杜建文

（中國石化巴陵石化分公司，湖南岳陽 414014）

苯乙烯是重要的基本有機化工原料，廣泛用于生產(chǎn)聚苯乙烯樹脂、苯乙烯—丙烯腈共聚物、不飽和聚酯、丁苯橡膠、丁苯膠乳以及苯乙烯系熱塑性彈性體等塑料、樹脂和合成橡膠產(chǎn)品，其中聚苯乙烯是苯乙烯最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，苯乙烯還可用于制藥、染料、農(nóng)藥及選礦等行業(yè)[1]。

目前，工業(yè)化苯乙烯生產(chǎn)方法主要有乙苯脫氫法、苯乙烯—環(huán)氧丙烷聯(lián)產(chǎn)法、選擇氧化脫氫法、裂解汽油抽提法等，新開發(fā)的CO2氧化脫氫制苯乙烯、乙醇直接烴化制苯乙烯等新技術(shù)工業(yè)應(yīng)用較少[2]。其中，乙苯脫氫法產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的90%，其他技術(shù)所產(chǎn)苯乙烯數(shù)量約占10%。催化脫氫法苯乙烯生產(chǎn)工藝主要以國外的Lummus/UOP工藝、Fina/Badger工藝和國內(nèi)近年來中國石化開發(fā)的ST技術(shù)為主；乙苯共氧化法（PO/SM）由Halcon公司開發(fā)。因國內(nèi)苯乙烯生產(chǎn)企業(yè)所采用的工藝技術(shù)不盡相同，所采用的原料也各有特色，在很長一段時期內(nèi)沒有形成統(tǒng)一的能耗核算方法，各企業(yè)苯乙烯裝置能耗可比性不強。因此，文章結(jié)合2015年9月國家發(fā)布的GB 32053—2015《苯乙烯單位產(chǎn)品能源消耗限額》和各企業(yè)苯乙烯生產(chǎn)裝置實際運行情況，對苯乙烯單位產(chǎn)品能耗進行了對比分析，以期為苯乙烯裝置節(jié)能工作提供參考。

1 單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)及計算范圍

1.1 乙苯脫氫制苯乙烯技術(shù)單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)

GB 32053—2015明確了適用于乙苯脫氫法（純乙烯法和干氣法）和共氧化法苯乙烯生產(chǎn)企業(yè)單位產(chǎn)品能耗的計算、考核以及對新建或改擴建項目的能耗控制。其中純乙烯法是指以苯和乙烯為原料，經(jīng)烷基化反應(yīng)生產(chǎn)乙苯的工藝路線；干氣法是指以苯和脫硫后的精制干氣為原料，經(jīng)烷基化反應(yīng)生產(chǎn)乙苯的工藝路線；乙苯脫氫法是指經(jīng)純乙烯法或干氣法制得乙苯后，乙苯脫氫制取苯乙烯的工藝路線。兩種工藝的單位產(chǎn)品能耗限定值、準(zhǔn)入值和先進值指標(biāo)及適用范圍具體見表1。

表1 乙苯脫氫法單位產(chǎn)品綜合能耗

1.2 能耗統(tǒng)計范圍及計算方法

GB 32053—2015明確了苯乙烯產(chǎn)品綜合能耗包括生產(chǎn)系統(tǒng)能耗、輔助系統(tǒng)能耗和附屬生產(chǎn)系統(tǒng)能耗。其中，乙苯脫氫法生產(chǎn)系統(tǒng)能耗包括苯和乙烯或精制干氣烷基化單元、乙苯精制單元、乙苯脫氫單元和苯乙烯精餾單元等工藝過程的能耗；輔助生產(chǎn)系統(tǒng)能耗是指為生產(chǎn)系統(tǒng)服務(wù)的供電、機修、供水、供氣、供熱、制冷、儀修、照明、庫房和廠內(nèi)原材料場地以及安全、環(huán)保、節(jié)能等裝置及實施的能耗；附屬生產(chǎn)系統(tǒng)能耗是指為生產(chǎn)系統(tǒng)專門配置的調(diào)度室、辦公室、操作室、控制室、休息室、更衣室、澡堂、中控分析、產(chǎn)品檢驗、維修工段等設(shè)施的能耗。另外，還明確綜合能耗計算應(yīng)符合GB/T 2589—2008標(biāo)準(zhǔn)。

2 乙苯脫氫法（干氣法）生產(chǎn)苯乙烯的能耗分析

2.1 能耗分析的相關(guān)說明

2.1.1 副產(chǎn)物及余熱回收的相關(guān)能耗分析

某苯乙烯裝置在計算能耗時，沒有將作為該裝置燃料使用的脫氫尾氣（或經(jīng)過PSA提純氫氣后的解析氣）計為苯乙烯的生產(chǎn)能耗，另外還將焦油作為負(fù)能耗在生產(chǎn)能耗中予以扣減；像脫氫尾氣、焦油、甲苯等副產(chǎn)物是否參與能耗計算，在GB 32053—2015中沒有明確說明，有待進一步探討。但在NB/SH/T 5001.1—2013《石化行業(yè)能源消耗統(tǒng)計指標(biāo)及計算方法 煉油》標(biāo)準(zhǔn)3.2.3條款，煉油能源消耗統(tǒng)計包括燃料（含催化燒焦）、電、蒸汽及耗能工質(zhì)（僅包括水），但不包括作為原料用途的能源；按照NB/SH/T 5001.2—2013《石化行業(yè)能源消耗統(tǒng)計指標(biāo)及計算方法 乙烯》標(biāo)準(zhǔn)2.1條款，對乙烯裝置能源消耗量的定義為統(tǒng)計報告期內(nèi)，乙烯裝置在生產(chǎn)過程中實際消耗的各種燃料、蒸汽、電及耗能工質(zhì)的實物量，按規(guī)定的計算方法和單位分別折算為標(biāo)準(zhǔn)油的總和。因此，建議將乙苯脫氫尾氣作為自用燃料的裝置在計算能耗時將脫氫尾氣納入能耗計算范圍，將焦油等副產(chǎn)物納入產(chǎn)品范疇，不作為能耗輸出抵扣。

某12萬噸/年苯乙烯裝置（簡稱C裝置）中，利用變壓吸附工藝對脫氫尾氣中的氫氣進行了回收，經(jīng)統(tǒng)計測算，2016年全年生產(chǎn)苯乙烯12萬噸，回收氫氣2 530噸作為副產(chǎn)品，回收解析尾氣3 680噸作為該裝置的燃料，折合噸苯乙烯副產(chǎn)脫氫尾氣中約0.030 7噸PSA解析氣均作為苯乙烯裝置蒸汽過熱爐的燃料。另外，根據(jù)解析氣的單組分計算其加權(quán)平均熱值約為11 931.7 MJ/t。

在GB 32053—2015的5.1.3中“回收利用苯乙烯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱、余能及化學(xué)反應(yīng)熱，不計入能耗中。如果該余熱、余能及化學(xué)反應(yīng)熱等供統(tǒng)計范圍以外其他裝置利用的，應(yīng)按實際利用的能量從系統(tǒng)中扣除”，因苯乙烯裝置蒸汽凝液有富余，在設(shè)計中作為能源輸出項。

2.1.2 電能的能源折算取值問題及說明

在電的能源折算中，不同標(biāo)準(zhǔn)的折算系數(shù)不統(tǒng)一，如根據(jù)GB/T 2589—2008和GB 32053—2015相關(guān)附表，折算值為3.6 MJ/kW·h（0.086 kgEO）；根據(jù)GB/T 50441—2007《石油化工設(shè)計能耗計算標(biāo)準(zhǔn)》折算值為10.89 MJ/kW·h（0.26 kgEO）；在NB/SH/T 5001.1—2013和NB/SH/T 5001.2—2013《石化行業(yè)能源消耗統(tǒng)計指標(biāo)及計算方法》相關(guān)附表中，電力能耗折算值為9.76 MJ/kW·h（對應(yīng)能源折算值0.233 kgEO）。為統(tǒng)一計算，表2、表3分別列出了兩家企業(yè)建設(shè)和運行某乙苯脫氫法（干氣法）生產(chǎn)苯乙烯的乙苯裝置和苯乙烯裝置相關(guān)能耗情況，其中電力能耗換算均按GB/T 2589—2008標(biāo)準(zhǔn)計取。

2.2 乙苯脫氫法（干氣法）單位產(chǎn)品綜合能耗分析

2.2.1 設(shè)計及運行能耗情況

單位苯乙烯產(chǎn)品綜合能耗消耗值為干氣制乙苯和乙苯脫氫制苯乙烯兩個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，通常乙苯生產(chǎn)單元和苯乙烯生產(chǎn)單元之間可充分利用熱供料、低溫?zé)崂脙?yōu)化等聯(lián)合布置，但從產(chǎn)業(yè)布局等方面考慮也可分開建設(shè)和運營管理。另外，國內(nèi)部分裝置的乙苯和苯乙烯單元分別選用不同專利商的工藝技術(shù)，且分別由不同的工程公司進行工程設(shè)計。因此，有必要單獨對乙苯和苯乙烯裝置能耗情況進行分析。表2列出了某12萬噸/年乙苯裝置（干氣法）設(shè)計能耗與運行能耗對比，該催化干氣制乙苯裝置選用國內(nèi)典型的第三代氣相法催化干氣稀乙烯制乙苯技術(shù)。表3列出了某12萬噸/年苯乙烯裝置（干氣法）設(shè)計能耗與運行能耗對比，該乙苯脫氫制苯乙烯裝置選用中國石化自主開發(fā)的負(fù)壓絕熱脫氫ST技術(shù)，并首次開發(fā)應(yīng)用了順序分離恒沸熱回收節(jié)能新技術(shù)。該節(jié)能技術(shù)主要特點是脫氫液分離采用順序切割方法，即先進行苯、甲苯/乙苯、苯乙烯分離，再進行乙苯/苯乙烯分離和苯/甲苯分離，最后進行苯乙烯分離；乙苯/苯乙烯分離采用共沸精餾技術(shù)，塔頂冷凝器的熱量用來蒸發(fā)乙苯和水的共沸物，提供反應(yīng)器氣相進料，即可節(jié)省乙苯蒸發(fā)所需蒸汽，又可節(jié)省塔頂冷凝用循環(huán)水，以達到節(jié)能的目的。另外，該苯乙烯裝置的工程范圍基本涵蓋了能耗計算的范圍，具體不一一敘述。

表2 某12萬噸/年乙苯裝置（干氣法）公用工程消耗及能耗

表3 12萬噸/年苯乙烯（乙苯脫氫法）裝置公用工程消耗及能耗

從表2、表3的設(shè)計能耗和運行能耗來看，單位苯乙烯產(chǎn)品（從苯/干氣到苯乙烯產(chǎn)品全過程）的設(shè)計綜合能耗為 459.78 kgEO/t，2016年實際運行的綜合能耗為440.59 kgEO/t，符合新建或改擴建裝置單位產(chǎn)品綜合能耗準(zhǔn)入值≤485 kgEO/t要求，但距先進值≤435 kgEO/t還有一定差距。

2.2.2 設(shè)計與運行能耗簡要分析

乙苯裝置2016年生產(chǎn)負(fù)荷約為設(shè)計符合的60%，運行期間噸乙苯產(chǎn)品的綜合能耗為173.86 kgEO/t，略低于176.33 kgEO/t的設(shè)計指標(biāo)。綜合分析來看，在60%生產(chǎn)負(fù)荷下，能耗仍低于設(shè)計能耗說明裝置設(shè)計及運行處于較高的技術(shù)水平。如裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)，循環(huán)水和電耗等可進一步降低能耗。

苯乙烯裝置2016年生產(chǎn)負(fù)荷為100%，運行期間噸苯乙烯產(chǎn)品的綜合能耗為266.73 kgEO/t（扣除PSA相關(guān)能耗），低于283.46 kgEO/t的設(shè)計指標(biāo)；因該乙苯裝置和苯乙烯裝置分開建設(shè)和運營，乙苯通過長輸管道轉(zhuǎn)運至乙苯原料罐區(qū)而不能實現(xiàn)乙苯熱供料至苯乙烯裝置，按乙苯從90℃降低至25℃測算，每小時的熱損失約為1.79 GJ，對噸苯乙烯產(chǎn)品的能耗影響為119.3 MJ，與乙苯—苯乙烯聯(lián)合裝置同比折算要增加能耗2.85 kgEO/t；另外，目前運行中脫氫液經(jīng)中間罐區(qū)靜置脫水后再進分離單元也存在20℃左右的熱損失，折合每小時需補充熱量約947 MJ，對噸苯乙烯產(chǎn)品能耗影響約63.12 MJ（1.51 kgEO/t）；裝置截至2016年12月催化劑已運行44個月，較裝置運行前期水比有所提高，乙苯轉(zhuǎn)化率有所降低，能耗也相對偏高。綜合來看，該裝置綜合能耗仍低于設(shè)計能耗，說明裝置設(shè)計及運行處于較高的技術(shù)水平，如運行負(fù)荷及能量優(yōu)化能進一步改善，單位苯乙烯產(chǎn)品（從苯/干氣到苯乙烯產(chǎn)品全過程）的綜合能耗有望優(yōu)于先進值水平。

3 部分苯乙烯裝置能耗簡要對比

部分苯乙烯裝置能耗簡要對比見表4。某A苯乙烯裝置設(shè)計規(guī)模為8.5萬噸/年，正常開車工況時苯乙烯單元副產(chǎn)脫氫尾氣作為蒸汽過熱爐燃料，設(shè)計噸苯乙烯副產(chǎn)脫氫尾氣0.045 3噸，能量折算值按68 533 MJ/t換算，噸苯乙烯副產(chǎn)脫氫尾氣所貢獻的熱值為3 051.73 MJ。統(tǒng)一相關(guān)能耗計算規(guī)則后，由表4可知，該裝置噸苯乙烯產(chǎn)品的綜合能耗為324.05 kgEO/t，在101%生產(chǎn)負(fù)荷下的能耗水平與設(shè)計值基本吻合。某B苯乙烯裝置設(shè)計規(guī)模為10萬噸/年，在某運行周期的裝置生產(chǎn)負(fù)荷在60%左右時，裝置能耗較設(shè)計能耗偏離較大；另外，可能受計量因素等制約，蒸汽凝液等未作為輸出能源抵扣裝置能耗也是運行能耗偏高的因素之一。某C裝置的相關(guān)情況已在前文詳細分析，在此不再敘述。因未對D裝置進行詳細調(diào)研，在此僅分析了設(shè)計相關(guān)指標(biāo)。

從四個不同裝置的設(shè)計和運行能耗分析來看，C和D裝置采用順序分離＋恒沸熱回收技術(shù)的能耗水平基本相當(dāng)，但C和D裝置的能耗明顯低于采用中國石化常規(guī)ST技術(shù)的A和B裝置，比如C裝置采用節(jié)能新工藝的運行能耗較A裝置降低了17.69%，節(jié)能效果較為明顯。

4 結(jié)論及建議

通過對國內(nèi)干氣法乙苯脫氫制苯乙烯工藝相關(guān)裝置的設(shè)計和實際運行能耗進行了簡要的統(tǒng)計和分析，并列出了能耗計算的范例。相關(guān)分析表明，相關(guān)裝置能耗均符合《苯乙烯單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB 32053—2015）要求。

表4 部分苯乙烯裝置能耗簡要對比

在GB 32053—2015中，乙苯脫氫法（純乙烯法）的新建或改擴建裝置單位產(chǎn)品綜合能耗準(zhǔn)入值為≤285 kgEO/t，而目前干氣法乙苯脫氫制苯乙烯技術(shù)僅苯乙烯單元的單位產(chǎn)品能耗就與其相當(dāng)乃至高于其能耗指標(biāo)，需進一步開展節(jié)能降耗研究。

建議在GB 32053—2015基礎(chǔ)上進一步完善能耗計算指標(biāo)和方法，如對電能的能耗換算系數(shù)進行統(tǒng)一，增加各裝置間能耗數(shù)值的可比性。