山东玉皇化工（集团）有限公司的液化气综合利用项目——碳四异构化装置自开工以来，DIB塔运行蒸汽消耗在整个运行系统占比较大（约消耗19.5 t/h蒸汽），加工成本较高。与此同时，联合装置凝液回收系统需要汇集各凝液物流泵输至水处理精制单元，精制处理前需要使用循环水冷却至≯50℃（防止混床树脂在水处理过程造成损坏），热量未能有效利用，具有很大的回收价值。

实施方案

本次实施方案主要利用DIB塔操作需求低位热的有利条件，对凝液管网及DIB进料流程进行节能优化改造，最终达到余热充分利用和降低能耗。

首先，整合联合装置系统凝液引流至异构单元凝液缓冲罐，混合后约49 t/h、98℃凝结水自凝水泵出口引分支进入DIB塔釜加热器B进行第一次热量利用处理（由98℃利用至80℃），DIB塔釜A仍采用低压蒸汽加热。

其次，DIB塔增加一台进料预热器，利用DIB塔釜加热器B出口凝液流对DIB塔进料预热至55℃，使进料趋近于饱和态进塔，再进行二次热量利用，改造后的流程图如图所示。

塔器节能优化案例

节能优化分析
基础分析

未设置预热前工况：（1）物料组份wt%（取平均数）：正丁烷61.3%、丙烷0.81%和异丁烷37.89%；（2）罐区供料泵压力0.92~0.95 MPa，进塔前安装压力表检查0.8 MPa，年平均温度20℃；（3）DIB塔物料运行数据：F进料32 700 kg/h，回流比约10.5，回流量约135 t/h，塔底外采19 923 kg/h，塔顶外采12 777 kg/h；（4）DIB塔顶运行压力0.6~0.61 MPa，塔底0.66~0.68 MPa，塔板数138块，板间平均压降0.00 048 MPa，进塔口位于74#板；（5）相关物性参数如表1所示。

设置预热后状态变化

（1）物料组份不变；（2）罐区供料泵压力0.92~0.95 MPa，假定加设预热器后综合压降≯0.15 MPa，设计压降上限0.1 MPa来保留一定的操作空间，预热后温度初步设置55℃；（3）相关物性参数如表2所示。

热量衡算

节能优化前，根据能量守恒计算 公式  QF1+QH1+QL=QV+QW+Q损，  Q损此处忽略不计，得：
-2 610*32 700+QH1-2 600*135 000=149 777*（-2 325）-2 430*19 923，QH1=39 702 585kJ/h。其中，QF1为优化前进料携带总热量；QH1为优化前塔釜加热输入总热量；QL为回流进塔携带总热量；QV为塔顶气相采出携带总热量；QW为塔釜采出携带总热量。

节能优化后，根据能量守恒计算公 式QF2+QH2+QL=QV+QW+Q损， Q损此处忽略不计，得：
-2 500*32 700+QH2-2 600*135 000=149 777*（-2 325）-2 430*19 923，QH2=36 105 585kJ/h。其中，QF2为优化后进料携带总热量；QH2为优化后塔釜加热输入总热量；QL为回流进塔携带总热量；QV为塔顶气相采出携带总热量；QW为塔釜采出携带总热量。

进料预热需求热量按照已进料初始20℃（年均值）升温至55℃计算，为（Q2-Q1）*F=（-2 500+2 610）*32 700=3 597 000 kJ/h进料预热器计算根据优化条件取平均对数温差Δt，由公式得Δt=27.69℃，具体设置条件如下表3。

依据Q=Δt*K*S公式（K值取1 000），求出换热器换热面积S=Q/（Δt*K）=3 597 000/（27.69*1 000）=130m2；考虑1.3倍设计余量，实际选型换热面积为130*1.3=169m2。

效果分析

由优化前后塔釜加热器负荷降低值（QH1-QH2）计算，调整后塔釜热量需求降低3 597 000 kJ/h；推导出凝水用于DIB塔釜升温由98℃（410 kJ/kg）换热至80.5℃（337.6 kJ/kg）。凝水二次利用于DIB塔热量利用由80.5℃（337.6 kJ/kg）换热至50℃（210 kJ/kg），综合热量利用6 125 000 kJ/h；

49 000 kg/h*(337.6 kJ/kg-210 kJ/kg)=6 252 400 kJ/h。
凝结水由98℃利用至50℃，热量共回收  9 849 400 kJ/h；以循环水10℃（41 kJ/kg）温差计算，合计每小时减少9 849 400/41=240 229 kg/h的循环水冷却损耗。

效益预测

优化后热量共计回收9 849 400 kJ/h，按照蒸汽汽化热2 200 kJ/kg计算，节省蒸汽约4 477 kg/h（4.477 t/h）；按照蒸汽150元/t、每年运行8 000 h，年创效约4.477 t/h*150元/t*8 000 h=537.24万元。凝结水热量利用后循环水冷却损耗量降低240 229 kg/h；以循环水0.27元/t、每年运行8 000 h计算，可节约（240 229/1 000）*0.27*8 000=51.89万元。综上，年合计创效589.13万元。

综上所述，此次优化改造不对装置主流程进行变动，仅调整凝水换热网络并增加一台进料预热器，充分利用凝液余热。此外，优化后总体投资费用约15万元（包含设计费、设备材料及施工费用），投资回报期短，节能效果显著，每年正常生产可节省成本约为589.13万元。