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中图分类号：TQ241.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0023-01
一、案例背景
大庆石化公司化工三厂拥有两套苯乙烯生产装置。一套是经2005年扩能后年产9万吨乙苯和6万吨苯乙烯的苯乙烯装置。另一套是2005年引进的具有世界领先节能技术的苯乙烯耦合节能工艺和低水比脱氢催化剂技术的年产10万吨苯乙烯的乙苯脱氢装置，该装置原设计是以大庆炼化管输乙苯为原料来源满足生产。单从以乙苯为原料来看，两套装置呈“头小尾大”的结构。生产淡季时，当单独运行苯乙烯装置，不能满足下游ABS装置需求，原料存在较大缺口，如外购苯乙烯成本较高，卸车还存在巨大的安全风险。当两套装置全开，虽能满足下游需求，但装置负荷过低，能耗很高，经测算将导致苯乙烯产品成本升高5%左右。这种能耗、成本、物料供需平衡的尖锐矛盾严重影响了化工三厂各装置生产负荷的合理调整以及经营指标的优化，成为制约公司提质增效的瓶颈。
二、技术难点分析及解决方案
（一） 问题与难点简析
由于两套装置的设计、产能、设备等多方面存在的差异较大，实现该项目需要攻克下面的技术瓶颈问题：一是要分析两套装置的优势及劣势，测算项目预期指标满足需要的程度，找出实施该项目的依据。二是将不同工艺包的两个单元合并成一套完整的装置，需要研究和解决乙苯单元蒸汽合理应用、工艺流程变更、能量平衡、联锁保护、公用工程平衡等技术核心问题；三是要研究和解决项目实施后的工艺运行优化、经营指标优化、设备性能优化、冬季运行等问题。
（二） 关键技术方案实验与实施
1.完成关键指标比对、技术研究、确定技术路线和方案。
（1）两套装置低负荷运行效益分析
自2009年乙苯脱氢装置开工以来，由于缺少乙苯原料，导致苯乙烯装置的脱氢单元和乙苯脱氢装置长期处于低负荷生产，导致苯乙烯装置成本增加1574.4万元导致乙苯脱氢装置成本增加1185.3万元。 两套裝置低负荷运行效益分析结论：在乙苯原料不足的情况下两套装置低负荷运行，能耗、物耗指标大幅度增加，产品成本增加，这样运行是不经济、不合理的，不符合当前集团公司节能减排、清洁生产和提质增效的形势。
（2）两套装置性能指标分析
苯乙烯装置 2005年进行装置扩建，由于部分关键技术和经营性指标达不到设计要求，乙苯单元的乙苯产能为9万吨/年，脱氢单元的产能为6万吨/年，前后生产能力不匹配。①蒸汽不平衡。每年累计损失1.0Mpa蒸汽约5.2万吨，约合5645.8t标煤，造成经济损失约786.4万元。这是导致6万吨苯乙烯装置能耗高的主要原因。②物料供需不平衡。单独运行苯乙烯装置供下游存在较大缺口，不能满足下游生产装置的需求。如外购，苯乙烯成本很高，同时大量的卸车作业还存在重大安全风险。③温度倒挂对能耗及安全运行影响。蒸汽过热炉出口操作温度仅距联锁温度5℃，操作难度非常大，严重影响装置安全运行。催化剂运行末期，为缩短两反应器的温度倒挂及降低蒸汽过热炉的出口温度，被迫大幅度提高稀释蒸汽流量，造成经济损失约208.7万元。
10万吨乙苯脱氢装置经过三次检修先后解决了困扰装置瓶颈的耦合塔分离能力低、精馏气相线积液等问题，完成了对耦合节能工艺的技术改进与完善，掌握了低水比脱氢催化剂的运行与控制，装置生产稳定。①低水比脱氢催化剂。较普通的8：1脱氢催化剂，每年节约1.0Mpa蒸汽约5.54万吨，约合6015t标煤，实现效益837.8万元。②大功率脱氢尾气压缩机。确保了较高的苯乙烯选择性，减少副产品的生成，从而降低了能耗和物耗。③耦合节能工艺，年可节约再沸蒸汽6.9万吨，年可节约冷却水406.7万吨，累计节能6986.9t标煤，实现年创经济效益973.1万元。④根本上解决“温度倒挂”问题 10万吨乙苯脱氢装置的蒸汽过热炉和中间加热器的材质及换热面积远高于6万吨苯乙烯，从根本解决了困扰6万吨苯乙烯装置的 “温度倒挂”难题。不但节约了大量的1.0Mpag蒸汽，而且能够全面发掘出MR-2201B反应器中的催化剂末期的潜能，实现催化剂效益最大化，有效降低脱氢催化剂末期的装置能耗和物耗，控制产品成本增加幅度。
通过上述对比，如果将6万吨苯乙烯装置的乙苯单元与10万吨乙苯脱氢装置联合运行，形成优势互补、取长补短的合理运行模式。当乙苯原料不足及苯乙烯产品没有效益的时候既能灵活调整装置生产负荷，保持乙苯原料及苯乙烯产品不平衡；又能够保持苯乙烯产品的成本在最低的水平，使装置生产经营指标得到最佳优化。
2.过热炉应用低等级蒸汽理论核算和现场试验工作。
乙苯单元废热锅炉副产蒸汽约14.8t/h，乙苯脱氢装置主要消耗的能源就是稀释蒸汽。如果能将乙苯单元副产蒸汽引入乙苯脱氢装置蒸气过热炉作为稀释蒸汽替代原有的1.0Mpa蒸汽，一是能够解决乙苯单元蒸汽系统不平衡的瓶颈问题，使联合运行成为现实；二是乙苯脱氢装置外网1.0Mpa蒸汽消耗将大幅度降低，联合运行后所产的苯乙烯产品成本降低，使装置生产经营指标得到最佳优化。理论模拟核算的结论：当乙苯单元与乙苯脱氢装置产能同为9万吨/年，进入蒸汽过热炉的蒸汽量减少至原设计值的90%。
通过对现场试验收集的数据分析显示，当主稀释蒸汽流量降低到16800kg/h时，在燃料量和过热炉出口温度不变的工况下，蒸汽过热炉可以加热原设计流量92%的蒸汽流量，能够满足乙苯脱氢装置在90%的负荷下运行。同时，与理论模拟核算的结论基本一致，基本可以证明理论核算的准确性。
3.破解核心技术难题。
攻克联合运行后乙苯单元废副产蒸汽合理应用的核心技术难题，史无前例的将UOP工艺的乙苯单元从原工艺包中分离出来并与Badger工艺的乙苯脱氢装置整合成为一套完整的生产装置，从而彻底解决了生产难题。当生产淡季时，按以上方式运行，既能保证装置负荷自由调整，又能保证下游装置的原料需求。同时实现两套装置优势资源的有效利用，达到节能降耗的目，节能效果显著，经济效益可观，符合“清洁生产，节能减排，提质增效”的需要。在乙苯原料充足，还可以将苯乙烯装置的脱氢单元重新开满负荷，提高产能，为企业创造更大的经济效益。
三、实现助力企业降本增效和推进技术发展
（一）能降耗成效显著
该项目投用至今，乙苯脱氢装置在90%负荷的情况下可消耗乙苯单元副产蒸汽11.11t/h，两套装置工艺运行参数正常、物料及蒸汽系统平衡、关键设备运行正常、所有分析数据符合设计要求。根据统计数据显示，可年节约1.0Mpag蒸汽11.21万吨，实现效益1435.6万元；装置能耗从原来的495kgoil/tSM，降低到324kgoil/tSM，节能4885.7t标煤，实现效益400万元，合计效益为1835.6万元。
（二）推动行业技术进步意义重大
两套苯乙烯装置联合运行节能工艺开发与应用技术的核心是不同工艺包的技术整合和升级。该技术是完全依靠基层工程技术人员自主创新、独立研发完成的，在国内外同行业尚属首例应用，具有独立的知识产权。为国内苯乙烯行业的科技进步和技术发展做出应有的贡献。
一、案例背景
大庆石化公司化工三厂拥有两套苯乙烯生产装置。一套是经2005年扩能后年产9万吨乙苯和6万吨苯乙烯的苯乙烯装置。另一套是2005年引进的具有世界领先节能技术的苯乙烯耦合节能工艺和低水比脱氢催化剂技术的年产10万吨苯乙烯的乙苯脱氢装置，该装置原设计是以大庆炼化管输乙苯为原料来源满足生产。单从以乙苯为原料来看，两套装置呈“头小尾大”的结构。生产淡季时，当单独运行苯乙烯装置，不能满足下游ABS装置需求，原料存在较大缺口，如外购苯乙烯成本较高，卸车还存在巨大的安全风险。当两套装置全开，虽能满足下游需求，但装置负荷过低，能耗很高，经测算将导致苯乙烯产品成本升高5%左右。这种能耗、成本、物料供需平衡的尖锐矛盾严重影响了化工三厂各装置生产负荷的合理调整以及经营指标的优化，成为制约公司提质增效的瓶颈。
二、技术难点分析及解决方案
（一） 问题与难点简析
由于两套装置的设计、产能、设备等多方面存在的差异较大，实现该项目需要攻克下面的技术瓶颈问题：一是要分析两套装置的优势及劣势，测算项目预期指标满足需要的程度，找出实施该项目的依据。二是将不同工艺包的两个单元合并成一套完整的装置，需要研究和解决乙苯单元蒸汽合理应用、工艺流程变更、能量平衡、联锁保护、公用工程平衡等技术核心问题；三是要研究和解决项目实施后的工艺运行优化、经营指标优化、设备性能优化、冬季运行等问题。
（二） 关键技术方案实验与实施
1.完成关键指标比对、技术研究、确定技术路线和方案。
（1）两套装置低负荷运行效益分析
自2009年乙苯脱氢装置开工以来，由于缺少乙苯原料，导致苯乙烯装置的脱氢单元和乙苯脱氢装置长期处于低负荷生产，导致苯乙烯装置成本增加1574.4万元导致乙苯脱氢装置成本增加1185.3万元。 两套裝置低负荷运行效益分析结论：在乙苯原料不足的情况下两套装置低负荷运行，能耗、物耗指标大幅度增加，产品成本增加，这样运行是不经济、不合理的，不符合当前集团公司节能减排、清洁生产和提质增效的形势。
（2）两套装置性能指标分析
苯乙烯装置 2005年进行装置扩建，由于部分关键技术和经营性指标达不到设计要求，乙苯单元的乙苯产能为9万吨/年，脱氢单元的产能为6万吨/年，前后生产能力不匹配。①蒸汽不平衡。每年累计损失1.0Mpa蒸汽约5.2万吨，约合5645.8t标煤，造成经济损失约786.4万元。这是导致6万吨苯乙烯装置能耗高的主要原因。②物料供需不平衡。单独运行苯乙烯装置供下游存在较大缺口，不能满足下游生产装置的需求。如外购，苯乙烯成本很高，同时大量的卸车作业还存在重大安全风险。③温度倒挂对能耗及安全运行影响。蒸汽过热炉出口操作温度仅距联锁温度5℃，操作难度非常大，严重影响装置安全运行。催化剂运行末期，为缩短两反应器的温度倒挂及降低蒸汽过热炉的出口温度，被迫大幅度提高稀释蒸汽流量，造成经济损失约208.7万元。
10万吨乙苯脱氢装置经过三次检修先后解决了困扰装置瓶颈的耦合塔分离能力低、精馏气相线积液等问题，完成了对耦合节能工艺的技术改进与完善，掌握了低水比脱氢催化剂的运行与控制，装置生产稳定。①低水比脱氢催化剂。较普通的8：1脱氢催化剂，每年节约1.0Mpa蒸汽约5.54万吨，约合6015t标煤，实现效益837.8万元。②大功率脱氢尾气压缩机。确保了较高的苯乙烯选择性，减少副产品的生成，从而降低了能耗和物耗。③耦合节能工艺，年可节约再沸蒸汽6.9万吨，年可节约冷却水406.7万吨，累计节能6986.9t标煤，实现年创经济效益973.1万元。④根本上解决“温度倒挂”问题 10万吨乙苯脱氢装置的蒸汽过热炉和中间加热器的材质及换热面积远高于6万吨苯乙烯，从根本解决了困扰6万吨苯乙烯装置的 “温度倒挂”难题。不但节约了大量的1.0Mpag蒸汽，而且能够全面发掘出MR-2201B反应器中的催化剂末期的潜能，实现催化剂效益最大化，有效降低脱氢催化剂末期的装置能耗和物耗，控制产品成本增加幅度。
通过上述对比，如果将6万吨苯乙烯装置的乙苯单元与10万吨乙苯脱氢装置联合运行，形成优势互补、取长补短的合理运行模式。当乙苯原料不足及苯乙烯产品没有效益的时候既能灵活调整装置生产负荷，保持乙苯原料及苯乙烯产品不平衡；又能够保持苯乙烯产品的成本在最低的水平，使装置生产经营指标得到最佳优化。
2.过热炉应用低等级蒸汽理论核算和现场试验工作。
乙苯单元废热锅炉副产蒸汽约14.8t/h，乙苯脱氢装置主要消耗的能源就是稀释蒸汽。如果能将乙苯单元副产蒸汽引入乙苯脱氢装置蒸气过热炉作为稀释蒸汽替代原有的1.0Mpa蒸汽，一是能够解决乙苯单元蒸汽系统不平衡的瓶颈问题，使联合运行成为现实；二是乙苯脱氢装置外网1.0Mpa蒸汽消耗将大幅度降低，联合运行后所产的苯乙烯产品成本降低，使装置生产经营指标得到最佳优化。理论模拟核算的结论：当乙苯单元与乙苯脱氢装置产能同为9万吨/年，进入蒸汽过热炉的蒸汽量减少至原设计值的90%。
通过对现场试验收集的数据分析显示，当主稀释蒸汽流量降低到16800kg/h时，在燃料量和过热炉出口温度不变的工况下，蒸汽过热炉可以加热原设计流量92%的蒸汽流量，能够满足乙苯脱氢装置在90%的负荷下运行。同时，与理论模拟核算的结论基本一致，基本可以证明理论核算的准确性。
3.破解核心技术难题。
攻克联合运行后乙苯单元废副产蒸汽合理应用的核心技术难题，史无前例的将UOP工艺的乙苯单元从原工艺包中分离出来并与Badger工艺的乙苯脱氢装置整合成为一套完整的生产装置，从而彻底解决了生产难题。当生产淡季时，按以上方式运行，既能保证装置负荷自由调整，又能保证下游装置的原料需求。同时实现两套装置优势资源的有效利用，达到节能降耗的目，节能效果显著，经济效益可观，符合“清洁生产，节能减排，提质增效”的需要。在乙苯原料充足，还可以将苯乙烯装置的脱氢单元重新开满负荷，提高产能，为企业创造更大的经济效益。
三、实现助力企业降本增效和推进技术发展
（一）能降耗成效显著
该项目投用至今，乙苯脱氢装置在90%负荷的情况下可消耗乙苯单元副产蒸汽11.11t/h，两套装置工艺运行参数正常、物料及蒸汽系统平衡、关键设备运行正常、所有分析数据符合设计要求。根据统计数据显示，可年节约1.0Mpag蒸汽11.21万吨，实现效益1435.6万元；装置能耗从原来的495kgoil/tSM，降低到324kgoil/tSM，节能4885.7t标煤，实现效益400万元，合计效益为1835.6万元。
（二）推动行业技术进步意义重大
两套苯乙烯装置联合运行节能工艺开发与应用技术的核心是不同工艺包的技术整合和升级。该技术是完全依靠基层工程技术人员自主创新、独立研发完成的，在国内外同行业尚属首例应用，具有独立的知识产权。为国内苯乙烯行业的科技进步和技术发展做出应有的贡献。