連續(xù)重整裝置節(jié)能淺析

姚念超，王海峰，姜岱坤

(青島伊科思技術(shù)工程有限公司，山東 青島 266000)

連續(xù)重整裝置節(jié)能淺析

姚念超，王海峰，姜岱坤

(青島伊科思技術(shù)工程有限公司，山東 青島 266000)

從提高加熱爐熱效率、回收加熱爐煙氣余熱、優(yōu)化工藝運(yùn)行條件、使用變頻節(jié)電技術(shù)及加強(qiáng)水汽管理等方面對(duì)重整裝置的節(jié)能途徑進(jìn)行了探討，并提出了進(jìn)一步改進(jìn)的措施。

加熱爐；煙氣；蒸汽；節(jié)能；變頻技術(shù)

某公司150萬t/a連續(xù)重整裝置采用UOP超低壓連續(xù)重整工藝，反應(yīng)器采用四臺(tái)疊置式，反應(yīng)器內(nèi)油汽上進(jìn)上出(中心管上流式)；催化劑再生采用UOP第三代催化劑再生工藝“CycleMax”，實(shí)現(xiàn)催化劑連續(xù)循環(huán)，同時(shí)完成催化劑再生；苯抽提部分采用非臨水抽提蒸餾技術(shù)，采用高選擇性主溶劑環(huán)丁砜加專用助溶劑的復(fù)合溶劑體系，提高了原料的適應(yīng)性和芳烴收率。

本裝置以常減壓裝置、柴油加氫裝置、加氫處理裝置、加氫裂化裝置提供的石腦油為原料，生產(chǎn)高辛烷值汽油組分(C5+重整生成油的辛烷值按RONC102設(shè)計(jì))及混合二甲苯和苯等芳烴產(chǎn)品，同時(shí)還副產(chǎn)含氫氣體、脫異戊烷油、C6抽余油、液化氣及燃料氣等產(chǎn)品。副產(chǎn)的氫氣直接供給柴油加氫、航煤加氫和加氫處理、加氫裂化裝置。本裝置重整反應(yīng)和催化劑再生部分只購買專利商(UOP)的專利使用權(quán)，苯抽提部分由石油化工科學(xué)研究院提供工藝包。

本裝置能源消耗主要是燃料氣、蒸汽[中壓蒸汽(SM)、低壓蒸汽(SL)]、水、電、氣等。裝置設(shè)計(jì)能耗為120.82 kg標(biāo)油/t重整進(jìn)料(1 kg標(biāo)油的能量相當(dāng)于4.18×10kJ)。

1 裝置能耗分析

裝置設(shè)計(jì)能耗為120.82 kg標(biāo)油/t重整進(jìn)料，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，裝置的實(shí)際運(yùn)行能耗降為110 kg標(biāo)油/t重整進(jìn)料，重整裝置的設(shè)計(jì)能耗如表1。

表1 重整裝置的設(shè)計(jì)能耗表

注：①能耗計(jì)算以重整進(jìn)料為基準(zhǔn)(178572 kg/h)；②負(fù)號(hào)表示裝置產(chǎn)生量；③燃料氣低熱值44041 kJ/kg。

從表1中可知，裝置消耗能量為7451.68 MJ/t，其中燃料消耗占比48.65%，3.5MPa蒸汽消耗占比44.58%，電消耗占比4.31%，因此裝置的節(jié)能降耗應(yīng)從燃料、中壓蒸汽、電等方面入手。

2 節(jié)能途徑分析

2.1 燃料消耗分析

本裝置共有8臺(tái)加熱爐，其中預(yù)加氫有3臺(tái)加熱爐，重整有5臺(tái)加熱爐，各加熱爐的負(fù)荷及燃料消耗如表2。

表2 加熱爐負(fù)荷表

8臺(tái)加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)瓦斯耗量為17631 Nm3/h，爐101、102、103、205是圓筒爐，采用強(qiáng)制通風(fēng)，煙道氣有空氣預(yù)熱器；爐201、202、203、204是方箱爐，采用自然通風(fēng)，煙道氣沒有空氣預(yù)熱器，排煙溫度較高。8臺(tái)爐子設(shè)計(jì)過剩空氣系數(shù)為3%～5%，如果在生產(chǎn)中將加熱爐的過剩空氣系數(shù)控制在1.5%～2.0%，可適當(dāng)提高加熱爐的熱效率，降低燃料消耗，降低裝置能耗。

爐201、202、203、204是方箱爐，采用自然通風(fēng)，4臺(tái)爐子煙道合為一處進(jìn)入煙囪，盡管高溫?zé)煔饨?jīng)過蒸汽過熱、蒸汽發(fā)生、除氧水換熱等措施，但排煙溫度依然很高，考慮四合一爐改為強(qiáng)制通風(fēng)，增上空氣預(yù)熱器，可適當(dāng)提高加熱爐的熱效率，降低燃料消耗，降低裝置能耗。

2.2 中壓蒸汽消耗分析

表3 中壓蒸汽消耗表

正常生產(chǎn)時(shí)，重整裝置中壓蒸汽消耗161 t/h，除了四合一爐的煙氣余熱產(chǎn)生25t/h蒸汽外，其余全部來自裝置外管網(wǎng)，蒸汽消耗的能耗占比為44.58%，從表3可以看出，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)(K201)和重整氫氣增壓機(jī)(K202)的汽輪機(jī)是蒸汽消耗大戶，因此降低裝置中壓蒸汽消耗應(yīng)著重從汽輪機(jī)考慮。

2.3 電消耗分析

表4 部分電機(jī)功率表

表4(續(xù))

全裝置電耗總量為5260kW，電消耗占裝置能耗比為4.31%，表4中所列的都是功率較大的耗電設(shè)備，其它還包括空冷風(fēng)機(jī)及小功率泵，因此用電節(jié)能應(yīng)首先考慮大功率耗電設(shè)備。

3 節(jié)能措施

3.1 燃料消耗節(jié)能措施

加熱爐燃料氣的消耗在連續(xù)重整裝置的綜合能耗中占48.65%左右，為盡力減少燃料氣的消耗，裝置采取的措施有：根據(jù)燃料氣壓力、組分和外界氣候的變化，勤調(diào)、細(xì)調(diào)加熱爐的煙道擋板和火嘴風(fēng)門，合理控制其氧含量，盡力降低排煙溫度，提高各爐的熱效率，目前裝置內(nèi)8臺(tái)加熱爐的熱效率均保持在90%以上；根據(jù)預(yù)加氫原料的性質(zhì)變化，把其反應(yīng)加熱爐的出口溫度往低限控制，確保原料質(zhì)量不過剩；根據(jù)重整產(chǎn)品的性質(zhì)需要，及時(shí)調(diào)整重整料的初餾點(diǎn)，同時(shí)把預(yù)加氫系統(tǒng)的汽提塔、分餾塔的塔頂操作回流比往低限控制，減少其塔底重沸加熱爐的燃料氣消耗；根據(jù)重整原料的性質(zhì)變化和產(chǎn)品性質(zhì)的需要，及時(shí)調(diào)整重整加熱爐的出口溫度，在減少質(zhì)量過剩的基礎(chǔ)上，減少燃料氣的消耗；充分利用裝置催化劑再生系統(tǒng)的能力，把重整反應(yīng)的氫油比往低限控制，一方面降低了加熱爐燃料氣的消耗，另一方面降低了循環(huán)氫壓縮機(jī)的蒸汽消耗；加強(qiáng)預(yù)加氫“四合一爐”空氣預(yù)熱器風(fēng)機(jī)K401的監(jiān)控和維護(hù)，確保安、穩(wěn)、長運(yùn)轉(zhuǎn)，以盡量回收“四合一爐”的煙氣余熱，減少燃料氣的消耗。

重整“四合一爐”采用自然通風(fēng)，排樣溫度高達(dá)170℃以上，公司燃料氣經(jīng)過脫硫后總流<5 ppm，因此降低排煙溫度是重整“四合一爐”節(jié)能的關(guān)鍵，下一步是與設(shè)計(jì)院聯(lián)合計(jì)算降低排煙溫度的節(jié)能途徑，在經(jīng)濟(jì)合理的情況下，通過技術(shù)改造，降低重整爐的排煙溫度，減少裝置能耗。

3.2 中壓蒸汽消耗節(jié)能措施

從表3可看出重整循環(huán)氫壓縮機(jī)與重整氫氣增壓機(jī)是中壓蒸汽的消耗大戶，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)的汽輪機(jī)出口壓力為0.5MPa低低壓蒸汽，重整氫氣增壓機(jī)的汽輪機(jī)出口壓力為1.0MPa低壓蒸汽，通過與生產(chǎn)技術(shù)部討論，將低壓蒸汽管網(wǎng)壓力降至0.8MPa，重整氫氣增壓機(jī)蒸汽耗量降低，而重整循環(huán)氫壓縮機(jī)的汽輪機(jī)出口低低壓蒸汽做為裝置的伴熱蒸汽，可根據(jù)生產(chǎn)情況及氣候變換，在滿足伴熱需求的情況下，將低低壓蒸汽壓力適當(dāng)降低至0.45MPa，重整循環(huán)氫壓縮機(jī)的蒸汽耗量降低；根據(jù)重整原料的性質(zhì)變化和產(chǎn)品性質(zhì)的需要，充分利用裝置催化劑再生系統(tǒng)的能力，把重整反應(yīng)的氫油比往低限控制，降低了循環(huán)氫壓縮機(jī)的蒸汽消耗。

重整氫氣增壓機(jī)原有控制系統(tǒng)采用Triconex TS3000控制系統(tǒng)，采用“三分程”控制重整反再系統(tǒng)壓力。TS3000控制系統(tǒng)存在的問題是：防喘振控制計(jì)算不準(zhǔn)確，回流閥開度大，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)運(yùn)行的能耗過高；三分程的中段轉(zhuǎn)速控制常處于手動(dòng)控制，影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，操作困難；性能控制與防喘振控制功能不清晰，相互干擾。為保證反再系統(tǒng)壓力控制平穩(wěn)，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的，利用2011年7月停工大檢修的機(jī)會(huì)實(shí)施控制系統(tǒng)改造，選用美國壓縮機(jī)控制公司CCC控制系統(tǒng)(Compressor Controls Corporation)，更換控制方案。

表5 增壓機(jī)控制改造對(duì)比表

可以看出：在相同處理量情況下，壓縮機(jī)K202蒸汽消耗較改造前減少約5～10 t/h(隨處理量會(huì)有所變化)左右。計(jì)中壓蒸汽價(jià)格150元/t，以汽耗減少5t/h算，則僅節(jié)約蒸汽用量一年產(chǎn)生的效益約達(dá)630萬元(5×8400×150=6300000)，節(jié)能效果明顯。

脫戊烷塔、苯抽提塔、苯蒸餾塔三塔操作，根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷及產(chǎn)品質(zhì)量狀況，適當(dāng)調(diào)整塔頂回流及塔底溫度，在滿足正常生產(chǎn)的情況下，降低蒸汽消耗。

3.3 電消耗節(jié)能措施

全面計(jì)算裝置內(nèi)大型機(jī)泵(比如大于50 kW的機(jī)泵)的效率后發(fā)現(xiàn)，裝置還有幾臺(tái)泵的效率比較低，可以切割葉輪或增設(shè)變頻，提高其利用率。若因原料變化原因，造成后續(xù)分餾塔頂?shù)妆秘?fù)荷變化較大，考慮增設(shè)變頻器；對(duì)于預(yù)加氫循環(huán)機(jī)可考慮改造為增設(shè)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，加熱爐鼓引風(fēng)機(jī)考慮增設(shè)變頻器。

加強(qiáng)空氣冷卻器變頻設(shè)施的精細(xì)管理。裝置內(nèi)共使用了22臺(tái)變頻器，其節(jié)電效果很好，尤其是在天氣氣溫比較低時(shí)，效果更明顯。在運(yùn)行過程中，裝置根據(jù)天氣氣溫和裝置工況的變化，首先確保所有的變頻器投用，在此基礎(chǔ)上，全開空冷百葉窗，盡量少開空冷臺(tái)數(shù)，合理控制冷后溫度。同時(shí)，加強(qiáng)變頻器的監(jiān)控和維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。

4 結(jié)論

(1)通過改善燃燒條件、最佳的煙氣氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)、控制傳熱面結(jié)垢和減少爐壁熱損失等方面來提高加熱爐的熱效率，通過技術(shù)改造，降低重整爐的排煙溫度，是降低裝置能耗的關(guān)鍵所在。

(2)優(yōu)化工藝運(yùn)行條件，尤其重整氫油比的降低可使透平的負(fù)荷降低，從而減少了蒸汽用量；降低分餾塔的回流比和塔壓節(jié)能效果明顯；降低重整兩臺(tái)汽輪機(jī)的出口壓力，重整增壓機(jī)控制系統(tǒng)改造，減少蒸汽用量，降低了裝置能耗。

(3)加強(qiáng)用電綜合管理，通過增設(shè)空冷、泵及風(fēng)機(jī)變頻器，通過對(duì)一些泵的葉輪切削，用電負(fù)荷降低，節(jié)能效果明顯。

[1] 劉運(yùn)桃．管式加熱爐操作問答[M]．北京：中國石化出版社，1992.

[2] 張福詒．煉油工藝手冊(cè)[M]．北京：中國石化出版社，1988.

(本文文獻(xiàn)格式：姚念超，王海峰，姜岱坤.連續(xù)重整裝置節(jié)能淺析[J].山東化工,2017,46(5):97-99.)

2017-01-13

姚念超(1973—)，工程師，1994年畢業(yè)于廣東石油化工學(xué)院，一直從事石油化工的技術(shù)管理工作。

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