催化裂化裝置用能問(wèn)題分析與探討

黃明富　于型偉　王弘歷　李向進(jìn)?。ㄖ袊?guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

催化裂化裝置用能問(wèn)題分析與探討

黃明富于型偉王弘歷李向進(jìn)（中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院）

121.95%，雖然燒焦熱量大部分能夠回收利用，但仍有一部分熱量通過(guò)散熱、排煙等方式損失，是裝置能耗高的一項(xiàng)重要原因。焦炭產(chǎn)率主要由原料性質(zhì)和操作條件2方面的因素決定。混合原料的康氏殘?zhí)?、環(huán)烷烴、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)5.47%、35.09%、5.32%和1.59%，鎳和釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3.12 ug/g和1.10 ug/g，研究表明原料中康氏殘?zhí)康?0%～100%將轉(zhuǎn)化為焦炭，環(huán)烷烴、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、鎳和釩含量高相應(yīng)也會(huì)增加焦炭產(chǎn)率。分析認(rèn)為應(yīng)結(jié)合原油優(yōu)化和煉油生產(chǎn)全過(guò)程優(yōu)化，綜合解決催化原料性質(zhì)差的問(wèn)題，來(lái)提高裝置液收同時(shí)降低裝置能耗。

催化劑活性、原料霧化效果、催化劑汽提效果、反應(yīng)溫度和在提升管的提留時(shí)間是影響焦炭產(chǎn)率的主要操作因素。裝置反應(yīng)器采用2段提升管并聯(lián)操作，新鮮原料進(jìn)入一段提升管，回?zé)捰瓦M(jìn)入二段提升管，裝置經(jīng)技改后一段提升管加粗加長(zhǎng)了，核算原料經(jīng)過(guò)一段提升管的停留時(shí)間為3.11 s，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)停留時(shí)間1.6 s，回?zé)捰徒?jīng)過(guò)二段提升管的停留時(shí)間為2.18 s，也大于設(shè)計(jì)停留時(shí)間1.6 s。反應(yīng)停留時(shí)間長(zhǎng)是增加催化焦炭產(chǎn)率的操作因素之一。分析認(rèn)為應(yīng)重新對(duì)提升管進(jìn)行核算并改造，使反應(yīng)停留時(shí)間合適。

霧化蒸汽的作用是將原料霧化使之與催化劑充分接觸，霧化蒸汽量小原料不能充分反應(yīng)，焦炭產(chǎn)率會(huì)增加，霧化蒸汽量大浪費(fèi)能源且容易造成催化劑水熱失活。一段提升管和二段提升管的進(jìn)料量分別是164.5 t/h、46.5 t/h，霧化蒸汽的量分別是8.05 t/h、3.00 t/h，與進(jìn)料的比例分別為4.89%、6.45%。霧化蒸汽與進(jìn)料的比例最佳實(shí)踐值是4%，二段提升管霧化蒸汽的量均有一定的優(yōu)化空間?？煽紤]逐步降低霧化蒸汽量，監(jiān)測(cè)再生器床層的溫度變化來(lái)判斷霧化效果，若床層溫度上升較快，則說(shuō)明生焦量有所增加，霧化效果差，應(yīng)再適當(dāng)增加霧化蒸汽，若床層溫度變化不大，則說(shuō)明降低霧化蒸汽后對(duì)霧化效果影響不大。

催化劑汽提蒸汽的作用是利用蒸汽將催化劑孔隙中的油氣置換出來(lái)，減少裝 置焦炭產(chǎn)率，提高液收。裝置催化劑汽提蒸汽量為10.8 t/h，與進(jìn)料的比例是5.12%。催化劑汽提蒸汽與進(jìn)料的比例最佳實(shí)踐值是3%，催化劑霧化蒸汽存在一定的優(yōu)化空間。可考慮逐步降低汽提蒸汽的量，監(jiān)測(cè)再生器床層的溫度變化來(lái)判斷汽提效果，若床層溫度上升較快，則說(shuō)明降低汽提蒸汽后汽提效果變差焦炭產(chǎn)率增加了，若床層溫度變化不大，則說(shuō)明降低汽提蒸汽后對(duì)汽提效果影響不大。另外造成汽提蒸汽量大一個(gè)原因是蒸汽的溫度只有310℃，溫度越低汽提效果越差，可考慮增加再生器內(nèi)取熱器蒸汽過(guò)熱盤管的面積，來(lái)提高蒸汽過(guò)熱溫度，降低蒸汽消耗。

2.2煙氣能量回收系統(tǒng)用能問(wèn)題

煙機(jī)入口蝶閥的開度為51%，雙動(dòng)滑閥的開度為6%，根據(jù)煙機(jī)做功和主風(fēng)機(jī)受電等數(shù)據(jù)核算，煙氣經(jīng)雙動(dòng)滑閥走煙機(jī)旁路的量占總煙氣量的27.9%，即這部分煙氣沒(méi)有進(jìn)煙機(jī)做功直接進(jìn)入余熱鍋爐。煙機(jī)做功能力差導(dǎo)致主風(fēng)機(jī)需從電網(wǎng)受電2443 kW，為減少主風(fēng)機(jī)的耗電量，應(yīng)優(yōu)化再生器壓力控制方案，在保證能夠平穩(wěn)控制兩器壓力以及煙機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，通過(guò)關(guān)小雙動(dòng)滑閥的開度并增大煙機(jī)入口蝶閥的開度來(lái)增加煙機(jī)的做功減少主風(fēng)機(jī)受電，甚至實(shí)現(xiàn)對(duì)外輸電。

煙氣經(jīng)煙機(jī)做功后分2路分別進(jìn)入新余熱鍋爐和舊余熱鍋爐，新、舊余熱鍋爐的排煙溫度分別是220℃、200℃，排煙溫度均較高，排煙熱損失較大。新、舊余熱鍋爐排煙溫度偏高的主要原因是省煤器積灰嚴(yán)重傳熱效率降低，省煤器面積偏小換熱能力差，應(yīng)加強(qiáng)吹灰器吹灰頻率，整體更換省煤器模塊，來(lái)降低排煙熱損失。

3　分餾及換熱網(wǎng)絡(luò)用能問(wèn)題分析與探討

3.1分餾部分用能問(wèn)題

主分餾塔頂冷卻和頂循環(huán)取熱屬于低溫段取熱，一中循環(huán)、二中循環(huán)和油漿循環(huán)取熱屬于高溫段取熱。裝置高溫段取熱占全塔總?cè)崃康谋壤秊?7.89%，最佳實(shí)踐值為50%，分析認(rèn)為高溫段取熱量偏小，對(duì)應(yīng)低溫段取熱量偏大，分餾塔的熱量利用效率沒(méi)有達(dá)到最佳。經(jīng)模擬計(jì)算，通過(guò)降低頂循環(huán)量、一中循環(huán)量，開啟二中循環(huán)用于發(fā)生中壓蒸汽，二中循環(huán)取熱量可達(dá)到20.9 GJ/h，可發(fā)生約9 t/h的3.5 MPa飽和中壓蒸汽，見(jiàn)表2。

表2　主分餾塔取熱情況

3.2吸收穩(wěn)定系統(tǒng)用能問(wèn)題

富氣壓縮機(jī)為利舊設(shè)備，喘振較為嚴(yán)重，為防止壓縮機(jī)在喘振點(diǎn)附近操作不得不將反飛動(dòng)閥開度加大至20%以上，最佳實(shí)踐值約為5%，大量的壓縮富氣在打循環(huán)，無(wú)用功做的多，同時(shí)該壓縮機(jī)運(yùn)行效率較低，見(jiàn)表3。

表3　富氣壓縮機(jī)核算結(jié)果

從表3可以看出，富氣壓縮機(jī)一段和二段效率均較低。為徹底解決壓縮機(jī)喘振嚴(yán)重及效率低下的問(wèn)題，需根據(jù)富氣的組合和流量對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。在操作方面可降低壓縮機(jī)入口溫度和降低壓縮比即提高氣壓機(jī)入口壓力，保持壓縮機(jī)穩(wěn)定操作，盡量關(guān)小反飛動(dòng)閥的開度。

富氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平為凝氣式的，效率較低，3.5 MPa中壓蒸汽耗量為16.7 t/h，同時(shí)消耗大量的循環(huán)水。若改為背壓式的透平，可大幅提高效率，同時(shí)節(jié)約大量循環(huán)水消耗，但改為背壓式透平中壓蒸汽耗量會(huì)大幅度增加，同時(shí)輸出等量的低壓蒸汽，應(yīng)綜合考慮企業(yè)蒸汽平衡情況。

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)負(fù)荷較大，除處理本裝置的富氣和粗汽油外，還處理常減壓、重整、加氫裂化和異構(gòu)化等裝置不凝汽及輕油，應(yīng)優(yōu)化相關(guān)裝置操作減少不凝氣和輕油的產(chǎn)量，提高企業(yè)效益，降低能耗。

3.3換熱網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

頂循經(jīng)過(guò)換熱器E2206/AB、E2206/CD與熱水換熱，然后再經(jīng)換熱器E2212與循環(huán)水換熱后返塔，見(jiàn)圖1。

圖1　頂循換熱流程

模擬計(jì)算頂循37.07 GJ/h的熱量被熱水取走，剩余8.33 GJ/h的熱量通過(guò)循環(huán)水冷卻，被循環(huán)水冷卻的這部分熱量不僅沒(méi)有得到利用還消耗了大量的循環(huán)水。臨近氣體分離裝置的脫丙烷塔塔底溫度約103℃，再沸器用了5.6 t/h的低壓蒸汽，熱負(fù)荷約11.72 GJ/h。從溫位、距離、操作平穩(wěn)性和開工同步性等方面考慮，頂循與氣體分餾裝置熱聯(lián)合具有可行性，頂循與氣體分餾裝置熱聯(lián)合后再返回催化裝置走原有流程。頂循在操作方面可采用“大流量、小溫差”的方式，增加循環(huán)量提高返塔溫度，盡量減少循環(huán)水冷卻負(fù)荷。

一中先經(jīng)換熱器E2310作穩(wěn)定塔底再沸器熱源，再經(jīng)換熱器E2217與熱水換熱后返塔，見(jiàn)圖2。

圖2　一中換熱流程

一中43.69 GJ/h的熱量用于穩(wěn)定塔再沸器熱源后，剩余11.11 GJ/h的熱量通過(guò)熱水取走。一中溫位較高用于發(fā)生低溫?zé)崴?，熱量利用效率不高。同時(shí)熱水系統(tǒng)熱量過(guò)剩，還需要通過(guò)空冷控制熱水返回裝置取熱的溫度，夏季工況熱量過(guò)?，F(xiàn)象更為嚴(yán)重。吸收穩(wěn)定系統(tǒng)解吸塔塔底再沸器消耗了7.7 t/h的1.0 MPa蒸汽，負(fù)荷約17.75 GJ/h，可考慮在解吸塔塔底再增加1臺(tái)再沸器，取消一中與熱水換熱流程，利用一中這部分熱量作解吸塔再沸器的部分熱源，再利用解吸塔原有再沸器通過(guò)調(diào)整蒸汽量控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)節(jié)約蒸汽的目的。

4　結(jié)論

1）結(jié)合原油優(yōu)化和煉油生產(chǎn)全過(guò)程優(yōu)化，綜合解決催化原料性質(zhì)差的問(wèn)題，提高液收、降低能耗是該裝置節(jié)能增效的最大潛力點(diǎn)。

2）霧化蒸汽量、汽提蒸汽量、煙機(jī)做功量、余熱鍋爐排煙溫度、主分餾塔取熱、補(bǔ)充吸收劑量存在操作優(yōu)化的空間。

3）提升管、富氣壓縮機(jī)通過(guò)技術(shù)改造后以及頂循、一中換熱流程通過(guò)優(yōu)化改造后可大幅降低裝置能耗。

4）通過(guò)操作優(yōu)化和技術(shù)改造，預(yù)計(jì)能夠減少6 t/h低壓蒸汽消耗，增加8 t/h中壓蒸汽輸出，增加低溫?zé)彷敵?2.5 GJ/h，減少循環(huán)水消耗480 t/h，合計(jì)能夠降低裝置能耗9.17 kg/t。

（編輯杜麗華）

2016-01-27