連續(xù)液相柴油加氫裝置的能耗優(yōu)勢分析

董曉猛，黃寶才，范宜俊，李桂軍

(中國石化安慶分公司，安徽 安慶 246001)

連續(xù)液相柴油加氫裝置的能耗優(yōu)勢分析

董曉猛，黃寶才，范宜俊，李桂軍

(中國石化安慶分公司，安徽 安慶 246001)

將中國石化安慶分公司2.2 Mt/a連續(xù)液相柴油加氫裝置能耗與裝置設(shè)計值和傳統(tǒng)滴流床工藝能耗進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，采用具有中國石化自主知識產(chǎn)權(quán)的柴油液相循環(huán)加氫技術(shù)，具有傳統(tǒng)滴流床工藝無法比擬的低能耗優(yōu)勢。

連續(xù)液相 柴油加氫 能耗

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和人們環(huán)保意識的增強，世界各國對車用柴油質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格。歐盟已從2009年開始實施EN590：2099(簡稱歐Ⅴ)排放標(biāo)準(zhǔn)，要求柴油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10 μg/g[1]。我國自2010年1月1日開始在全國范圍內(nèi)實施國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)，要求柴油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于350 μg/g[2]，2015年1月1日開始在全國范圍內(nèi)實施國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)，要求柴油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50 μg/g[3]，目前國標(biāo)委明確了在2016年底全國強制實施國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著柴油質(zhì)量升級步伐的不斷加快，市場對超低硫清潔柴油需求將不斷增加。為此，中國石化安慶分公司(簡稱安慶分公司)新建了一套2.2 Mt/a柴油加氫裝置，設(shè)計以直餾柴油和焦化柴油為原料，在高溫高壓、氫氣以及催化劑的作用下脫除原料中的硫、氮等雜質(zhì)，生產(chǎn)滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的清潔柴油產(chǎn)品。該裝置采用中國石化石油化工科學(xué)研究院、中國石化工程建設(shè)有限公司、中國石化石家莊煉化分公司和安慶分公司聯(lián)合開發(fā)的連續(xù)液相柴油加氫(SLPH)技術(shù)[4]以及柴油超深度加氫脫硫RS-2000催化劑[5]。

安慶分公司2.2 Mt/a連續(xù)液相柴油加氫裝置于2013年1月30日建成正式中交，9月一次開車成功并生產(chǎn)出合格的柴油產(chǎn)品。2014年2月18日至2月20日進(jìn)行生產(chǎn)滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)柴油的技術(shù)標(biāo)定。本文主要對該連續(xù)液相柴油加氫裝置的能耗優(yōu)勢進(jìn)行分析。

1 連續(xù)液相柴油加氫裝置的工藝流程及節(jié)能措施

1.1 工藝流程

連續(xù)液相柴油加氫裝置工藝流程示意見圖1。混合原料油經(jīng)過過濾、預(yù)熱、升壓后與新氫混合，再經(jīng)加熱爐升溫后，與循環(huán)油混合，一起自下而上進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行加氫脫硫、脫氮等精制反應(yīng)。從反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物直接進(jìn)入熱高壓汽提分離器(熱高分)進(jìn)行氣液分離，從熱高分頂部出來的氣相組分經(jīng)冷卻后進(jìn)入冷低壓分離器(冷低分)進(jìn)行氣液分離，得到冷低分油和冷低分氣。從熱高分底部出來的液相組分中的一部分經(jīng)循環(huán)油泵升壓后進(jìn)入反應(yīng)器，另一部分冷卻至220 ℃后進(jìn)入熱低分進(jìn)行閃蒸分離，得到熱低分油和熱低分氣。熱低分氣經(jīng)冷卻后與冷低分氣一起去低分氣脫硫裝置。熱低分油與冷低分油混合后進(jìn)入產(chǎn)品分餾塔，得到粗石腦油和柴油。

1.2 節(jié)能措施

對連續(xù)液相柴油加氫裝置采取的主要節(jié)能措施包括6個方面：①采用循環(huán)液相加氫新工藝，取消了傳統(tǒng)滴流床技術(shù)中的高壓循環(huán)氫系統(tǒng)；新增了低揚程的循環(huán)油泵，減少了高壓蒸汽消耗；反應(yīng)進(jìn)料加熱爐出口汽化率低，降低了燃料氣消耗和加熱爐負(fù)荷。②優(yōu)化換熱流程，合理利用熱源，降低加熱爐出入口溫差；合理利用裝置熱量為氣體分離裝置提供熱源；利用雙殼程高效換熱器，減小冷熱流換熱溫差，提高換熱效率，節(jié)省換熱面積。③加熱爐設(shè)置余熱回收系統(tǒng)，回收煙氣余熱。④利用蒸汽發(fā)生器回收多余熱量。⑤需冷卻的物料及產(chǎn)品盡量選用空氣冷卻器，以節(jié)省用水。⑥新氫壓縮機采用無級調(diào)量系統(tǒng)，部分流量變化較大的泵、加熱爐引風(fēng)機和鼓風(fēng)機、空氣冷卻器采用變頻控制，節(jié)省電耗。

圖1 連續(xù)液相柴油加氫裝置工藝流程示意

2 連續(xù)液相加氫技術(shù)與傳統(tǒng)滴流床技術(shù)的異同點

傳統(tǒng)滴流床加氫技術(shù)與連續(xù)液相加氫技術(shù)分餾流程相同，不同點見表1。從表1可以看出，兩種技術(shù)主要有兩方面不同：第一，連續(xù)液相加氫技術(shù)取消了高壓循環(huán)氫系統(tǒng)，節(jié)省了循環(huán)氫壓縮機相關(guān)的蒸汽、電能等消耗；同時，注水和氣體脫硫系統(tǒng)相應(yīng)由高壓變?yōu)榈蛪海姾拇蠓冉档?；新增的循環(huán)油泵雖然流量大，但揚程低，電耗相對較?。?/p>

表1 連續(xù)液相加氫技術(shù)與傳統(tǒng)滴流床技術(shù)的不同點

第二，反應(yīng)器入口溫度通過高溫循環(huán)油與加熱爐出口物料直接混合，熱量利用效率高，消除了傳統(tǒng)滴流床技術(shù)靠換熱器加熱所帶來的換熱器熱效率的問題。

3 能耗分析

3.1 連續(xù)液相加氫裝置與傳統(tǒng)滴流床加氫裝置能耗的對比分析

為了進(jìn)一步比較連續(xù)液相加氫裝置在降低能耗方面的優(yōu)勢，將安慶分公司現(xiàn)有1.0 Mt/a傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置與2.2 Mt/a連續(xù)液相加氫裝置的能耗組成進(jìn)行了對比分析，結(jié)果見表2，其中1.0 Mt/a柴油加氫裝置能耗數(shù)據(jù)取自2013年5月標(biāo)定數(shù)據(jù)。安慶分公司現(xiàn)有1.0 Mt/a傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置設(shè)計加工催化裂化、焦化、催化裂解等二次加工柴油和直餾柴油，生產(chǎn)滿足國Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油產(chǎn)品，該裝置可作為傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置的代表。

從表2可以看出，安慶分公司2.2 Mt/a連續(xù)液相柴油加氫裝置的循環(huán)水消耗量為879 t/h，折合能耗為13.79 MJ/t，1.0 Mt/a傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置循環(huán)水消耗量為837 t/h，折合能耗為28.42 MJ/t，雖然連續(xù)液相加氫裝置的加工負(fù)荷為傳統(tǒng)滴流床加氫裝置的213%，但循環(huán)水消耗量卻只相差了42 t/h，實際上2.2 Mt/a連續(xù)液相柴油加氫裝置的循環(huán)水設(shè)計消耗量為519 t/h，由于施工單位將緊急放空冷卻器循環(huán)水接為一級循環(huán)水，而設(shè)計為新氫機接二級循環(huán)水，使得循環(huán)水的消耗量增加了360 t/h，剔除此因素后連續(xù)液相柴油加氫裝置的循環(huán)水消耗折合能耗為8.36 MJ/t，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)滴流床的28.42 MJ/t。這主要是由于一方面滴流床加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機采用1.3 MPa蒸汽冷凝式透平，需要消耗大量的循環(huán)水，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)滴流床技術(shù)的低分氣需要水冷卻后才能進(jìn)入循環(huán)氫壓縮機循環(huán)使用。此外，新建的連續(xù)液相加氫裝置采用了較多的空氣冷卻器，減少了循環(huán)水消耗。

表2 連續(xù)液相加氫裝置與傳統(tǒng)滴流床加氫裝置能耗對比

1) 2.2 Mt/a連續(xù)液相加氫裝置與1.0 Mt/a傳統(tǒng)滴流床加氫裝置的差值。

連續(xù)液相柴油加氫裝置的除氧水消耗量為15.81 t/h，折合能耗為23.41 MJ/t；傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置除氧水消耗量為2.87 t/h，折合能耗為8.78 MJ/t，液相柴油加氫裝置的能耗比傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置高14.63 MJ/t，主要原因是由于連續(xù)液相加氫裝置利用蒸汽發(fā)生器生產(chǎn)低壓蒸汽需要消耗除氧水以回收多余的熱量。

液相柴油加氫裝置生產(chǎn)1.3 MPa蒸汽13.44 t/h，折合能耗為-162.60 MJ/t，而傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置要消耗4.88 t/h的1.3 MPa蒸汽，折合能耗為125.82 MJ/t，液相柴油加氫裝置的能耗比傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置低288.42 MJ/t。這主要是由于傳統(tǒng)滴流床技術(shù)中，循環(huán)氫壓縮機需要消耗5 t/h的1.3 MPa蒸汽。

液相柴油加氫裝置的電消耗量為4 140 kWh，折合能耗為151.73 MJ/t，傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置電消耗量為2 151 kWh，折合能耗為168.04 MJ/t，液相柴油加氫裝置的能耗比傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置低16.3 MJ/t。液相加氫裝置雖然增加了兩臺循環(huán)油泵，但由于揚程小，且由于對部分流量變化大的設(shè)備增加了變頻控制措施，電耗有較大幅度降低。

液相柴油加氫裝置的燃料氣消耗量為1.730 t/h，折合能耗為238.26 MJ/t，傳統(tǒng)滴流床柴油加氫裝置燃料氣消耗量為0.215 t/h，折合能耗為69.39 MJ/t。主要原因是傳統(tǒng)滴流床加氫裝置的分餾塔塔底熱源采用蒸汽汽提方式汽提H2S，而液相加氫裝置為了克服蒸汽汽提導(dǎo)致柴油產(chǎn)品帶微量水的問題，塔底熱源采用加熱爐，增加了燃料消耗；另一方面，傳統(tǒng)加氫裝置是按滿足國Ⅲ柴油排放標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于350 μg/g的柴油，加熱爐出口溫度僅為297 ℃，而液相加氫裝置是按滿足國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50 μg/g的柴油，加熱爐出口溫度達(dá)353 ℃，兩者相差了46 ℃，但由于液相加氫裝置優(yōu)化了換熱流程，實際上反應(yīng)加熱爐消耗燃料只有0.48 t/h， 折合能耗為66.88 MJ/t，仍然比傳統(tǒng)滴流床裝置低2.51 MJ/t。

上述對比分析結(jié)果表明，與傳統(tǒng)滴流床加氫裝置相比，連續(xù)液相加氫裝置最主要是節(jié)省了蒸汽消耗，同時工藝流程優(yōu)化和變頻等節(jié)能措施的使用進(jìn)一步降低了電耗、充分利用了低溫?zé)?；但增加了新鮮水消耗和分餾爐的燃料氣消耗。總體上能耗降低了42%，降低幅度顯著。

3.2 連續(xù)液相加氫裝置標(biāo)定能耗與設(shè)計能耗的對比分析

2014年2月18—20日進(jìn)行裝置標(biāo)定，標(biāo)定期間能耗見表3。從表3可以看出，柴油加氫裝置標(biāo)定總能耗為232.41 MJ/t，略高于設(shè)計能耗(227.81 MJ/t)。這主要是由于標(biāo)定期間，柴油原料為來自于罐區(qū)的冷進(jìn)料，如果采用設(shè)計的熱供料，根據(jù)測算預(yù)計能耗能進(jìn)一步降低到167.2 MJ/t。

表3 連續(xù)液相加氫裝置標(biāo)定能耗

標(biāo)定期間裝置循環(huán)水消耗量為879 t/h，設(shè)計值為515 t/h，標(biāo)定值比設(shè)計值高364 t/h，折合能耗為5.43 MJ/t。循環(huán)水量增加的主要原因是緊急放空冷卻器循環(huán)水設(shè)計為新氫機為二級循環(huán)水，而實際為一級循環(huán)水。

標(biāo)定期間裝置1.3 MPa蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽13.44 t/h，設(shè)計值為20 t/h，標(biāo)定值比設(shè)計值低6.56 t/h，折合能耗為90.71 MJ/t。主要原因是原料進(jìn)料溫度低，設(shè)計進(jìn)料溫度為90 ℃，標(biāo)定期間原料進(jìn)料溫度僅為65 ℃，為了保證兩臺加熱爐的燃燒均勻，蒸汽發(fā)生器低負(fù)荷運轉(zhuǎn)，將更多的熱量轉(zhuǎn)移至原料油預(yù)熱，從而減少了蒸汽產(chǎn)量。另外從熱高壓分離器到反應(yīng)器的循環(huán)油泵進(jìn)出口閥門法蘭處臨時設(shè)置了蒸汽保護，增加了蒸汽消耗量約2 t/h。

標(biāo)定期間的燃料氣耗量為1.73 t/h，設(shè)計值為1.57 t/h，標(biāo)定值比設(shè)計值高0.16 t/h，折合能耗為3.34 MJ/t。這一方面是由于標(biāo)定期間原料的進(jìn)料溫度低，另一方面燃料氣的熱值低于設(shè)計燃料氣熱值。

標(biāo)定期間用電量為4 141 kWh，設(shè)計值為5 526 kWh，標(biāo)定值比設(shè)計值低1 385 kWh，折合能耗為78.17 MJ/t。標(biāo)定值比設(shè)計值低的主要原因是新氫機采用無級調(diào)量運行，加熱爐的鼓風(fēng)機和引風(fēng)機采用變頻運行，精確控制各空氣冷卻器冷后溫度，同時循環(huán)泵的循環(huán)比控制在1.5，低于設(shè)計循環(huán)比2.0。

標(biāo)定期間外送低溫?zé)? 256.77 MJ/h，設(shè)計值為13 566.6 MJ/h，標(biāo)定值比設(shè)計值低4 309.83 MJ/h。設(shè)計的柴油產(chǎn)品低溫?zé)峁┙o氣體分離裝置，溫度由137.5 ℃降至110 ℃，而標(biāo)定期間柴油產(chǎn)品溫度由131 ℃降至107 ℃。這主要是由于對產(chǎn)品分餾塔采取了降壓降溫操作，設(shè)計分餾塔的操作壓力為0.2 MPa，塔底溫度為300 ℃，而實際操作壓力為0.16 MPa，塔底溫度為285 ℃，塔底溫度的下降必然會導(dǎo)致副產(chǎn)1.3 MPa蒸汽量的下降，外供低溫?zé)崃繙p少。

標(biāo)定期間直供料熱量為937.10 MJ/h，設(shè)計值為5 623.02 MJ/h，直供料熱量比設(shè)計值低4 685.92 MJ/h，這主要與進(jìn)料溫度偏低有關(guān)。

4 結(jié) 論

安慶分公司連續(xù)液相柴油加氫裝置的標(biāo)定結(jié)果表明，裝置設(shè)計合理，能耗僅為232.41 MJ/t，略高于設(shè)計能耗(227.81 MJ/t)，如果裝置按照設(shè)計全部為熱進(jìn)料，則運行能耗將低于設(shè)計值。連續(xù)液相柴油加氫裝置由于采用循環(huán)液相加氫新工藝，取消了傳統(tǒng)滴流床技術(shù)中的高壓循環(huán)氫系統(tǒng)，能耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)滴流床工藝400.86 MJ/t的平均能耗水平，能耗降低了42%，具有顯著的低能耗優(yōu)勢。

[1] EN 590：2009.Automotive Fuels-Diesel-Requirements and Test Methods[S].2009

[2] GB 19147—2009.車用柴油[S].2009

[3] GB 19147—2013.車用柴油[S].2013

[4] 郝振岐，梁文萍，肖俊泉，等.柴油液相循環(huán)加氫技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2013，44(12)：20-22

[5] 葉立峰，楊勇，吳遠(yuǎn)明，等.RS-2000催化劑在中國石化鎮(zhèn)海煉化分公司柴油加氫裝置的工業(yè)應(yīng)用[J].石油煉制與化工，2013，44(6)：49-52

ADVANTAGE OF CONTINUOUS LIQUID PHASE DIESEL HYDROGENATION IN ENERGY CONSUMPTION

Dong Xiaomeng， Huang Baocai， Fan Yijun， Li Guijun

(SINOPEC Anqing Branch Company，Anqing，Anhui 246001)

The advantages in energy consumption of continuous liquid phase diesel hydrogenation technology developed by SINOPEC with own intellectual property rights were analyzed. The results show that continuous liquid phase diesel hydrogenation technology has an incomparable advantage in low energy consumption over traditional trickle bed process.

continuous liquid phase； diesel hydrogenation； energy consumption

2014-12-16； 修改稿收到日期： 2015-03-28。

董曉猛，大學(xué)本科，高級工程師，從事加氫工藝管理工作。

董曉猛，E-mail：dongxm.aqsh@sinopec.com。