重油催化裂化裝置節能優化措施與效果研究

李朋

摘要：催化裂化裝置是我國煉油行業的主要二次加工裝置，也是煉油廠主要的耗能裝置，隨著原油價格的不斷攀升以及催化裂化原料的日益加重，催化裂化裝置的節能降耗問題已經成為提高催化裂化裝置經濟效益的關鍵問題，其重要性也尤為突出。降低煉油裝置能耗、實現綠色低碳生產已成為當前煉油行業實現可持續發展及提高盈利能力亟待解決的重要課題。

關鍵詞：催化裂化裝置;重油;經濟效益;能降耗問題

催化裂化是煉油廠重要的二次加工工藝，在重質原油輕質化過程中發揮了積極的作用，但在生產輕質燃料的同時也消耗了大量的能源。國內煉油企業催化裂化裝置的能耗平均占煉油企業能耗的35%，通過利用先進的工藝技術和優化操作條件降低裝置能耗、縮短國內外企業的差距、提高市場競爭能力，是催化裂化裝置亟待解決的問題。

1 裝置能耗分析

某石化總廠的重油催化裂化裝置是同軸式催化裂化裝置，原設計加工能力300kt/a。為調整產品結構，增產液化氣和丙烯等高含量滿足國家標準要求，后進行多產異構烷烴的催化裂化工藝技術擴能改造，裝置設計處理量提高到500kt/a。隨著原料日趨變重，產品分布逐步變差，高附加值產品收率下降，裝置能耗上升。催化裂化裝置綜合能耗的主要權重因素為燒焦能耗、電耗和蒸汽外送量。其中，燒焦能耗是催化裂化裝置中占比最大的能耗，但該裝置焦炭產率比設計值低，使得蒸汽外送量下降很多，只有9.25t/h，比設計值低了16.65t/h。與設計值相比，電耗增加較多，占總能耗的15%，使得裝置能耗仍處于較高水平。因此，將降低裝置電耗作為節能工作的重點，同時采用多種節能手段和措施，降低其他能耗，全面發力，多方著手，降低裝置總能耗。

2 節能措施及應用情況

2.1 節能風機改造

空冷風機普遍采用軸流風機輸送空氣，風機不但能耗高，而且它的狀態好壞直接影響整個生產線的穩定。風機葉輪是唯一對氣體做功的部件，葉片的性能好壞直接決定風機的效率和整體性能。現役空冷風機普遍葉型簡單，效率低，能耗高，不符合國家節能減排的趨勢;設備長時間運行后，葉片因磨損、腐蝕、老化等因素，強度與性能下降，維護成本高。全廠風機年平均耗電約為1.71×106kW·h。為進一步降低風機用電，提高風機穩定性，對車間共計9臺電機驅動風機的葉片進行改造，由普通葉片改為全三維高效節能軸流風機葉片。葉片采用玻璃鋼材質、環氧樹脂加碳纖維的中空結構，葉片的剛度大，傳動部件的負載輕，且表面涂有環氧樹脂，耐腐蝕、抗紫外線。通過CFD軟件計算，沿徑向設計成不同的扭曲度，升阻比大、無二次流動，保證二維流動在寬廣的工作范圍內具有非常低的流動損失。改造后，在現役風機運行電流相同情況下，風機風量比現役風機均有大幅提升;在電機安全負載條件下，新風機在電流較低情況下，比現役風機風量大很多，總能效提升效率約為20%。

2.2 提高空冷利用效率

催化裂化裝置吸收穩定單元的穩定塔用于分離汽油和液化氣，操作壓力穩定是汽油飽和蒸汽壓、液化氣重組分含量合格的保障。穩定塔壓力控制方案通常采用：塔頂空冷熱旁路補壓至塔頂回流罐，控制穩定塔壓力在1.05MPa左右。熱旁路補壓使得部分液化氣不經冷凝直接進入回流罐，液化氣回流溫度升高，進而使得穩定塔頂溫度升高，尤其是夏季，氣溫高、空冷冷卻負荷大、效率差，直接導致液化氣中重組分含量超標。為了降低穩定塔頂及液化氣冷后的溫度，通常采用增開空冷臺數、加大空冷噴淋水用量等措施，能耗大大增加。經過討論，決定將穩定塔頂油氣全部進空冷冷卻，不再使用旁路補壓;回流罐壓力不足部分引不凝氣充壓。改造后，一方面回流罐壓力調節靈敏，汽油和液化氣產品質量合格;另一方面，在相同空冷運行臺數情況下，液化氣冷卻后溫度降低3～5℃。改造前需6臺空冷全開才能滿足生產，現改不凝氣充壓后，只需開3～4臺即可滿足生產需要，與空冷節能風機配合使用，使得空冷噴淋軟化水用量較以前有大幅下降，每天可節約30t，一年可節約35萬元。

2.3 主風節能系統改造

催化裂化裝置反應-再生系統的運行工況與主風機供風能力密切相關。尤其是夏季，受環境溫度的影響，主風機供風能力會大幅下降，嚴重限制裝置處理量的提高。為緩解主風機供能不足的情況，降低裝置能耗，在小改動、小投資的前提下提高主風量，解決了裝置處理量的提高與加工量不匹配的問題。將真空變壓吸附制氧法與煉化工藝相結合，在不影響裝置生產且改動最小的前提下，實現催化裂化裝置富氧再生工藝生產，從而消除夏季生產時主風機供風能力不足的“瓶頸”，達到提高裝置處理能力、降低裝置能耗的目的。

2.4 優化煙機檢修方法

煙氣輪機是煉化企業催化裝置的能量回收設備，將催化再生器燒焦所產生的煙氣中的壓力能和熱能回收，轉變為轉子回轉運動的機械能，與電機一起驅動主風機做功，達到節能的目的。煙機的平穩運行，不但是保證催化裂化裝置生產效益的重點，也是降低裝置能耗的關鍵。通過借鑒其他煉廠的除垢經驗，立足自身裝置的特點，將煙機在線除垢方案與煙機運行情況相結合，在煙機帶負荷、不停機的情況下進行在線除垢。利用輪盤冷卻蒸汽控制輪盤溫度，反復調整輪盤冷卻蒸汽流量，使輪盤溫度在一定范圍內波動，利用溫降剝離動、靜葉片上的催化劑垢，高速破碎、甩出，反復多次后，除垢完畢，煙機升溫，并入系統。該方法維修周期短，約8h左右，成本低，效果好，在線除垢后，煙機的日耗電量降低。

3 節能措施的實施效果

通過實施技術改造和設備節能改造、優化操作條件等措施，催化裂化裝置的能耗顯著降低。2017年的能耗（以標油計）比2016年下降了 15.19kg/t。其中，電能降低4.28kg/t;由于蒸汽消耗量下降，蒸汽外輸增加3.80kg/t，其余耗能物流變化不大。通過提高余熱鍋爐取熱效率、強化傳熱，可進一步回收熱量并多產蒸汽，降低蒸汽能耗。若將三旋至煙機入口保溫更換為熱盾毯材料可進一步減少散熱損失，降低裝置能耗。

4 結論：

1）通過實施節能風機改造、提高空冷利用效率、主風節能系統改造及優化煙機檢修方法等措施，催化裂化裝置的各項能耗指標與設計值相比，均有不同程度的降低，節能效果明顯，經濟效益顯著。2）通過精細化管理手段降低裝置加工損失以及做好水、電、汽、風的節約使用，可進一步降低裝置能耗。

參考文獻：

[1]王偉華.催化裂化裝置換熱網絡的節能優化[J].石油石化節能與減排，2018（1）.