淺析催化柴油加氫轉(zhuǎn)化裝置超低負(fù)荷生產(chǎn)優(yōu)化

周維

（中國石化長嶺煉化分公司，湖南岳陽414012）

自新冠肺炎疫情發(fā)生以來，國內(nèi)汽柴油市場需求大幅下降，煉廠原油加工量隨之降低。2020年2月，某煉廠生產(chǎn)負(fù)荷僅60%左右。為了應(yīng)對市場需求變化，該煉廠對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，增產(chǎn)乙烯裂解原料，少產(chǎn)汽柴油。同時(shí)，1#催化裝置由于反再系統(tǒng)出現(xiàn)問題進(jìn)行停工消缺，導(dǎo)致該煉廠100萬t/a催化柴油加氫轉(zhuǎn)化（FD2G）裝置的原料催化柴油大幅減少，負(fù)荷降至歷史最低，最低時(shí)僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的31.5%。因此需要根據(jù)公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整要求，進(jìn)行工藝優(yōu)化和調(diào)整，保證裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

1 FD2G裝置簡介

FD2G裝置是該煉廠汽柴油質(zhì)量升級，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、降低柴汽比，提高汽油生產(chǎn)能力的關(guān)鍵裝置之一，于2017年7月建成投產(chǎn)。以1#和3#催化混合柴油為原料，生產(chǎn)硫含量滿足國Ⅴ質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的精制柴油和汽油，同時(shí)副產(chǎn)液化氣、干氣及含硫氣體，設(shè)計(jì)規(guī)模100萬t/a，操作彈性60%~110%，滿負(fù)荷加工量為2 857 t/d，最低1 714 t/d。

2 超低負(fù)荷運(yùn)行存在的主要問題

裝置自投產(chǎn)以來，受氫氣供應(yīng)不足的因素限制，一般正常加工負(fù)荷維持在2 400 t/d，為設(shè)計(jì)負(fù)荷的84%左右，但自2020年1月下旬以來，裝置加工量一路走低。從1月19日到4月4日，有77天時(shí)間加工量低于平時(shí)正常加工量（2 400 t/d），有51天時(shí)間加工量低于設(shè)計(jì)最低加工量（1 714 t/d）。其中2月15日到3月1日，半個(gè)月的時(shí)間里加工量甚至低于1 000 t，負(fù)荷率僅為31%~34%，創(chuàng)歷史最低負(fù)荷。

2.1 反應(yīng)熱不足

由于裝置在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)最低負(fù)荷（60%）的情況下運(yùn)行，并且加大了精制柴油循環(huán)量，新鮮料少，加氫精制反應(yīng)深度越來越低，精制反應(yīng)器R1101溫升較難維持，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化反應(yīng)器R1102入口溫度低，溫升也隨之大幅度降低。一反（R1101）溫升由正常運(yùn)行時(shí)的80℃左右，降低到45℃左右，二反（R1102）溫升由正常運(yùn)行時(shí)的60~70℃，降低到38~45℃，反應(yīng)熱嚴(yán)重不足，一反入口溫度甚至低至300℃以下。另外，溫升的不足進(jìn)而導(dǎo)致冷氫閥位過低，溫升的調(diào)節(jié)彈性變低，容易造成后續(xù)分餾穩(wěn)定部分操作波動。

2.2 分餾穩(wěn)定部分熱源不足

由于反應(yīng)熱不足，為了保證反應(yīng)部分加熱爐的入口溫度，裝置反應(yīng)熱前移，加上加工量低，分餾穩(wěn)定塔底熱源——精制柴油量不足，導(dǎo)致分餾穩(wěn)定部分熱源不足。加熱爐F1101和F1201的供熱能力受限，設(shè)計(jì)爐管表面溫度分別為F1101≯620℃，F(xiàn)1201≯425℃。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量控制難度加大

隨著反應(yīng)熱前移，分餾部分熱源減少，分餾部分加熱爐負(fù)荷增加，分餾穩(wěn)定塔底吹汽量調(diào)整、裝置產(chǎn)品中乙烯裂解石腦油比例增加等條件變化，導(dǎo)致裝置產(chǎn)品控制難度加大。

2.4 設(shè)備運(yùn)行困難

1）裝置超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，新鮮進(jìn)料量僅40~50 t/h，只有裝置正常運(yùn)行時(shí)的40%~50%，對反應(yīng)進(jìn)料泵的安全運(yùn)行造成較大影響。

2）新氫量由正常運(yùn)行時(shí)的32 000~35 000 m3/h，降低到超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的17 000~18 000 m3/h，嚴(yán)重低于新氫壓縮機(jī)的最低設(shè)計(jì)負(fù)荷，對新氫壓縮機(jī)的安全運(yùn)行造成較大影響。

3）裝置正常運(yùn)行時(shí)，通過蒸汽發(fā)生器回收多余熱量，控制熱高分溫度，超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于反應(yīng)熱不足，需要控制蒸汽發(fā)生器回收的熱量，保障反應(yīng)熱源，因此，對蒸汽發(fā)生器的安全運(yùn)行造成較大影響。

2.5 裝置能耗增加

裝置超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，反應(yīng)熱不足，迫使加熱爐高負(fù)荷運(yùn)行，瓦斯耗量加大，同時(shí)機(jī)泵處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，效率下降，無效動力增加，導(dǎo)致裝置能耗大幅度增加，綜合能耗由正常運(yùn)行時(shí)的16.1 kgOE/t增加到61.4 kgOE/t，增加了281%。

2.6 操作控制難度增加

裝置超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，幾乎所有設(shè)備均處于非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，且偏離幅度巨大，部分流程需要進(jìn)行調(diào)整，與正常運(yùn)行時(shí)相比，操作控制難度顯著增加。尤其是穩(wěn)定部分操作波動變大，穩(wěn)定部分的脫丁烷塔和脫乙烷塔物料主要為液態(tài)烴和輕石腦油等輕烴組分，當(dāng)處于低負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)，輕烴產(chǎn)量較小，操作彈性變得極小，安全性變差。反應(yīng)部分微小波動就會引起穩(wěn)定部分較大幅度的溫度壓力變化，嚴(yán)重時(shí)易造成安全閥啟跳。

3 優(yōu)化調(diào)整措施

3.1 流程調(diào)整

3.1.1 柴油循環(huán)流程

圖1為裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的熱油循環(huán)流程，通過熱油循環(huán)可以在保證T1203、T1204塔底熱源足夠的前提下（柴油量≮40 t/h），盡可能提高循環(huán)柴油的溫度，從而提高原料混合溫度，提高入爐溫度，保護(hù)加熱爐的熱負(fù)荷不至于過大。

由圖1可看出，精制柴油出裝置流程上停運(yùn)空冷A1203全部走副線，再通過循環(huán)線進(jìn)E1112殼程再回原料罐。其中熱水換熱器E1204也可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)副線閥，控制精制柴油溫度，同時(shí)通過出裝置控制閥和去E1112的循環(huán)線閥控制循環(huán)量，從而可以根據(jù)加熱爐負(fù)荷控制原料混合溫度。

圖1 熱油循環(huán)原則流程

3.1.2 分餾塔底換熱流程

裝置在正常運(yùn)行時(shí)分餾塔底重沸器是換熱器E1101（反應(yīng)后生成油—塔底柴油換熱器），為在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)保證分餾塔底熱負(fù)荷，同時(shí)讓更多反應(yīng)熱為原料供熱，將E1101跨線開大，將塔底循環(huán)柴油改進(jìn)F1201，增開重沸爐F1201的火嘴，加大熱負(fù)荷。通過該措施，解決了反應(yīng)熱負(fù)荷不足的問題，混合原料溫度可以達(dá)到140℃以上，甚至可以帶煉部分罐區(qū)的冷料。

3.2 工藝控制指標(biāo)調(diào)整

3.2.1 工藝控制指標(biāo)

為使裝置超低負(fù)荷運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)整關(guān)鍵工藝指標(biāo)，詳見表1。

表1 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵工藝指標(biāo)調(diào)整

在此關(guān)鍵工藝指標(biāo)下，能維持裝置在超低負(fù)荷運(yùn)行，并建立新的熱量平衡和物料平衡，降低溫升，降低柴汽比，以保證有足夠柴油用于循環(huán)維持原料罐液位。同時(shí)能保證柴油、汽油、液態(tài)烴等產(chǎn)品的質(zhì)量，維持生產(chǎn)平穩(wěn)。

3.2.2 設(shè)備控制指標(biāo)

為保護(hù)進(jìn)料泵，同時(shí)防止偏流，進(jìn)料泵后處理量仍保持90~93 t/h，同時(shí)大幅加大柴油循環(huán)量。針對蒸汽發(fā)生器低負(fù)荷的問題，調(diào)整換熱網(wǎng)絡(luò)，低控蒸汽發(fā)生器E1105入口溫度，保持在219~221℃，控制產(chǎn)汽量在1.5~3 t/h，最大限度節(jié)省反應(yīng)熱少產(chǎn)汽。

3.3 操作管理

超低負(fù)荷運(yùn)行下，裝置操作彈性低，操作難度加大。為提高班組操作水平，多次下發(fā)作業(yè)指導(dǎo)書，加強(qiáng)班組管理。操作員緊盯裝置運(yùn)行情況，勤調(diào)細(xì)調(diào)，同時(shí)加強(qiáng)了對機(jī)泵、高壓分離罐液位等部位的巡檢，保障了裝置運(yùn)行平穩(wěn)。裝置各部分操作要點(diǎn)如下。

3.3.1 反應(yīng)加熱爐部分

1）加強(qiáng)換熱，調(diào)整熱油循環(huán)量，提高原料入爐的溫度，盡量保持在275℃以上。

2）適當(dāng)關(guān)小煙氣余熱回收換熱器跨線閥，增加余熱回收，提高加熱爐熱效率。

3）調(diào)節(jié)好鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)頻率，控制好爐膛負(fù)壓和氧含量。

4）均勻調(diào)節(jié)12個(gè)火嘴火勢大小，在不超過爐管表面最大溫度的前提下最大限度供熱。

3.3.2 分餾穩(wěn)定部分

1）控制汽提塔T1201回流量不低于3 t/h，保證精餾效果。

2）提高汽提塔吹氣量，蒸汽量按2.66 t/h控制，同時(shí)提高其回流溫度。

3）通過調(diào)節(jié)汽提塔頂空冷和水冷，提高回流罐溫度。

4）提高分餾塔塔底重沸爐F1201熱負(fù)荷，保證返塔溫度在281℃以上。

5）脫丁烷塔的液位改手動控制，保證塔的液位不發(fā)生大幅波動。

6）穩(wěn)定脫乙烷塔的壓力，塔底出裝置流量改手動控制。

7）控制穩(wěn)定部分塔熱源精制柴油的穩(wěn)定，控制流量≮40 t/h，保證脫丁烷塔和脫乙烷塔的最低熱負(fù)荷。

3.4 節(jié)能優(yōu)化

1）投運(yùn)裝置進(jìn)料泵的液力透平，每小時(shí)節(jié)約電量46 kW·h。

2）投運(yùn)新氫壓縮機(jī)C1101A無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大幅度降低了設(shè)備的無效動力，每小時(shí)節(jié)約電量1 120 kW·h。

3）充分利用低溫?zé)岚l(fā)電機(jī)組JT1401對裝置余熱進(jìn)行利用，低負(fù)荷運(yùn)行期間，平均每小時(shí)發(fā)電694 kW·h。

4 裝置超低負(fù)荷運(yùn)行效果分析

4.1 產(chǎn)品分布

分別選取近期三個(gè)時(shí)間點(diǎn)，對裝置不同負(fù)荷下的產(chǎn)品分布進(jìn)行了分析。三個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別是4月15日至4月16日（負(fù)荷率87.3%，正常負(fù)荷）；4月19日至4月20日（67%負(fù)荷）；3月1日至3月2日（35%負(fù)荷）。產(chǎn)品分布情況見表2。

表2 不同負(fù)荷下的產(chǎn)品分布

4.2 產(chǎn)品質(zhì)量

表3為裝置超低負(fù)荷運(yùn)行期間關(guān)鍵產(chǎn)品化驗(yàn)指標(biāo)，數(shù)據(jù)來源Lims系統(tǒng)。

由表3可以看出裝置超低負(fù)荷運(yùn)行期間，產(chǎn)品質(zhì)量保持良好，并沒有因低負(fù)荷運(yùn)行而出現(xiàn)較大波動，合格率均在96%以上。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

由表2所述的產(chǎn)品分布，依據(jù)公司班組經(jīng)濟(jì)核算價(jià)格體系，計(jì)算不同負(fù)荷下的效益發(fā)現(xiàn)，隨著負(fù)荷的提高裝置總效益越高，噸油能耗越低。在噸油利潤上，34%超低負(fù)荷時(shí)裝置的噸油利潤最低，而67%低負(fù)荷時(shí)的噸油利潤高于高負(fù)荷時(shí)的噸油效益，主要是因?yàn)?7%低負(fù)荷時(shí)，氫氣相對比較充足，此時(shí)的裝置轉(zhuǎn)化率較高，汽油收率高，所以噸油效益會更高。另外，超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，噸油能耗非常高，比正常負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)增加290%，主要是因?yàn)榇藭r(shí)裝置反應(yīng)熱少，能量利用率不高，加熱爐負(fù)荷高，瓦斯用量大，噸油能耗較高。且由于裝置必須產(chǎn)出一定量精制柴油以保證汽油穩(wěn)定單元的塔底熱源，故在裝置產(chǎn)品總量下降的前提下，汽油收率降低，所以噸油利潤較低。雖然裝置超低負(fù)荷生產(chǎn)下，經(jīng)濟(jì)效益不容樂觀，但通過針對性的優(yōu)化和調(diào)整，保證了全裝置的平穩(wěn)安全運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量的合格，最大限度地減少了損失，為平穩(wěn)渡過市場低迷期作出了貢獻(xiàn)。

表3 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)關(guān)鍵產(chǎn)品化驗(yàn)指標(biāo)

5 結(jié)論

1）通過改精制柴油熱油循環(huán)，增加分餾塔底重沸爐F1201負(fù)荷，優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)等積極措施，成功使100萬t/a催化柴油加氫轉(zhuǎn)化裝置在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)最低負(fù)荷下安全平穩(wěn)運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量合格率良好。

2）低負(fù)荷下熱量平衡和物料平衡會發(fā)生變化，通過精細(xì)化日常操作，找到裝置在超低負(fù)荷下的平衡點(diǎn)，對未來裝置平穩(wěn)運(yùn)行提供指導(dǎo)。