2.5 Mt/a 重油催化裂化裝置節(jié)能改造技術(shù)措施

王俊宏 張俊猛 劉坤林 李彥斌（中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司）

煉油單元的核心裝置之一催化裂化裝置因其工藝過(guò)程的特殊性，產(chǎn)能大，用能也大[1-2]。中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司2.5 Mt/a 重油催化裂化裝置，采用中石化石油化工科學(xué)研究研究的MIP-CGP工藝技術(shù)，以加氫渣油為原料，并適時(shí)摻煉加氫柴油、常三線等，主要產(chǎn)品有干氣、液化氣、汽油、柴油、油漿等。裝置用能特點(diǎn)表現(xiàn)在：總輸入能多，需要高能級(jí)的輸入能，能量自給率高，低溫?zé)岫?，蒸汽用量多而分散，可回收利用能?shù)量大、質(zhì)量高等六大特點(diǎn)[3-4]。

為了降低運(yùn)行能耗，節(jié)約成本，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的反再系統(tǒng)卸劑、收劑用汽，除氧器乏汽回收，輕柴油外送，富氣壓縮機(jī)控制等用能特點(diǎn)，開(kāi)展技術(shù)改造。改造后，節(jié)能效果明顯，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并且有利于裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行[5]。

1 反再系統(tǒng)卸劑、收劑系統(tǒng)的技術(shù)改造

1.1 現(xiàn)狀

催化裂化裝置生產(chǎn)過(guò)程中原料油在催化劑的作用下發(fā)生裂化分解、氫轉(zhuǎn)移、異構(gòu)化、芳構(gòu)化等一系列反應(yīng)，催化劑受原料中重金屬及水蒸氣作用發(fā)生中毒和失活，活性和選擇性降低，為了維持反再系統(tǒng)中平衡劑的活性，需要定期卸出部分平衡劑，并補(bǔ)充部分新鮮劑。催化裝置使用的催化劑粒度為20～100 μm 的固體顆粒，因此一般催化劑的卸出和收取是通過(guò)集裝箱或編織袋盛裝。以工業(yè)風(fēng)作為輸送流化介質(zhì)，用低壓蒸汽抽空器將廢催化劑罐和新鮮劑儲(chǔ)罐抽成負(fù)壓，以增加正壓和負(fù)壓的壓差的方式增加催化劑推動(dòng)力，從而增強(qiáng)催化劑的輸送效率，最終完成催化劑的輸送過(guò)程。整個(gè)操作過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，故障率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，輸送效率低，而且使用大量蒸汽作為抽負(fù)壓的介質(zhì)，造成蒸汽直接對(duì)空排放的浪費(fèi)。

1.2 改造措施

通過(guò)分析論證催化裂化裝置停用蒸汽抽真空系統(tǒng)輸送催化劑的可行性，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)摸索。通過(guò)技術(shù)改造，在外取熱器返回口增加大型卸劑線，并在卸劑線彎頭處增加工業(yè)風(fēng)輸送點(diǎn)，不再對(duì)平衡劑罐處抽負(fù)壓，利用再生器的操作壓力及系統(tǒng)藏量靜壓（0.32 MPa 左右） 將平衡劑壓至罐中。卸劑時(shí)，操作員只需控制卸劑線第二道手閥和輸送風(fēng)閥開(kāi)度，就可以保證卸劑速度，使卸劑線不發(fā)生超溫或者阻噎塞。

對(duì)新鮮劑收劑系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，由抽吸式改為壓送式，將集裝箱收料改為粉罐車(chē)壓料。收劑前將粉罐車(chē)密閉沖壓至0.4～0.5 MPa，然后將罐車(chē)底部卸料線與收劑線通過(guò)軟管進(jìn)行連接，在管線彎頭處增設(shè)工業(yè)風(fēng)輸送點(diǎn)，用于流化輸送。收劑時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)工業(yè)風(fēng)的開(kāi)度，控制催化劑輸送速度。當(dāng)粉罐壓力大幅降低，證明新鮮劑收劑完畢。反再系統(tǒng)卸劑、收劑技術(shù)改造流程見(jiàn)圖1。

圖1 反再系統(tǒng)卸劑、收劑技術(shù)改造流程Fig.1 Transformation process of reagent unloading and collecting technology for reverse regeneration system

1.3 效果評(píng)價(jià)

將反再系統(tǒng)卸劑、收劑由抽吸式改為壓送式，流程相對(duì)簡(jiǎn)單，技術(shù)改造工作量低，施工周期短，整改操作簡(jiǎn)便，不需使用低壓蒸汽進(jìn)行抽真空的操作。單次卸劑可以節(jié)省蒸汽10 t/h，卸劑時(shí)間由2 h縮短至1 h，每年節(jié)約低壓蒸汽1 500 t。收劑單次節(jié)省低壓蒸汽12 t/h，收劑操作時(shí)間由5 h 縮短至50 min，每一年節(jié)約1.2 MPa 低壓蒸汽8 100 t。卸劑位置由高溫的燒焦罐改至溫度相對(duì)較低的外取熱器，減少了再生器熱損失，降低了卸劑的危險(xiǎn)性，有助于安全生產(chǎn)，整個(gè)操作過(guò)程避免了催化劑粉塵的外漏，對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染。

2 催化柴油外送熱供料技術(shù)改造

2.1 現(xiàn)狀

為不斷降低裝置生產(chǎn)運(yùn)行的能耗，在熱進(jìn)料技術(shù)改造上，各裝置之間的熱聯(lián)合方面不斷優(yōu)化，取得了良好的效果[6-7]。傳統(tǒng)物料傳送是將產(chǎn)品經(jīng)過(guò)換熱冷卻達(dá)到規(guī)定溫度后進(jìn)入下游裝置，下游裝置再根據(jù)需要加熱升溫后使用[8]。熱供料則是中間產(chǎn)品在出裝置后不經(jīng)冷卻直接進(jìn)入下游加工裝置，通過(guò)減少冷卻與加熱過(guò)程來(lái)達(dá)到減少能量損失的目的。催化裂化裝置生產(chǎn)的柴油自分餾塔流至柴油汽提塔，經(jīng)過(guò)輕柴油泵加壓先后與脫乙烷汽油、富吸收油、熱水換熱后再經(jīng)過(guò)空氣冷卻器冷卻，最后作為產(chǎn)品外送。催化柴油主要作為柴油加氫裝置、蠟油加氫裝置、渣油加氫裝置的原料，剩余的送至柴油罐區(qū)。生產(chǎn)過(guò)程中為了控制柴油汽提塔液位，保證罐區(qū)安全，操作上控制柴油外送溫度不大于45 ℃[9]。由于柴油溫度換熱冷卻后，到加氫裝置又需要加熱到300 ℃左右，不利裝置間的節(jié)能降耗。

2.2 改造措施

如將催化裝置剩余柴油單獨(dú)外送，柴油汽提塔的液位就可控制，則柴油溫度不必低于45 ℃。經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，在貧吸收油冷卻器后增加一個(gè)柴油至罐區(qū)界區(qū)閥后的控制回路，實(shí)現(xiàn)柴油汽提塔液位平穩(wěn)控制，外送溫度45 ℃以下。催化柴油外送給加氫裝置采用熱供料，外送溫度控制在80 ℃左右，停運(yùn)3 臺(tái)柴油干式空冷。催化輕柴油外送技術(shù)改造流程見(jiàn)圖2。

圖2 輕柴油外送技術(shù)改造流程Fig.2 Transformation process of delivery technology for light diesel oil

2.3 效果評(píng)價(jià)

催化裂化裝置共有輕柴油干式空冷器4 臺(tái)，停運(yùn)3 臺(tái)，1 臺(tái)投用保證流程切換時(shí)能迅速降低柴油溫度。采用催化裝置與加氫裝置柴油外送熱供料，停運(yùn)催化柴油空冷器。改造后節(jié)約電能，減少CO2的排放量，同時(shí)又降低了加氫裝置加熱爐負(fù)荷，節(jié)省瓦斯用量。觸類(lèi)旁通，渣油加氫裝置將加氫柴油冷供料改為熱供料，溫度由40 ℃提高至130 ℃，可以減少催化原料開(kāi)工加熱器的4.0 MPa 蒸汽用量，保證了原料的霧化效果，對(duì)降低了焦炭產(chǎn)率起到了積極作用。

3 除氧器乏汽回收技術(shù)改造

3.1 現(xiàn)狀

為了保證汽包上水的除氧水質(zhì)量，需要用除氧器對(duì)除鹽水進(jìn)行熱力除氧。除氧器排出的氣體除了氧氣和其他雜質(zhì)氣體外，還攜帶有大量高溫蒸汽。蒸汽含有大量的顯熱和潛熱，可回收價(jià)值較高。高溫蒸汽直接排放到大氣，造成裝置能量的浪費(fèi)。除氧器排放乏汽的管線縮徑造成現(xiàn)場(chǎng)噪音較大，不利于現(xiàn)場(chǎng)降噪。除氧器使用的除鹽水因換熱設(shè)備停運(yùn)、散熱損失大、供水溫度低等原因造成換熱后的溫度低于設(shè)計(jì)溫度，進(jìn)入除氧器后需要使用大量蒸汽才能保證溶解氧符合汽包上水的要求。

3.2 改造措施

為了避免蒸汽的浪費(fèi)，提高除鹽水上水溫度，對(duì)排放的乏汽進(jìn)行回收。乏汽回收設(shè)施由乏汽吸收動(dòng)力頭、乏汽回收設(shè)施本體和乏汽回收水泵組成，采用文丘里管吸射裝置、填料吸收裝置、水膜吸收裝置三級(jí)吸收，確保外排的乏汽全部回收。除氧器產(chǎn)生的乏汽（單臺(tái)按2.5 t/h、104 ℃），進(jìn)入對(duì)應(yīng)的乏汽吸收動(dòng)力頭，利用乏汽吸收動(dòng)力頭內(nèi)的文丘里射流裝置和汽水混合裝置將乏汽和低溫除鹽水進(jìn)行汽水混合吸收，形成79 ℃的高溫除鹽水后，自流進(jìn)入乏汽回收設(shè)施本體，再通過(guò)乏汽回收水泵升壓后送回除氧器再利用，以充分回收乏汽熱量，減少除氧器蒸汽消耗。

3.3 效果評(píng)價(jià)

投資和改造費(fèi)用相對(duì)專(zhuān)利設(shè)備較低，而且改造方便、設(shè)備儀表維護(hù)量小、一次性投資低、回報(bào)周期短。除氧器乏汽回收實(shí)現(xiàn)了工藝介質(zhì)的循環(huán)再利用，解決了乏汽排放造成的蒸汽污染，乏汽完全被除鹽水吸收，除氧器乏汽回收技術(shù)改造后，可節(jié)約1.2 MPa 低壓蒸汽4.4 t/h，回收除鹽水9.5 t/h，年節(jié)約除鹽水8.2×104t 乏汽回收單元投用后，不影響原來(lái)的除氧器運(yùn)行，乏汽回收投用前后除氧水溶解氧對(duì)比見(jiàn)表1，除氧水溶解氧未發(fā)生變化。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能快速的完成切換，便于乏汽回收和直排，汽水系統(tǒng)運(yùn)行安全有保障。采用的噴射混合方式回收使無(wú)噪音，降低了裝置的噪聲污染，減少對(duì)聽(tīng)力的損害。

表1 乏汽回收投用前后除氧水溶解氧對(duì)比Tab.1 Comparison of dissolved oxygen in deoxygenated water before and after the operation of exhaust steam recovery ug/L

4 富氣壓縮機(jī)優(yōu)化控制改造

4.1 現(xiàn)狀

催化裂化裝置反應(yīng)壓力控制方案是利用富氣壓縮比控制分餾塔頂壓力，間接控制反應(yīng)壓力，但氣壓機(jī)反喘振閥不參與壓力控制。因此，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中，分餾塔頂壓力自動(dòng)控制時(shí)，氣壓機(jī)DV 值（工作點(diǎn)與喘振點(diǎn)的差值）不受自動(dòng)控制方案約束，特定條件下有可能造成氣壓機(jī)喘振。為控制反應(yīng)壓力，兼顧氣壓機(jī)工況，需要人工調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和反飛動(dòng)量，不僅使自控率降低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度增大，并且在手動(dòng)控制時(shí)，需采用增加反飛動(dòng)量的方式，保持氣壓機(jī)DV 值有較大安全裕度，以保證異常工況下，氣壓機(jī)不發(fā)生喘振，間接造成了氣壓機(jī)蒸汽用量增加。

4.2 改造措施

催化裂化裝置采用氣壓機(jī)的性能控制可以兼顧反應(yīng)壓力和氣壓機(jī)工況，增加汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與防喘振閥解耦控制功能，可以保證在分餾塔頂壓力自動(dòng)控制時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和防喘振控制同時(shí)起作用，控制壓力在設(shè)定范圍，避免單一調(diào)整轉(zhuǎn)速造成機(jī)組喘振的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)控制程序和操作畫(huà)面中一些不滿足操作需要的地方進(jìn)行優(yōu)化，完善操作記錄、歷史數(shù)據(jù)記錄和SOE 記錄等[10]。

4.3 效果評(píng)價(jià)

性能控制投用后，優(yōu)化控制方案調(diào)節(jié)更加靈敏可靠，分餾塔頂壓力控制平穩(wěn)，在工況突變時(shí)，可以同時(shí)調(diào)整汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和反喘振閥，相比人工調(diào)節(jié)更加快速，可有效保證氣壓機(jī)DV 值處于安全狀態(tài)。在同負(fù)荷下，由于氣壓機(jī)DV 值可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且調(diào)節(jié)速度更加靈活，DV 值控制安全裕度可以在確保安全的前提下，由原來(lái)的4～6，降低到2～3，汽輪機(jī)使用的4.0 MPa 蒸汽用量平均降低約2.7 t/h。

5 經(jīng)濟(jì)效益

反再系統(tǒng)卸劑、收劑系統(tǒng)的技術(shù)改造后，單次卸劑可以節(jié)省蒸汽10 t/h，單次收劑節(jié)省低壓蒸汽12 t/h，年節(jié)省1.2 MPa 低壓蒸汽8 100 t；催化柴油外送熱供料技術(shù)改造后，可停用柴油干式空冷3臺(tái)，年節(jié)約電能42.65 kWh；除氧器乏汽回收技術(shù)改造后，年可節(jié)約1.2 MPa 低壓蒸汽36 960 t，回收除鹽水9.5 t/h，減去機(jī)泵電耗費(fèi)用；富氣壓縮機(jī)優(yōu)化控制改造可節(jié)約4.0 MPa 中壓蒸汽22.68×104t。各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)改造措施效益如表2 所示，除氧器乏汽回收技術(shù)改造創(chuàng)效最為明顯。

表2 節(jié)能技術(shù)改造措施年創(chuàng)造效益Tab.2 Transformation measures for energy conservation technology and annual benefits created萬(wàn)元

6 結(jié)論

催化裂化裝置通過(guò)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中反再系統(tǒng)卸劑、收劑系統(tǒng)，輕柴油外送熱供料，除氧器乏汽回收，富氣壓縮機(jī)性能控制等技術(shù)改造，避免了蒸汽直接對(duì)空排放，減少了蒸汽消耗，也節(jié)省了用電消耗，減少了二氧化碳的排放，各項(xiàng)措施節(jié)能效果明顯，合計(jì)每年可節(jié)省1.2 MPa低壓蒸汽4.50×104t，節(jié)省4.0 MPa 中壓蒸汽22.68×104t，節(jié)約電能42.65 kWh，經(jīng)濟(jì)效益顯著。石油化工裝置節(jié)能是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的工作，需要不斷創(chuàng)新持續(xù)推進(jìn)，該裝置的節(jié)能改造技術(shù)措施對(duì)重油催化裂化裝置具有一定的推廣借鑒意義。