重油催化裂化裝置節(jié)能降耗措施分析與應(yīng)用

王 瑞，張 楊，彭國峰，王洪永

(中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 彭州 611930)

重油催化裂化裝置節(jié)能降耗措施分析與應(yīng)用

王 瑞，張 楊，彭國峰，王洪永

(中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 彭州 611930)

基于中國石油四川石化有限責(zé)任公司新建的2.5 Mt/a催化裂化裝置節(jié)能降耗的考慮，通過設(shè)計(jì)和運(yùn)行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化措施，裝置一次開車成功運(yùn)行12個(gè)月后，各項(xiàng)指標(biāo)能耗與設(shè)計(jì)值相比均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗下降0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗下降0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負(fù)能耗增加0.041 GJ/t，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t。按照裝置實(shí)際加工量2.5 Mt/a計(jì)算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

催化裂化 節(jié)能 降耗 分析

隨著石油能源需求的日益緊張和新環(huán)境保護(hù)法對煉油行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，作為煉油系統(tǒng)最大的能耗裝置，催化裂化裝置的節(jié)能降耗問題已經(jīng)成為提高石化公司經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，也對實(shí)現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)具有非常重要的作用。

中國石油四川石化有限責(zé)任公司(以下簡稱四川石化)10 Mt/a煉油與0.8 Mt/a乙烯煉化一體化工程中新建的2.5 Mt/a重油催化裂化主體裝置，由催化裂化裝置、產(chǎn)品精制單元和煙氣脫硫單元組成，裝置由中國石化洛陽石油化工工程公司設(shè)計(jì)，中國石油第六建設(shè)公司承建，原料來自加工哈薩克斯坦、南疆和北疆混合原油減壓渣油的渣油加氫脫硫(RDS)裝置，年開工時(shí)間8 400 h，操作彈性60%～110%，主要產(chǎn)品包括干氣、液化氣、汽油和柴油，設(shè)計(jì)綜合能耗2.004 GJ/t。

由資料[1-3]可知，催化裂化裝置綜合能耗的主要權(quán)重因素為燒焦能耗、電耗和蒸汽外送量。其中，催化裂化所產(chǎn)焦炭主要分為催化焦、可汽提焦、污染焦和附加焦，焦炭是催化裂化裝置中占比例最大的能耗，因此降低燒焦能耗是節(jié)能工作的重點(diǎn)；催化裂化裝置電耗在能耗結(jié)構(gòu)中占總能耗的8%～12%，減少電耗不但能降低裝置總能耗，還能起到減排二氧化碳的作用；裝置外送蒸汽是減少能耗的重要因素，多產(chǎn)蒸汽可有效降低能耗。本文就設(shè)計(jì)中的節(jié)能手段和運(yùn)行中的節(jié)能措施進(jìn)行探討，并對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。

1 設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

1.1 降低燒焦能耗措施

1.1.1 應(yīng)用低焦炭產(chǎn)率的工藝與設(shè)備 采用中國石化石油化工科學(xué)研究院的降低催化裂化汽油中烯烴含量的MIP-CGP工藝，提升管反應(yīng)器設(shè)計(jì)使用環(huán)形管進(jìn)料，平衡噴嘴流量與噴口處壓力；使用CS-Ⅱ型噴嘴，優(yōu)化噴嘴效果，改善原料油的霧化狀態(tài)，減少噴嘴處結(jié)焦；提升管反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少反應(yīng)生成油氣與催化劑的接觸時(shí)間，減少油氣在沉降器的停留時(shí)間；出口設(shè)置急冷油噴嘴，防止油氣過度裂化，抑制二次反應(yīng)；使用高效汽提擋板，強(qiáng)化汽提效果，減少催化劑表面的可汽提焦；提高提升管出口快速分離器分離效果，減少油氣在催化劑表面附著。

1.1.2 采用低焦炭產(chǎn)率的催化劑 采用低焦炭產(chǎn)率催化劑是降低能耗最直接有效的措施[4]，中國石化齊魯催化劑廠根據(jù)MIP-CGP工藝生產(chǎn)的MIP-CGP-1型催化劑采用新型高活性分子篩作為活性單元，結(jié)合分子篩晶粒高分散性和酸性優(yōu)化調(diào)變技術(shù)，顯著提高了分子篩裂化中心的利用率，增強(qiáng)了重油大分子高效選擇性裂化能力，可有效提高輕質(zhì)油收率，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。

1.2 降低電耗措施

1.2.1 煙機(jī)節(jié)電措施 煙氣輪機(jī)是催化裂化最重要的能量回收裝置，其運(yùn)行好壞對裝置電耗具有決定性作用。本裝置采用蘭州機(jī)械廠研制的YL33000A型煙氣輪機(jī)，具有適用于大焓降(煙機(jī)廠家設(shè)計(jì)文件提供)兩相流的新葉型(動(dòng)、靜葉)，通過對轉(zhuǎn)速、輪盤直徑、葉片高度、動(dòng)靜葉出氣角的合理匹配進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。兼顧減少葉片磨損，提高煙機(jī)效率兩方面的要求，使特大功率單級煙機(jī)效率不低于80%，雙級煙機(jī)效率不低于84%，有效實(shí)現(xiàn)煙氣的能量回收，節(jié)約電耗。

1.2.2 機(jī)泵和空冷器的節(jié)電措施 機(jī)泵和空冷器在催化裂化裝置內(nèi)數(shù)量較多，通過必要的節(jié)能手段和措施，可以降低全裝置電耗。對于流量或負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁的機(jī)泵和空冷器，例如原料油泵、塔頂循環(huán)油泵、回?zé)捰捅谩⒂蜐{泵和部分空冷電機(jī)，可以增加變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)泵流量或空冷負(fù)荷，達(dá)到節(jié)約電耗的目的。

1.3 多產(chǎn)蒸汽措施

1.3.1 余熱鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì) 為了最大限度利用煙氣熱能多產(chǎn)中壓蒸汽，設(shè)計(jì)省煤器和過熱器為積木式模塊化結(jié)構(gòu)，傳熱面采用傳熱效果較好的翅片管結(jié)構(gòu)，翅片管基管材質(zhì)采用抗彎曲、抗變形性能優(yōu)良的20G鋼，翅片材質(zhì)采用抗腐蝕性能強(qiáng)、傳熱效果優(yōu)良的ST12鋼，增大傳熱面積并避免省煤器露點(diǎn)腐蝕；設(shè)計(jì)采用蒸汽吹灰+激波吹灰聯(lián)合吹灰方案，即煙氣溫度較低、流速較慢和積灰較嚴(yán)重的省煤器段采用蒸汽吹灰器，利用其清除受熱面結(jié)渣性強(qiáng)的積灰和熔點(diǎn)低的掛渣都有良好作用的特性；煙氣溫度較高、流速較快和積灰不嚴(yán)重的過熱段采用激波吹灰器，利用其沖擊波能量大，既適合松散性積灰又適合黏結(jié)性積灰的特性。蒸汽吹灰器采用現(xiàn)場人工操作，激波吹灰器采用PLC控制，定期自動(dòng)吹灰。

1.3.2 蒸汽工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì) 本裝置設(shè)置4個(gè)壓力等級蒸汽，實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能逐級、高效利用：4.0 MPa中壓過熱蒸汽由余熱鍋爐單元產(chǎn)生，部分外輸至管網(wǎng)，部分供汽輪機(jī)使用；1.2 MPa飽和蒸汽由4.0 MPa中壓過熱蒸汽經(jīng)背壓式汽輪機(jī)產(chǎn)生，部分外輸，部分供催化裂化裝置自用；1.2 MPa過熱蒸汽由1.2 MPa飽和蒸汽經(jīng)再生器內(nèi)過熱盤管過熱至420 ℃后供裝置防焦、汽提使用；外輸1.2 MPa蒸汽經(jīng)公用工程減壓后打回氣體分離裝置使用，冷凝至凝結(jié)水罐外送管網(wǎng)。

2 操作中的節(jié)能措施

2.1 降低燒焦能耗措施

正常運(yùn)行時(shí)焦炭產(chǎn)率的多少與原料性質(zhì)有直接關(guān)系[5]，隨著原料中重質(zhì)渣油的含量增多，膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和重金屬含量也隨著增加，導(dǎo)致裝置焦炭產(chǎn)率上升，所以要嚴(yán)格控制上游裝置原料中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)含量指標(biāo)，控制原料殘?zhí)坎淮笥谠O(shè)計(jì)值；根據(jù)小型自動(dòng)加料系統(tǒng)均勻加入新鮮催化劑，嚴(yán)格控制再生催化劑活性在60左右，防止活性過高導(dǎo)致生焦量增大；準(zhǔn)確加注金屬鈍化劑，用預(yù)提升蒸汽+預(yù)提升干氣混合提升技術(shù)，干氣可部分鈍化重金屬防止催化劑失活，焦炭產(chǎn)率上升；“低溫進(jìn)料、大劑油比”操作[6]，進(jìn)料溫度不大于220 ℃，劑油比控制在5～7，防止過度裂化反應(yīng)，降低干氣和焦炭產(chǎn)率，提高液體收率；在正常加工負(fù)荷時(shí)，控制回?zé)挶炔淮笥?.05，停止油漿回?zé)?，減少回?zé)捰秃陀蜐{等結(jié)焦性能高的組分返回反應(yīng)器，減少焦炭產(chǎn)率同時(shí)增加原料處理量，液體收率增加，同時(shí)降低能耗；嚴(yán)格控制霧化蒸汽和汽提蒸汽用量，減少汽提量進(jìn)而減少燒焦量。

2.2 降低電耗措施

根據(jù)裝置實(shí)際運(yùn)行狀況，推算出主風(fēng)量與三機(jī)組電機(jī)電流有線性關(guān)系，即主風(fēng)多消耗100 m3/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，電機(jī)電流增加15 A，因此將再生煙氣氧含量控制在4%～5%，又可達(dá)到完全燒焦也可節(jié)約電耗；根據(jù)實(shí)際加工負(fù)荷，推算出再生器壓力與三機(jī)組電機(jī)電流有線性關(guān)系，即再生壓力每提高0.01 MPa，雙動(dòng)滑閥可關(guān)小1%(有裕度情況下)，電機(jī)電流增加15 A，因此可控制再生器壓力盡量高，有效降低電耗；正常生產(chǎn)時(shí)，余熱鍋爐單元中壓給水泵在80%生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)可實(shí)現(xiàn)單泵運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)在保證反吹效果時(shí)以最小負(fù)荷運(yùn)行，節(jié)電效果明顯；煙氣脫硫單元氧化罐關(guān)停鼓風(fēng)機(jī)[7]，用系統(tǒng)非凈化風(fēng)代替，可實(shí)現(xiàn)外排水COD合格，節(jié)約電耗75 kWh。

2.3 多產(chǎn)蒸汽措施

因?yàn)?.0 MPa中壓蒸汽對裝置綜合能耗具有很大貢獻(xiàn)，在運(yùn)行過程中總結(jié)出多種增產(chǎn)中壓蒸汽的操作方法：根據(jù)實(shí)際加工負(fù)荷，在保證吸收塔吸收效果的前提下，盡量控制吸收壓力低，有利于降低氣壓機(jī)出口壓力，可有效降低汽輪機(jī)4.0 MPa中壓蒸汽用量，或者通過提高塔頂循環(huán)量或降低塔頂循環(huán)溫度，減少冷回流量或停止冷回流來提高氣壓機(jī)入口壓力，亦可有效降低汽輪機(jī)4.0 MPa中壓蒸汽用量；關(guān)小甚至全關(guān)余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽至減溫減壓器閥門，最大限度多產(chǎn)中壓蒸汽；裝置低負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，在保證油漿固含量合格的前提下，適當(dāng)降低油漿外甩量，提高回?zé)挶龋商岣咴偕鷾囟?，增產(chǎn)4.0 MPa中壓蒸汽；高溫省煤器出水溫度在不高于250 ℃的情況下控制盡可能高一些，有利于蒸汽發(fā)生器多產(chǎn)蒸汽；經(jīng)過計(jì)算，余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽溫度每下降5 ℃，可提高出口減溫水用量，同時(shí)增產(chǎn)蒸汽3 t/h，因此在保證余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽溫度高于385 ℃(汽輪機(jī)入口溫度)、品質(zhì)合格的情況下，可以控制略低，達(dá)到增產(chǎn)蒸汽的目的；及時(shí)控制系統(tǒng)管網(wǎng)中壓蒸汽壓力不大于余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽壓力。

3 節(jié)能措施的實(shí)施效果分析

四川石化2.5 Mt/a催化裂化裝置于2014年1月一次開工成功，到目前為止，已正常運(yùn)行12個(gè)月，各項(xiàng)實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)單耗與設(shè)計(jì)單耗對比如表1所示。由表1可知，通過設(shè)計(jì)和運(yùn)行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，催化裂化裝置各項(xiàng)指標(biāo)能耗與設(shè)計(jì)值相比，均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅為0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅為0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負(fù)能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅為0.041 GJ/t，在部分參數(shù)能耗小幅度增加的情況下，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t，按照裝置實(shí)際加工量2.5 Mt/a計(jì)算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

表1 重油催化裂化裝置實(shí)際能耗與設(shè)計(jì)值對比 MJ/t

4 結(jié) 論

通過設(shè)計(jì)和運(yùn)行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化，四川石化催化裂化裝置一次開車成功運(yùn)行12個(gè)月后，各項(xiàng)指標(biāo)能耗與設(shè)計(jì)值相比，均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅為0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅為0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負(fù)能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅為0.041 GJ/t，在部分參數(shù)能耗小幅度增加的情況下，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t，按照裝置實(shí)際加工量2.5 Mt/a計(jì)算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

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ANALYSIS AND APPLICATION OF ENERGY SAVING MEASURES FOR 2.5 Mt/a FCC UNIT

Wang Rui， Zhang Yang， Peng Guofeng， Wang Hongyong

(Sichuan Petrochemical Co. Ltd.， CNPC， Pengzhou， Sichuan 611930)

The measures for optimal energy saving were suggested and applied for a new 2.5 Mt/a FCC unit of Sichuan Petrochemical Co. Ltd. The measures for energy saving optimized the coke rate， electricity consumption and steam production both in design and operation. The actual energy consumption after 12 months operation reduced significantly compared with the design values. The unit energy consumption of coking， electricity and 4.0 MPa steam production is reduced by 0.080 8 GJ/t， 0.030 1 GJ/t， and 0.041 GJ/t， respectively. The overall energy consumption of the FCC unit decreases by 0.124 GJ/t. The processing cost for the 2.5 Mt/a FCC unit can save ￥7.5 million/a. Both the energy saving and the economic efficiency are significant.

catalytic cracking； energy saving； energy consumption reduction； analysis

2015-01-27； 修改稿收到日期： 2015-03-05。

王瑞，碩士，工程師，主要從事煉油生產(chǎn)技術(shù)工作，已發(fā)表論文7篇。

王瑞，E-mail：raykame@petrochina.com.cn。