重油催化裂化裝置節(jié)能優(yōu)化措施與效果研究

李朋

摘要：催化裂化裝置是我國(guó)煉油行業(yè)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(jià)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(jié)能降耗問(wèn)題已經(jīng)成為提高催化裂化裝置經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵問(wèn)題，其重要性也尤為突出。降低煉油裝置能耗、實(shí)現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)已成為當(dāng)前煉油行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展及提高盈利能力亟待解決的重要課題。

關(guān)鍵詞：催化裂化裝置;重油;經(jīng)濟(jì)效益;能降耗問(wèn)題

催化裂化是煉油廠重要的二次加工工藝，在重質(zhì)原油輕質(zhì)化過(guò)程中發(fā)揮了積極的作用，但在生產(chǎn)輕質(zhì)燃料的同時(shí)也消耗了大量的能源。國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)催化裂化裝置的能耗平均占煉油企業(yè)能耗的35%，通過(guò)利用先進(jìn)的工藝技術(shù)和優(yōu)化操作條件降低裝置能耗、縮短國(guó)內(nèi)外企業(yè)的差距、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，是催化裂化裝置亟待解決的問(wèn)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(shè)計(jì)加工能力300kt/a。為調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增產(chǎn)液化氣和丙烯等高含量滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，后進(jìn)行多產(chǎn)異構(gòu)烷烴的催化裂化工藝技術(shù)擴(kuò)能改造，裝置設(shè)計(jì)處理量提高到500kt/a。隨著原料日趨變重，產(chǎn)品分布逐步變差，高附加值產(chǎn)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(quán)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(chǎn)率比設(shè)計(jì)值低，使得蒸汽外送量下降很多，只有9.25t/h，比設(shè)計(jì)值低了16.65t/h。與設(shè)計(jì)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(jié)能工作的重點(diǎn)，同時(shí)采用多種節(jié)能手段和措施，降低其他能耗，全面發(fā)力，多方著手，降低裝置總能耗。

2 節(jié)能措施及應(yīng)用情況

2.1 節(jié)能風(fēng)機(jī)改造

空冷風(fēng)機(jī)普遍采用軸流風(fēng)機(jī)輸送空氣，風(fēng)機(jī)不但能耗高，而且它的狀態(tài)好壞直接影響整個(gè)生產(chǎn)線的穩(wěn)定。風(fēng)機(jī)葉輪是唯一對(duì)氣體做功的部件，葉片的性能好壞直接決定風(fēng)機(jī)的效率和整體性能。現(xiàn)役空冷風(fēng)機(jī)普遍葉型簡(jiǎn)單，效率低，能耗高，不符合國(guó)家節(jié)能減排的趨勢(shì);設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，葉片因磨損、腐蝕、老化等因素，強(qiáng)度與性能下降，維護(hù)成本高。全廠風(fēng)機(jī)年平均耗電約為1.71×106kW·h。為進(jìn)一步降低風(fēng)機(jī)用電，提高風(fēng)機(jī)穩(wěn)定性，對(duì)車間共計(jì)9臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的葉片進(jìn)行改造，由普通葉片改為全三維高效節(jié)能軸流風(fēng)機(jī)葉片。葉片采用玻璃鋼材質(zhì)、環(huán)氧樹脂加碳纖維的中空結(jié)構(gòu)，葉片的剛度大，傳動(dòng)部件的負(fù)載輕，且表面涂有環(huán)氧樹脂，耐腐蝕、抗紫外線。通過(guò)CFD軟件計(jì)算，沿徑向設(shè)計(jì)成不同的扭曲度，升阻比大、無(wú)二次流動(dòng)，保證二維流動(dòng)在寬廣的工作范圍內(nèi)具有非常低的流動(dòng)損失。改造后，在現(xiàn)役風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流相同情況下，風(fēng)機(jī)風(fēng)量比現(xiàn)役風(fēng)機(jī)均有大幅提升;在電機(jī)安全負(fù)載條件下，新風(fēng)機(jī)在電流較低情況下，比現(xiàn)役風(fēng)機(jī)風(fēng)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(wěn)定單元的穩(wěn)定塔用于分離汽油和液化氣，操作壓力穩(wěn)定是汽油飽和蒸汽壓、液化氣重組分含量合格的保障。穩(wěn)定塔壓力控制方案通常采用：塔頂空冷熱旁路補(bǔ)壓至塔頂回流罐，控制穩(wěn)定塔壓力在1.05MPa左右。熱旁路補(bǔ)壓使得部分液化氣不經(jīng)冷凝直接進(jìn)入回流罐，液化氣回流溫度升高，進(jìn)而使得穩(wěn)定塔頂溫度升高，尤其是夏季，氣溫高、空冷冷卻負(fù)荷大、效率差，直接導(dǎo)致液化氣中重組分含量超標(biāo)。為了降低穩(wěn)定塔頂及液化氣冷后的溫度，通常采用增開空冷臺(tái)數(shù)、加大空冷噴淋水用量等措施，能耗大大增加。經(jīng)過(guò)討論，決定將穩(wěn)定塔頂油氣全部進(jìn)空冷冷卻，不再使用旁路補(bǔ)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(diào)節(jié)靈敏，汽油和液化氣產(chǎn)品質(zhì)量合格;另一方面，在相同空冷運(yùn)行臺(tái)數(shù)情況下，液化氣冷卻后溫度降低3～5℃。改造前需6臺(tái)空冷全開才能滿足生產(chǎn)，現(xiàn)改不凝氣充壓后，只需開3～4臺(tái)即可滿足生產(chǎn)需要，與空冷節(jié)能風(fēng)機(jī)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(jié)約30t，一年可節(jié)約35萬(wàn)元。

2.3 主風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)改造

催化裂化裝置反應(yīng)-再生系統(tǒng)的運(yùn)行工況與主風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力密切相關(guān)。尤其是夏季，受環(huán)境溫度的影響，主風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力會(huì)大幅下降，嚴(yán)重限制裝置處理量的提高。為緩解主風(fēng)機(jī)供能不足的情況，降低裝置能耗，在小改動(dòng)、小投資的前提下提高主風(fēng)量，解決了裝置處理量的提高與加工量不匹配的問(wèn)題。將真空變壓吸附制氧法與煉化工藝相結(jié)合，在不影響裝置生產(chǎn)且改動(dòng)最小的前提下，實(shí)現(xiàn)催化裂化裝置富氧再生工藝生產(chǎn)，從而消除夏季生產(chǎn)時(shí)主風(fēng)機(jī)供風(fēng)能力不足的“瓶頸”，達(dá)到提高裝置處理能力、降低裝置能耗的目的。

2.4 優(yōu)化煙機(jī)檢修方法

煙氣輪機(jī)是煉化企業(yè)催化裝置的能量回收設(shè)備，將催化再生器燒焦所產(chǎn)生的煙氣中的壓力能和熱能回收，轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，與電機(jī)一起驅(qū)動(dòng)主風(fēng)機(jī)做功，達(dá)到節(jié)能的目的。煙機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，不但是保證催化裂化裝置生產(chǎn)效益的重點(diǎn)，也是降低裝置能耗的關(guān)鍵。通過(guò)借鑒其他煉廠的除垢經(jīng)驗(yàn)，立足自身裝置的特點(diǎn)，將煙機(jī)在線除垢方案與煙機(jī)運(yùn)行情況相結(jié)合，在煙機(jī)帶負(fù)荷、不停機(jī)的情況下進(jìn)行在線除垢。利用輪盤冷卻蒸汽控制輪盤溫度，反復(fù)調(diào)整輪盤冷卻蒸汽流量，使輪盤溫度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，利用溫降剝離動(dòng)、靜葉片上的催化劑垢，高速破碎、甩出，反復(fù)多次后，除垢完畢，煙機(jī)升溫，并入系統(tǒng)。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(jī)的日耗電量降低。

3 節(jié)能措施的實(shí)施效果

通過(guò)實(shí)施技術(shù)改造和設(shè)備節(jié)能改造、優(yōu)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(biāo)油計(jì)）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(guò)提高余熱鍋爐取熱效率、強(qiáng)化傳熱，可進(jìn)一步回收熱量并多產(chǎn)蒸汽，降低蒸汽能耗。若將三旋至煙機(jī)入口保溫更換為熱盾毯材料可進(jìn)一步減少散熱損失，降低裝置能耗。

4 結(jié)論：

1）通過(guò)實(shí)施節(jié)能風(fēng)機(jī)改造、提高空冷利用效率、主風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)改造及優(yōu)化煙機(jī)檢修方法等措施，催化裂化裝置的各項(xiàng)能耗指標(biāo)與設(shè)計(jì)值相比，均有不同程度的降低，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2）通過(guò)精細(xì)化管理手段降低裝置加工損失以及做好水、電、汽、風(fēng)的節(jié)約使用，可進(jìn)一步降低裝置能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]王偉華.催化裂化裝置換熱網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能優(yōu)化[J].石油石化節(jié)能與減排，2018（1）.