汽柴油加氫裝置節(jié)能改造及效果分析

王洪春 蓋滌浩 楊耀森

摘? ? ? 要：分析汽柴油加氫聯(lián)合裝置能耗現(xiàn)狀，查找節(jié)能挖潛重點(diǎn)，從優(yōu)化換熱流程和調(diào)整工藝路線兩方面著手，實(shí)施汽油加氫裝置重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)改造和柴油改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)改造，改造后加氫裝置能耗大幅降低，同時(shí)解決了汽油加氫裝置凝結(jié)水管道水擊沖刷和加氫精制裝置柴油閃點(diǎn)難調(diào)整問題，保證裝置長周期安全穩(wěn)定高效運(yùn)行。

關(guān)? 鍵? 詞：加氫裝置;重沸器;凝結(jié)水系統(tǒng);節(jié)能

中圖分類號：TE 624? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）10-2353-04

Abstract： The present situation of energy consumption of gasoline-diesel hydrotreating unit was analysed，the key points of energy saving and potential tapping were found out. From two aspects of optimizing heat exchange process and adjusting process route， the reboiler condensate system reformation for gasoline hydrotreating unit was carried out as well as the stabilization system reformation for diesel hydrotreating unit. After the reformation， the energy consumption of hydrotreating unit decreased greatly， at the same time， the water shock scouring problem of condensate pipeline in gasoline hydrotreating unit was solved as well as the problem of adjusting difficulty of diesel flash point in diesel hydrotreating unit， ensuring the long-term stable and efficient operation of the unit.

Key words： Hydrotreating unit; Reboiler; Coagulate water system; Energy saving

世界石油需求量隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐年增加，石油仍將是21世紀(jì)的主力能源[1]，因此在煉油行業(yè)推進(jìn)節(jié)能技術(shù)改造具有重要的意義。利華益利津煉化有限公司為進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能管理，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級步伐，深化優(yōu)化節(jié)能行動，充分挖掘企業(yè)節(jié)能潛力，提高能源利用效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，全公司范圍內(nèi)開展能效水平對標(biāo)活動。自開展能效對標(biāo)活動以來，各生產(chǎn)裝置對標(biāo)同行業(yè)能耗領(lǐng)先企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過優(yōu)化工藝操作和加強(qiáng)現(xiàn)場用能管理降低裝置能量消耗。加氫裝置能耗已基本達(dá)到設(shè)計(jì)值和行業(yè)能耗定額指標(biāo)，再想從操作上降低能耗的技術(shù)難度很大[2]，所以企業(yè)著重從優(yōu)化裝置工藝流程和投資節(jié)能技術(shù)改造兩方面入手，深挖裝置節(jié)能潛力。本文主要介紹170萬t/a汽柴油加氫聯(lián)合裝置能量消耗情況，以及通過抓重點(diǎn)挖潛力實(shí)施的兩項(xiàng)節(jié)能技術(shù)改造，并對運(yùn)行效果進(jìn)行分析。

1? 裝置概述

利華益利津煉化有限公司170萬t/a汽柴油加氫聯(lián)合裝置包括80萬t/a柴油加氫改質(zhì)和90萬t/a汽油加氫兩套裝置，于2015年12月建成投產(chǎn)，由安徽華東化工醫(yī)藥有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)，開工時(shí)間8 400 h/a。

柴油改質(zhì)裝置設(shè)計(jì)處理能力80萬t/a，采用法國阿克森斯公司的“PrimeD柴油改質(zhì)技術(shù)”，該裝置由反應(yīng)部分、分餾部分及公用工程部分組成。反應(yīng)部分采用爐前混氫方案以提高換熱器換熱效率、減緩結(jié)焦程度，同時(shí)采用冷高分流程以節(jié)約投資，以催化柴油為原料，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)柴油。

汽油加氫裝置設(shè)計(jì)處理能力90萬t/a，采用法國阿克森斯公司的“PrimeG+技術(shù)方案”固定床選擇性加氫的方法，并依據(jù)阿克森斯提供的工藝包進(jìn)行設(shè)計(jì)，該裝置由選擇性加氫部分、汽油分餾部分、加氫脫硫部分、分離部分、循環(huán)氫脫硫部分、穩(wěn)定部分及公用工程部分組成。加工后的汽油產(chǎn)品具有辛烷值損失小、氫耗低，可生產(chǎn)滿足低于10 ppm硫含量要求的高辛烷值國Ⅵ標(biāo)準(zhǔn)汽油。

2? 能耗現(xiàn)狀分析

加氫裝置主要包括加氫反應(yīng)、分餾和氫氣高壓壓縮等工藝過程，伴有高溫、高壓、臨氫等特點(diǎn)，進(jìn)料和氫氣需要加熱升溫、升壓，消耗大量的燃料和動力，因此加氫裝置是煉油企業(yè)能耗較大的裝置之一。

加氫裝置能耗主要有以下特點(diǎn)：

（1）蒸汽消耗較大。反應(yīng)進(jìn)料和氫氣的加溫、加壓需要吸收大量能量，循環(huán)氫壓縮機(jī)汽輪機(jī)用蒸汽驅(qū)動，蒸汽消耗較大。

（2）用電量較大。加氫裝置反應(yīng)過程所需壓力較高，反應(yīng)進(jìn)料和氫氣均需要機(jī)泵或者壓縮機(jī)加壓，整體用電量較大。如加氫改質(zhì)裝置電耗所占裝置總能耗的比例達(dá)30%以上。

（3）裝置可回收能量多。加氫反應(yīng)過程為強(qiáng)放熱反應(yīng)，可回收利用的熱量多。加氫反應(yīng)產(chǎn)物需由高壓減至低壓進(jìn)入分餾系統(tǒng)進(jìn)行分離，減壓過程如果通過閥門進(jìn)行，能量損失會較大，因此若通過增設(shè)液力透平進(jìn)行能量回收，從而驅(qū)動進(jìn)料高壓泵，這樣裝置能量得到充分利用。

（4）低溫余熱多。高品質(zhì)的蒸汽輸入加氫裝置后，通過一系列的物理過程，大部分轉(zhuǎn)換成低溫?zé)?，如中壓蒸汽作為?qū)動力經(jīng)過循環(huán)氫壓縮機(jī)汽輪機(jī)背壓成低壓蒸汽。利用好這部分的低溫余熱，也是降低加氫裝置能耗的一個(gè)重要突破口。

利華益利津煉化有限公司170萬t/a汽柴油加氫聯(lián)合裝置的能耗計(jì)算范圍包括裝置的水、電、蒸汽和燃料氣等。其中能源輸入主要包括電、4.5 MPa中壓蒸汽、燃料氣，能源輸出主要包括凝結(jié)水、1.0 MPa低壓蒸汽。從表中可以看出，蒸汽消耗分別占兩套加氫裝置總能耗的45.93%和80.75%，其次是電耗分別占49.69%和12.68%。由此可見，蒸汽、電是裝置能耗比重最大的部分，也是170萬t/a汽柴油加氫聯(lián)合裝置節(jié)能降耗工作的重點(diǎn)[3]。為響應(yīng)公司能效對標(biāo)工作，汽柴油加氫裝置深入開展用能分析和節(jié)能挖潛，開工以來實(shí)施了一系列節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目，解決了裝置生產(chǎn)過程中存在的問題[4]，取得了不錯(cuò)的節(jié)能效果。加氫裝置能耗現(xiàn)狀見表1。

3? 裝置改造分析與效果總結(jié)

基于用能的三環(huán)節(jié)理論[5]，加氫裝置的節(jié)能思路主要包括以下方面：①優(yōu)化工藝流程和操作，降低裝置能耗;②合理調(diào)整裝置換熱流程，減少裝置能量輸入;③整合公司公用工程管網(wǎng)，杜絕能源的高質(zhì)低用;④做好設(shè)備和管道保溫伴熱管理，盡量避免不必要散熱損失。結(jié)合加氫裝置實(shí)際運(yùn)行情況，170萬t/a汽柴油加氫聯(lián)合裝置實(shí)施以下節(jié)能改造。

3.1? 汽油加氫裝置重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)改造

3.1.1? 改造背景

換熱器在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在降低能耗與生產(chǎn)成本中的作用也日益明顯[6]。90萬t/a汽油加氫裝置有E0003選擇性加氫進(jìn)料加熱器、E0005預(yù)分餾塔底重沸器和E00012穩(wěn)定塔底重沸器三臺重沸器，這三臺重沸器均使用4.5 MPa中壓蒸汽作為熱源，運(yùn)行過程中因蒸汽在重沸器中停留時(shí)間較短造成熱量浪費(fèi)，外送凝結(jié)水溫度最高達(dá)110 ℃，因汽水共存，造成凝結(jié)水外送管道“水擊”現(xiàn)象，下游凝結(jié)水管道沖刷嚴(yán)重，多處出現(xiàn)穿孔、焊縫開裂等。在給裝置的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行帶來很大安全隱患的同時(shí)，因蒸汽熱量不能得到充分利用，造成能源浪費(fèi)。

為解決以上問題，計(jì)劃在每臺重沸器后單獨(dú)增設(shè)凝結(jié)水罐，通過調(diào)整凝結(jié)水罐液位控制重沸器加熱溫度，不含蒸汽的凝結(jié)水在凝結(jié)水罐底部流出，罐頂蒸汽返回至重沸器蒸汽進(jìn)口管道，重新進(jìn)入重沸器加熱物料，從而間接延長蒸汽在重沸器中的停留時(shí)間，達(dá)到節(jié)約蒸汽目的，同時(shí)解決后路凝結(jié)水管道汽水共存沖刷問題。

3.1.2? 改造方案

利舊原重沸器凝結(jié)水出口管道及調(diào)節(jié)閥，在重沸器出口新安裝凝結(jié)水罐并設(shè)置跨線，必要時(shí)可改回原流程操作。改造前重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)流程見圖1，改造后重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)流程見圖2。

凝結(jié)水流程由“換熱器→調(diào)節(jié)閥→凝結(jié)水管網(wǎng)”改為“換熱器→凝結(jié)水罐→調(diào)節(jié)閥→凝結(jié)水管網(wǎng)”，凝結(jié)水罐設(shè)置液位控制聯(lián)鎖，不含蒸汽的凝結(jié)水在凝結(jié)水罐底部流出至裝置凝結(jié)水儲罐，頂部蒸汽通過調(diào)節(jié)閥送至重沸器蒸汽進(jìn)口管道。

3.1.3? 改造效果

（1）改造效果。汽油加氫裝置重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)改造于2018年4月改造完成，通過一段時(shí)間的工藝調(diào)整，近一年來改造后的三套重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，凝結(jié)水罐流出凝結(jié)水溫度控制在90℃左右，凝結(jié)水外送管道“水擊”現(xiàn)象消除，解決了管道水擊沖刷問題，有助于裝置的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)，因蒸汽在重沸器中停留時(shí)間加長，蒸汽熱量得到充分利用，裝置蒸汽消耗量明顯降低。

（2）節(jié)約能量核算。裝置4.5 MPa中壓蒸汽單耗由改造前的245 kg/t降至161 kg/t、1.0 MPa低壓蒸汽外送單耗由50 kg/t降至29 kg/t，按照裝置年加工原料油能力90萬t計(jì)，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約4.5MPa中壓蒸汽75 181 t、減少1.0 MPa蒸汽外送18 448 t，因節(jié)約的中壓蒸汽消耗量遠(yuǎn)大于減少的低壓蒸汽外送量，計(jì)算的年節(jié)約能量折合8 264.32 t標(biāo)煤。改造前后蒸汽消耗/產(chǎn)出情況見表2，節(jié)約能量核算見表3。

3.2? 柴油改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)改造

3.2.1? 改造背景

80萬t/a柴油改質(zhì)裝置分餾系統(tǒng)，產(chǎn)品分餾塔塔頂油氣經(jīng)冷卻后一部分作為回流調(diào)整分餾塔頂溫度，一部分進(jìn)入穩(wěn)定塔調(diào)控;同時(shí)100萬t/a加氫精制裝置自以加工常壓柴油為主以來，因輕組分減少，分餾系統(tǒng)回流較小，柴油閃點(diǎn)不易調(diào)整。

考慮到100萬t/a加氫精制裝置分餾系統(tǒng)存有一定余量、柴油改質(zhì)裝置分餾塔塔頂油氣中輕組分含量較高，計(jì)劃通過現(xiàn)場局部改造，停用80萬t/a柴油加氫改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)，將原來需穩(wěn)定系統(tǒng)調(diào)控的石腦油引至100萬t/a柴油加氫精制裝置低分出口，由100萬t/a柴油加氫精制裝置分餾系統(tǒng)進(jìn)行處理，這樣既降低了80萬t/a柴油加氫裝置能耗，也使100萬t/a柴油加氫精制裝置分餾系統(tǒng)操作更易控制、方便柴油閃點(diǎn)調(diào)整。

3.2.2? 改造方案

80萬t/a柴油改質(zhì)裝置現(xiàn)場增加穩(wěn)定進(jìn)料至石腦油外送跨線，原流程不變，特殊情況時(shí)，可投用原石腦油穩(wěn)定塔流程，石腦油外送線經(jīng)100萬t/a加氫精制裝置南側(cè)外，增設(shè)新線，將石腦油引至100萬t/a加氫精制裝置低壓分離器出口，進(jìn)入分餾系統(tǒng)脫除H2S，同時(shí)用于調(diào)整柴油閃點(diǎn)，100萬t/a加氫精制裝置后路流程保持不變。

3.2.3? 改造效果

（1）改造效果。柴油改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)改造于2018年5月改造完成，改造后80萬t/a柴油加氫改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)停用，包括停用機(jī)泵、空冷，降低裝置電耗;停用換熱器3臺及穩(wěn)定塔，降低裝置蒸汽消耗;100萬t/a加氫精制裝置穩(wěn)定系統(tǒng)增量后生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，柴油閃點(diǎn)控制穩(wěn)定。

（2）節(jié)約能量核算。改造前，80萬t/a柴油加氫改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)蒸汽消耗1.23 t/h，用電設(shè)備功率79 kW。改造后，穩(wěn)定系統(tǒng)停用，節(jié)約原先穩(wěn)定系統(tǒng)蒸汽和用電消耗。電機(jī)運(yùn)行效率按0.8、年運(yùn)行按8 400 h計(jì)，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約用電55.31萬kW·h、蒸汽10 349 t，折合1 296.53 t標(biāo)煤。節(jié)約能量核算見表4。

4? 結(jié)束語

（1）汽油加氫裝置通過優(yōu)化蒸汽消耗大的重沸器凝結(jié)水系統(tǒng)流程，增加凝結(jié)水罐和液位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)延長蒸汽在重沸器中的停留時(shí)間，同時(shí)降低設(shè)備凝結(jié)水出水溫度，節(jié)能效果顯著，也解決了外送凝結(jié)水管道水擊沖刷問題， 值得相關(guān)煉油廠同類裝置的借鑒。

（2）柴油改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)改造在沒有對原有裝置進(jìn)行本質(zhì)節(jié)能改造的情況下，利用柴油改制與加氫精制裝置間工藝流程的互補(bǔ)性，通過工藝流程調(diào)整，停用柴油改質(zhì)裝置穩(wěn)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)資源合理優(yōu)化分配，既解決了柴油閃點(diǎn)不易操作的問題，也降低了能耗，證明改造是成功的。

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