淺析催化裂化裝置節(jié)能降耗的有效措施

梁棟 蔡冬珠 王琴 周軍 孫有房

（中國石油塔里木油田分公司塔西南石化廠）

引言

隨著原油價(jià)格的不斷攀升，為降低煉油成本，滿足節(jié)能減排的時(shí)代要求，降低催化裂化過程的能量消耗已成為各煉廠追求目標(biāo)。在此背景下，各種節(jié)能技術(shù)措施相繼涌現(xiàn)，使催化裂化裝置能耗持續(xù)降低，為企業(yè)降本增效、節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)。

催化裂化裝置用能具有總輸入能多，低溫?zé)岫啵羝昧慷喽稚?，可回收利用能?shù)量大等特點(diǎn)[1]。通過催化裂化裝置用能分析，必須采取針對性措施，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，盡可能回收能量，增加能量外輸，全方位降低能耗。

表1 塔西南石化廠催化裂化裝置能耗結(jié)構(gòu)

由表1可知，燒焦、電能和蒸汽消耗占到催化裂化裝置總能耗的91%，因此，針對催化裂化裝置的能耗開展節(jié)能降耗工作很有必要。

1 降低催化裂化反應(yīng)過程中的焦炭產(chǎn)率

催化裂化所產(chǎn)焦炭主要分為催化焦、劑油比焦、污染焦和附加焦。催化劑表面結(jié)的焦炭就是這四種焦的總和。焦炭是催化裂化裝置中占比重最大的能耗，在催化裂化裝置總能耗中所占比例超過100%，由于焦炭能耗高，因此成為裝置節(jié)能的重點(diǎn)。

1.1 工藝設(shè)備應(yīng)用

降低焦炭產(chǎn)率的工藝設(shè)備，主要集中在預(yù)提升段、原料噴嘴、提升管出口快分、汽提段等處。目前新型工藝設(shè)備較多，利用這些工藝設(shè)備可改善提升管催化劑流化狀態(tài)，改變原料、尤其是重質(zhì)原料的霧化狀態(tài)，縮短反應(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，強(qiáng)化汽提段汽提效果，盡量減小催化劑表面的可汽提焦[2]。

1）選用高效原料油霧化噴嘴。采用高效原料油霧化噴嘴（CS-Ⅱ）能夠有效改善原料油霧化效果，使原料油霧滴與催化劑均勻接觸，原料油汽化速度快、死區(qū)少，降低生焦率。嚴(yán)格控制霧化蒸汽量占原料量6%～8%，使霧化粒徑分布均勻，平均粒徑減小，從而在催化裂化裝置運(yùn)行過程中，減少干氣和焦炭產(chǎn)率，提高輕質(zhì)油收率，減輕反應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)焦。

2）對提升管出口快分系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)設(shè)備使用年限定期更換沉降器內(nèi)提升管粗旋及頂旋，提高油氣和催化劑分離速度，盡可能縮短油氣在沉降器內(nèi)的停留時(shí)間，減少二次反應(yīng)，抑制輕質(zhì)油再分解。盡可能做到“三快”，即快速分離、快速汽提、快速導(dǎo)出。

1.2 原料優(yōu)化工藝

焦炭產(chǎn)率的大小與原料性質(zhì)的關(guān)系很大。催化裂化裝置以常壓渣油作為原料，采用油漿全回?zé)挷僮鳎现械哪z質(zhì)、瀝青質(zhì)和重金屬含量也隨之增加，原料殘?zhí)烤S持在6%，原料密度為920 kg/m3,這些都會(huì)導(dǎo)致裝置焦炭產(chǎn)率上升，所以要重視催化裂化裝置原料的優(yōu)化。

1）控制合理的回?zé)挶?。該裝置采用油漿全回?zé)挷僮鳎蜐{的裂化性能比新鮮原料低得多，而其結(jié)焦性能卻比新鮮原料高出2～4倍，須嚴(yán)格控制回?zé)挶?。在相同的焦炭產(chǎn)率下，可以增加裝置原料處理量，在增加產(chǎn)品收率的同時(shí)降低能耗。

2）根據(jù)加工負(fù)荷優(yōu)化預(yù)提升介質(zhì)量。為保證提升管線速要求，盡量縮短反應(yīng)時(shí)間，減少產(chǎn)品二次裂化，降低氣體和焦炭產(chǎn)率，在加工負(fù)荷偏低（不足400 t/d）時(shí)，可適當(dāng)增加預(yù)提升介質(zhì)量，利用蒸汽、干氣混合物作為提升介質(zhì)，減小高溫催化劑溫降，降低氣壓機(jī)壓縮負(fù)荷。預(yù)提升線速可控制在3～4 m/s范圍內(nèi)。

3）改善汽提效果，選擇合適的汽提蒸汽量。提高汽提蒸汽量保證汽提效果使流速增加，同時(shí)也增加了催化劑的返混，減少焦炭生成。沉降器料位通過待滑閥自動(dòng)控制，汽提蒸汽從上到下按照1∶1∶4的比例進(jìn)行控制。

4）投用提升管終止劑。在提升管的中上段打入終止劑，既有利于提高劑油比，又可以作為在開工階段提升管噴原料前提高沉降器頂部溫度的手段，有效減少沉降器頂部開工冷凝焦的產(chǎn)生[3]。

5）優(yōu)化噴嘴進(jìn)料方式。針對實(shí)際加工負(fù)荷偏低的現(xiàn)狀，通過調(diào)整原料進(jìn)料位置縮短油氣停留時(shí)間，減少二次反應(yīng)。使用原料與回?zé)捰突旌线M(jìn)料，提高原料預(yù)熱溫度，降低原料黏度，改善噴嘴霧化效果減少結(jié)焦。

2 降低電耗

據(jù)統(tǒng)計(jì)，催化裂化裝置電耗在能耗結(jié)構(gòu)中占裝置總能耗的10%左右，減少電能消耗不僅降低裝置能耗，還能起到減排CO2的作用[4]。降低電耗可考慮以下措施：機(jī)泵和空冷器與主風(fēng)機(jī)組相比，雖然功率較小，但是由于機(jī)泵和空冷器的數(shù)量較多，通過必要的節(jié)能手段，仍然可以降低全裝置的電耗，從而降低生產(chǎn)成本。對于流量或負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁的機(jī)泵，如原料泵、頂循環(huán)泵和部分空冷電動(dòng)機(jī)，可以增加變頻器，通過調(diào)節(jié)變頻器而調(diào)節(jié)機(jī)泵流量或空冷負(fù)荷，達(dá)到節(jié)電目的。實(shí)施柴油、封油流程優(yōu)化改造，在夏季生產(chǎn)中將封油強(qiáng)制循環(huán)改為自循環(huán)，這樣能節(jié)約1臺(tái)柴油泵電量。

3 增加蒸汽產(chǎn)量

催化裂化裝置由于熱量過剩，蒸汽產(chǎn)量較多。油漿蒸汽發(fā)生器、外取熱器及余熱鍋爐均作為產(chǎn)汽設(shè)備，原設(shè)計(jì)所產(chǎn)蒸汽除滿足反應(yīng)及氣壓機(jī)用汽外，多余的將外供系統(tǒng)。目前，由于加工負(fù)荷偏低及系統(tǒng)蒸汽壓力與裝置蒸汽壓力不匹配造成無法外輸。

1）提高富氣壓縮機(jī)入口壓力。 目前，大多數(shù)催化裂化裝置均采用背壓式汽輪機(jī)帶動(dòng)富氣壓縮機(jī)，如果能夠提高富氣壓縮機(jī)壓力，就能減少汽輪機(jī)的耗汽量。減少或停用分餾塔冷回流量，也能降低分餾塔的壓降，這既可降低分餾塔頂?shù)睦鋮s負(fù)荷，又可提高氣壓機(jī)的入口壓力。

2）優(yōu)化外取熱器密相運(yùn)行。外取熱器密相操作后，上中下各側(cè)6只熱電偶溫差在100℃之內(nèi)，取熱負(fù)荷可根據(jù)加工負(fù)荷、原料性質(zhì)變化作靈活調(diào)整，通過調(diào)整流化風(fēng)量控制外取熱器產(chǎn)汽負(fù)荷；由外取熱器下滑閥開度控制燒焦罐的起始溫度為660～670℃，較好控制再生劑定碳，保證催化劑燒焦效果及微反活性；調(diào)整外取熱器上滑閥控制取熱負(fù)荷及催化劑藏量，使外取熱器產(chǎn)汽量滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷要求。

4 加強(qiáng)裝置間熱聯(lián)合

隨著煉廠復(fù)雜程度逐漸加深設(shè)備檢修質(zhì)量不斷提高，這為裝置之間的熱聯(lián)合提供了必要條件。裝置之間可以通過提高熱聯(lián)合程度降低各自裝置的能耗，從而降低全廠總能耗。裝置之間的熱聯(lián)合要與煉廠整體優(yōu)化相結(jié)合，與上下游裝置相結(jié)合。

4.1 催化裂化裝置與常壓蒸餾裝置的熱聯(lián)合

常壓蒸餾裝置為催化裂化裝置提供了生產(chǎn)原料，如果作為獨(dú)立裝置，常壓裝置的渣油都需要冷卻到50～85℃之間送出裝置，而催化裂化裝置將這些原料再加熱到200℃左右進(jìn)入提升管反應(yīng)，這種反復(fù)加熱、冷卻的方法會(huì)造成大量的能量損失。常壓裝置和催化裂化裝置的熱聯(lián)合可以采用以下方式：渣油在常壓裝置換熱后，以約200℃溫度直接送到催化裂化裝置，再經(jīng)催化裂化裝置內(nèi)部油漿繼續(xù)加熱到提升管所需要的溫度[5]。

5 結(jié)束語

隨著石化行業(yè)競爭日趨激烈，國家的產(chǎn)業(yè)政策和企業(yè)的自身發(fā)展都要求將節(jié)能減排工作提到最重要位置。催化裂化裝置能耗由于在全廠能耗結(jié)構(gòu)中所占比例大，也一直受到極大重視。所采取的節(jié)能降耗措施要具體間題具體分析，要針對裝置的原料、催化劑、公用工程配套、周邊裝置用能特性等詳細(xì)論證，采取針對性措施，才能取得滿意效果。