催化裂化裝置優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行分析

李繼翔

（南京誠(chéng)志清潔能源有限公司， 江蘇 南京 210047）

各行各業(yè)中節(jié)能降耗是企業(yè)生存的關(guān)鍵和經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步的必然規(guī)律。落實(shí)國(guó)家的科學(xué)發(fā)展觀和實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，必然要求進(jìn)行節(jié)能降耗。通過(guò)加大對(duì)科技創(chuàng)新水平和制度上的創(chuàng)新力度，來(lái)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展。特別是在資源十分緊張的國(guó)際大背景下，更加要求我們追求最大的節(jié)能降耗。

目前國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)催化裂化裝置運(yùn)行中仍然存在著一些問(wèn)題和矛盾，主要表現(xiàn)在裝置穩(wěn)定運(yùn)行周期短、能源消耗耗高和柴汽油等產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題等，這些也是催化裂化裝置長(zhǎng)期一直以來(lái)不斷優(yōu)化運(yùn)行的努力方向。

1 我國(guó)催化裂化裝置與國(guó)外的差距

1.1 運(yùn)行周期較短

2002年，中國(guó)石油股份公司組織了催化裂化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行調(diào)研，結(jié)果表明：被調(diào)查的21 套裝置的平均運(yùn)行周期由292 d 延長(zhǎng)到476 d，但仍未達(dá)到兩年一修的標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)外先進(jìn)水平存在很大差距[1]。表1 是我國(guó)催化裂化裝置的績(jī)效與國(guó)外煉油廠同類裝置的對(duì)比情況。

表1 2010年催化裂化裝置績(jī)效對(duì)比[2]

從中可以看出，在裝置處理能力基本相當(dāng)?shù)那闆r下，裝置的機(jī)械耐用度、年維修費(fèi)用等績(jī)效指標(biāo)相差較小。但長(zhǎng)周期的運(yùn)行生產(chǎn)指標(biāo)仍然存在著較大的差距，亞太煉油廠催化裂化裝置兩年內(nèi)的一般維修平均停工只有1.2 d，而我國(guó)催化裂化裝置卻為2.5～3.5 d，亞太煉油廠同類裝置單周期運(yùn)行38.4 個(gè)月，我國(guó)多數(shù)催化裂化裝置運(yùn)行周期為2年，差距還較大。

1.2 能耗居高不下

催化裂化裝置能耗約占煉油能耗的三分之一，從各煉油裝置在總能耗中所占比例看, 作為煉油裝置能耗主要組成部分的常減壓和催化裂化裝置, 其能耗之和約占煉油裝置能耗的45%～50%[3]。優(yōu)化催化裝置運(yùn)行對(duì)全廠的節(jié)能降耗尤為重要。

1.3 汽柴油質(zhì)量面臨挑戰(zhàn)

隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，要求煉油廠生產(chǎn)清潔燃料，各煉油廠也面臨越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前許多煉油廠的催化裂化汽油烯烴含量還在40%左右，為此降低汽油烯烴而需付出的努力還是很大的。2008年1月1日，歐IV 排放標(biāo)準(zhǔn)在北京已開(kāi)始實(shí)施，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，催化裂化汽柴油質(zhì)量將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即新一輪質(zhì)量升級(jí)換代的壓力。

2 增強(qiáng)裝置運(yùn)行周期意識(shí)加強(qiáng)工藝和設(shè)備管理工作

2.1 避免反再系統(tǒng)襯里的損壞

反應(yīng)再生系統(tǒng)內(nèi)部襯里的損壞，一直是影響催化裂化裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行長(zhǎng)周期的一個(gè)困難點(diǎn)。有龜甲網(wǎng)的雙層襯里損壞主要原因是耐磨層與隔熱層分離導(dǎo)致串氣過(guò)熱與襯里脫落，這是熱應(yīng)力驟然改變?cè)斐傻摹ｋS著重油催化裂化工藝技術(shù)的發(fā)展，操作溫度由過(guò)去的 580 ℃左右提高到 750 ℃以上，有時(shí)達(dá)到 800 ℃。反再兩器襯里在停車檢修的過(guò)程中，應(yīng)該將襯里上出現(xiàn)鼓包、變形、脫落的舊襯里徹底去除，不留死角。然后在新增加和原先舊襯里的接縫處, 使用保溫釘做好固定,才可以確保新增加和原先舊襯里可以實(shí)現(xiàn)緊密的結(jié)合, 同時(shí)襯里極易出現(xiàn)鼓包和開(kāi)裂的問(wèn)題, 施工時(shí)需選擇有豐富經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍,必須按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng), 在檢修開(kāi)車的前期需要徹底烘干襯里, 尤其是150 ℃脫表面水和350 ℃脫結(jié)晶水這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 預(yù)防膨脹節(jié)腐蝕

煙氣對(duì)膨脹節(jié)的腐蝕主要表現(xiàn)為露點(diǎn)腐蝕、磨損腐蝕及應(yīng)力破壞[4]。針對(duì)運(yùn)行工況下氯離子及硫化物的應(yīng)力腐蝕，膨脹節(jié)的內(nèi)部的工藝條件應(yīng)保持在再生煙氣的露點(diǎn)溫度以上。同時(shí)應(yīng)從膨脹節(jié)被腐蝕的機(jī)理出發(fā)，在合理選擇膨脹節(jié)材質(zhì)的同時(shí)，提高表面溫度到160 ℃以上。

2.3 防止系統(tǒng)結(jié)焦

催化裂化油氣系統(tǒng)結(jié)焦帶有普遍性。催化裂化裝置油漿系統(tǒng)結(jié)焦與原料油性質(zhì)、反應(yīng)溫度、分餾塔底溫度、油漿在分餾塔底的停留時(shí)間以及油漿的性質(zhì)和組成等因素有關(guān)[5]。沉降器的內(nèi)外集氣室外壁及盲區(qū)、旋風(fēng)分離器升氣管外壁及二級(jí)旋分器料腿結(jié)焦嚴(yán)重。

關(guān)于防止結(jié)焦，許多文章和報(bào)告都曾指出：1）改善進(jìn)料性質(zhì)和提高原料預(yù)熱溫度[6]，除了采用新型高效的進(jìn)料噴嘴，同時(shí)需要合理的控制進(jìn)料溫度，并降低進(jìn)料的黏度。在保證合理劑油比的條件下，提高原料預(yù)熱溫度，原料性質(zhì)的不同，溫度可控制在200～250 ℃，使運(yùn)動(dòng)黏度＜5 mm2·s-1。同時(shí)采用提升管出口注急冷劑來(lái)減少二次裂化；2）在已應(yīng)用VQS 新型技術(shù)的同時(shí)，操作上可提高VQS 出口線速，減少停留時(shí)間，但VQS 出口線速也不可過(guò)高（其敏感區(qū)為9～12 m·s-1，也不要超過(guò)20 m·s-1）, 避免催化劑的大量跑損以及VQS 在開(kāi)工或事故恢復(fù)過(guò)程中由于對(duì)其出口線速和沉降器壓力平穩(wěn)有很高要求, 若控制不好, 將會(huì)造成大量催化劑跑入分餾塔,致使油漿泵不上量, 堵塞油漿系統(tǒng)[7]；3）控制焦炭前身物的油氣分壓。目前的青島煉化催化裂化裝置回?zé)捰蜐{量為35 t·h-1，回?zé)捿p污油量為10 t·h-1，回?zé)挶燃s為（35 t·h-1油漿+10 t·h-1回?zé)捰停?420 t·h-1新鮮原料=10.71%，在基本滿足產(chǎn)品方案和其他方面考慮的前提下需控制好回?zé)捔俊?/p>

2.4 油漿系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

油漿系統(tǒng)的正常穩(wěn)定，是裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的有力保障。此系統(tǒng)的介質(zhì)情況決定了正常系統(tǒng)運(yùn)行的難度，一是溫度問(wèn)題，高溫?zé)嵊拖到y(tǒng)法蘭易發(fā)生泄漏；二是油漿中含有一定量的催化劑細(xì)粉，不可避免地對(duì)管線內(nèi)部（特別是彎頭處）造成了沖刷，本裝置的上返塔調(diào)溫油漿管線，對(duì)其操作注意流量上限的控制，避免線速超高對(duì)管線過(guò)分沖刷；三是系統(tǒng)的線速問(wèn)題，盡量將流量保持在油漿的上限，維持分餾塔較低（40%左右）的液面，控制合適的停留時(shí)間（3 ～5 min），油漿在管道中的線速應(yīng)不低于1.5～2.0 m·s-1，同時(shí)注意油漿固體含量在油漿泵電流上的表現(xiàn)，避免系統(tǒng)結(jié)焦嚴(yán)重；四是設(shè)備，即油漿泵的維護(hù)，此泵的重要性不言而喻，需得到特別的關(guān)注、特殊的“照顧”。

3 系統(tǒng)綜合優(yōu)化 降低裝置能耗

雖然目前的最新工藝設(shè)計(jì)較已做到一定的能量的優(yōu)化，但仍需繼續(xù)挖掘潛力，不斷降低能源消耗一直是催化裂化裝置的重中之重。需要按照單體設(shè)備的節(jié)約能耗、本身裝置內(nèi)部的節(jié)能和整個(gè)系統(tǒng)的綜合節(jié)能三個(gè)層次，采取不同措施。

3.1 催化裂化裝置的自身節(jié)能降耗

重點(diǎn)談以下幾個(gè)方面：

1) 優(yōu)化操作提高催化劑再生效果, 降低催化劑的焦炭產(chǎn)率。催化劑的再生效果嚴(yán)重影響催化劑活性和選擇性，進(jìn)而影響產(chǎn)品分布，因此提高流化質(zhì)量、強(qiáng)化燒焦效果，從而提高了催化劑的活性和選擇性，降低了焦炭、干氣產(chǎn)率，且符合當(dāng)前產(chǎn)品方案的需要。再生催化劑碳含量見(jiàn)表2。

表2 再生催化劑碳含量

催化單元為實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)汽柴油的目的，對(duì)操作進(jìn)行了一系列調(diào)整。主要是：反應(yīng)溫度由496 ℃逐步降到488 ℃；為降低反應(yīng)苛刻度，摸索降低劑油比，再生溫度由660 ℃提到670 ℃，催化原料預(yù)熱溫度由190 ℃逐步提到210 ℃；同時(shí)為了降低反應(yīng)時(shí)間，在VQS 線速允許的前提下，增大預(yù)提升干氣量，由7 800 Nm3·min-1提到9 600 Nm3·min-1等措施。通過(guò)降低反應(yīng)深度，裝置汽油和柴油的收率升高，液化氣的收率基本不變，干氣和油漿的收率下降，生焦量也有一定下降。

2) 提高焦炭能量的利用率。

許多裝置的主風(fēng)機(jī)和煙氣輪機(jī)的效率偏低，主風(fēng)機(jī)效率在79%～92%，煙機(jī)效率在64%～86%。我裝置主風(fēng)機(jī)和煙機(jī)采用三機(jī)組配置，設(shè)計(jì)煙機(jī)入口的溫度為680 ℃、入口的壓力為0.355 MPa (絕) 、入口的流量為5 150 Nm3·min-1。為了節(jié)能降耗，在煙機(jī)的振動(dòng)不超標(biāo)的情況下，開(kāi)大煙機(jī)的入口蝶閥，使煙氣通過(guò)煙機(jī)做功，雙動(dòng)滑閥生物控制開(kāi)度不大于2%（據(jù)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，開(kāi)度較小時(shí)煙氣具有的動(dòng)能和熱能的經(jīng)濟(jì)效益仍是非?？捎^的）。裝置的處理量平均約為260 t·h-1的期間，表3 列出了11月前半月的主風(fēng)機(jī)電流和功率統(tǒng)計(jì)，從表中數(shù)據(jù)可以看出，主電機(jī)功率數(shù)值范圍在2.3～3.0 MW，通過(guò)操作調(diào)整，取數(shù)據(jù)①和②，保守按工業(yè)用電0.8元· kWh-1計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)約用電330 kWh，1年可節(jié)約電277×104kWh，增加效益約222 萬(wàn)元。

表3 催化裂化單元主電機(jī)電能耗能

3) 余熱鍋爐出現(xiàn)露點(diǎn)腐蝕。

青島煉化公司加工高硫原油量，加氫尾油硫含量一直較高，月初開(kāi)始繼續(xù)加注硫轉(zhuǎn)移劑，才使煙氣中SO2氣體含量逐步降到了150 μg·g-1左右，剛好達(dá)到了環(huán)保指標(biāo)的要求。余熱鍋爐運(yùn)行不到1年，煙氣中SO2氣體含量長(zhǎng)期超高，導(dǎo)致余熱鍋爐管壁的硫酸露點(diǎn)腐蝕出現(xiàn)。

催化裂化裝置原料相關(guān)性質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 催化裂化裝置原料相關(guān)性質(zhì)

4) 余熱鍋爐吹灰器不能工作。

目前，裝置余熱鍋爐A、B 激波吹灰器因設(shè)備自身問(wèn)題已有2 個(gè)月左右沒(méi)有運(yùn)行，導(dǎo)致鍋爐B 在這2 個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間里，排煙溫度已達(dá)245 ℃以上，余熱鍋爐三段爐管必然積灰，而省煤段積灰則最嚴(yán)重。目前應(yīng)加緊處理吹灰器問(wèn)題，避免因此造成爐管積灰，影響余熱鍋爐的煙氣能量回收效率，增加了裝置能耗；再有爐管積灰嚴(yán)重將使?fàn)t管間距離變小甚至堵塞而形成滯留區(qū)，催化劑細(xì)粉易附著于管壁，此處水汽停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，煙氣中SO2對(duì)爐管造成腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間不可避免地出現(xiàn)爐管損壞，特別是蒸發(fā)段易發(fā)生爆管事故。

表5 催化裂化余熱鍋爐爐膛以及排煙溫度

5) CO 助燃劑節(jié)支可觀。

在催化劑再生燒焦過(guò)程中, 會(huì)發(fā)生CO 二次燃燒, 按照理論上講完全再生需要加CO 助燃劑，但根據(jù)本裝置的設(shè)備、運(yùn)行情況以及操作特點(diǎn)來(lái)看，控制一定的旋分器入口線速，使再生器中CO 有充足的停留時(shí)間，同時(shí)在大量的主風(fēng)的存在下充分燃燒，避免了二次燃燒的發(fā)生。這樣也就取消了CO助燃劑的使用，其只在特殊情況下（如開(kāi)停工或操作異常時(shí)）使用，每年可節(jié)約助燃劑13.8 t（設(shè)計(jì)指標(biāo)），增效益約165 萬(wàn)元。

6)利用變頻機(jī)泵，降低能源消耗。

離心泵是煉油生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備之一，離心泵的能量利用率主要與泵的剩余揚(yáng)程有關(guān)，變頻調(diào)速就是從這方面來(lái)提高能量利用率的，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2 能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化

催化裂化裝置的特點(diǎn)是因催化劑的燒焦有大量的能量剩余，綜合上進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵是如何采用先進(jìn)技術(shù)，在裝置的自身和相關(guān)上下游裝置群范圍內(nèi)使這些剩余能量，使其得到最優(yōu)的利用。目前少數(shù)裝置存在外輸中壓蒸汽降壓使用問(wèn)題，如海南煉化公司、青島煉化公司催化裂化裝置的中壓蒸汽降壓為1. 0 MPa 蒸汽使用，同時(shí)存在低壓蒸汽的長(zhǎng)期放空等問(wèn)題。這些問(wèn)題需要仔細(xì)的研究各類不同級(jí)別蒸汽的逐級(jí)利用和蒸汽管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4 通過(guò)新的技術(shù)以降低汽油烯烴產(chǎn)量

催化裂化裝置降低汽油烯烴含量的措施根本在于裝置內(nèi)部解決汽油烯烴的產(chǎn)生問(wèn)題，除了優(yōu)化操作條件外，主要采用降低汽油烯烴含量的催化劑（比如GOR 系列催化劑[8]等）、采用MIP 技術(shù)[9]（由RIPP開(kāi)發(fā)）、開(kāi)發(fā)新型反應(yīng)器（洛陽(yáng)石化工程公司開(kāi)發(fā)的靈活多效催化裂化技術(shù)-FDFCC）等技術(shù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文重點(diǎn)分析闡述了煉油催化裂化裝置的節(jié)能降耗技術(shù)改造措施和未來(lái)可以繼續(xù)進(jìn)行的方法，基于目前全球石油儲(chǔ)藏量和價(jià)格的共同影響下，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)資源的最大化利用和重復(fù)的可持續(xù)利用是目前以及未來(lái)追求的核心問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)有著重要地位和長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。