操作点C是C14、C16面积增大后原工况(基础工况)的优化操作点,很显然现在条件下不再是C14、C16面积增大后的优化T2P、T3P的操作点。 操作点D才是C14、C16面积增大后的优化T2P、T3P的操作点,很明显优化点改变了。 C14、C16面积增大后,系统总加热热量随着三次蒸发塔压力的降低而降低,很显然工艺规律也改变了。操作点D的位置更优于C。操作点D加热器总热负荷是4.0505 MMKcal/Hr,负荷又降低了4.976%。(对操作点A降低17.49%。) T2操作压力的最佳点随T3操作压力的降低而降低的规律没有变。一、二次蒸发塔蒸出量之和越多加热器总热负荷越低规律也没有变。
系统的换热面积较大时的工艺规律有别于换热面积较小时的工艺规律,系统换热面积较小时,提高T3P压力有利于总加热热量的降低。相反,在系统换热面积较多时,降低T3P压力有利于总加热热量降低,由此可见: 系统的换热面积的改善,冷流在较低压力下也能充分获得热流所释放的冷凝潜热。 蒸发压力的降低,有利于溶剂的蒸发。 工艺规律、最佳操作点,不是一成不变的。在不同的条件下(不同工艺流程、不同换热器面积配置),其有不同的工艺规律,有不同的最佳操作点。降低系统总加热热量不仅要为冷流获得热流的热量创造条件(热流冷凝潜热的释放),同时还要为溶剂更容易蒸出创造条件(降低蒸发压力)。 掌握热流在较高压力下容易释放冷凝潜热的工艺规律是十分重要的,同时又掌握在较低压力下溶剂容易蒸发的工艺规律,这才是较为全面的酮苯脱蜡装置溶剂回收系统的工艺规律。操作压力与蒸发和冷凝的热量转移的辩证统一。 当热流热量的提供成为降低加热总热量矛盾的主要方面时,应提高蒸发塔压力和增加换热面积技术措施。当溶剂的蒸出成为降低总加热热量矛盾的主要方面时,应降低蒸发塔压力。 系统的具体条件(换热流程、换热面积配置等)不同,最优操作点的条件也不同,系统条件变化引起最优操作点飘移。若要使系统的操作始终保持在最优化点上,模拟技术能充分发挥它的作用。