350萬t·a-1柴油加氫裂化裝置節能優化及應用

于洋洋，陳國棟，葛依明

（浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200）

1 裝置概況及工藝流程特點

1.1 350萬t·a-1柴油加氫裂化裝置概況

浙江石油化工有限公司 4 000 萬t·a-1煉化一體化項目350萬t·a-1柴油加氫裂化裝置，由中國石化洛陽工程有限公司設計。該裝置采用UOP公司提供的固定床兩段式全循環柴油加氫裂化技術。UOP提供全套的加氫裂化催化劑，該催化劑系統具有脫金屬、加氫精制、加氫裂化等功能。裝置以直餾柴油、催化柴油、漿態床渣油加裂裝置柴油和石腦油為原料，主要生產催化重整裝置原料重石腦油，副產輕石腦油。該裝置同時設置輕烴回收及產品精制部分，將本裝置及蠟油加氫裂化裝置的粗石腦油、酸性氣、低分氣，蠟油加氫處理裝置的酸性氣、低分氣、柴油加氫精制裝置的酸性氣、低分氣、石腦油加氫裝置的酸性氣進行輕烴回收及精制，生產精制液化氣和脫硫干氣、脫硫低分氣。

裝置由反應部分（含兩段反應部分、循環氫脫硫、循環氫壓縮機）、新氫壓縮機部分、分餾部分、輕烴回收部分、產品精制部分組成。

1.2 350萬t·a-1柴油加氫裂化裝置工藝流程特點

根據裝置原料油性質及目標產品的質量要求，采用 UOP 兩段全循環柴油加氫裂化工藝技術。反應部分設置一臺一段加氫反應器和一臺二段加氫反應器。新鮮進料在一段反應器內進行加氫精制和加氫裂化反應, 分餾塔底未轉化柴油進入二段反應器進一步進行加氫裂化反應。

采用熱高分流程，提高反應流出物熱能利用率，降低能耗；兩段反應共用一套高分設施，節省占地及操作費用。

設置循環氫脫硫設施，降低反應系統操作壓力，并減緩設備腐蝕等。

2 節能優化方案

2.1 電消耗節能優化

2.1.1 一、二段進料泵電能節能優化

浙江石油化工有限公司 4 000 萬t·a-1煉化一體化項目350萬t·a-1柴油加氫裂化裝置，共擁有4臺進料泵，分別是2臺一段進料泵以及2臺二段進料泵，為充分回收熱高分底油以及冷高分底油的壓力能，在設計上將熱高分底油接入一段進料泵液力透平，將熱高分底油的壓力能轉換給一段進料泵液力透平的機械能作為一段進料泵的動力源。同理，將冷高分底油引入二段進料泵，將冷高分底油壓力能轉換為二段進料泵液力透平機械能作為二段進料泵的動力源，從而達到節省電能的目的。一段及二段進料泵主要性能參數如表1所示。

表1 一段、二段進料泵主要性能參數

2.1.2 分餾塔底重沸爐泵電能節能優化

分餾塔底重沸爐泵是柴油加氫裂化裝置分餾系統功率最大的機泵，同時也是分餾系統出口流量最大的機泵。原設計是采用3臺功率為710 kW電機驅動機泵，運行過程中采用兩開一備方案，但考慮到裝置高壓蒸汽比較充沛，電能相對緊張的實際情況，設計上對3臺分餾塔底重沸爐泵中的一臺改造成汽輪機驅動，采用4.2 MPa高壓蒸汽作為汽輪機氣源，排除0.5 MPa低壓蒸汽，同時保證此臺汽輪機驅動機泵長期運行，另外兩臺電驅動機泵根據需要進行切換，從而節省裝置電力消耗。

2.2 水消耗節能優化

2.2.1 高效復合空冷水節能優化

柴油加氫裂化裝置共有12臺高效復合空冷器，其中產品分餾塔頂空冷器8臺，單臺管束規格為9.15 m×3.2 m，換熱管規格為φ32 mm×2.5 mm，水箱尺寸為9.15 m×3.2 m×0.42 m，正常運行需水量約為12 m3。石腦油分餾塔頂空冷器4臺，單臺管束規格為9.15 m×3.2 m，換熱管規格為φ32 mm×2.5 mm，水箱尺寸為12 m×3.2 m×0.42 m，正常運行需水量約為16 m3。在裝置運行期間，隨著空冷器水分的蒸發消耗，需要間斷補充除鹽水，但在使用過程中，補充除鹽水過程中易發生冒罐現象，導致除鹽水外溢現象頻發，根據以往經驗，可以采取增設調節閥來控制水箱液位，但投資增加較大，并且在使用中，調節閥調節精度不易控制，同樣易造成水箱溢流現象。根據以上情況，制造廠采取了浮球連桿結構的方案，通過液位變化改變浮球高度，通過連桿最終調節上水閥上水或者停止上水。從而達到減少操作人員勞動強度和節約除鹽水的目的。

2.2.2 離心式壓縮機組水節能優化

柴油加氫裂化裝置離心式壓縮機機組汽輪機采用的凝汽式汽輪機，型號為NK40/45。因浙石化二期循環水用水相對緊張，在設計上，對于汽輪機出口蒸汽冷卻問題，采用空冷冷卻，高壓蒸汽經過汽輪機完成能量轉化后，排除的蒸汽及凝結水混合物通過汽輪機出口負壓的作用進入空冷島冷卻，空冷島包含48片空冷管束、6臺功率160 kW風機以及蒸汽匯流管等部分，通過空冷島冷卻后形成凝結水自流流入熱井中，通過熱井底部的凝結水泵，將產生的凝結水送入凝結水管網回收利用。

汽輪機空冷系統的應用，對于循環冷卻水緊張的裝置，節省的循環水用量，利用空冷器冷卻方式維持汽輪機穩定運轉?？绽淦鹘Y構示意圖如圖1所示。

圖1 空冷器結構示意圖

2.3 燃料氣消耗節能優化

2.3.1 加熱爐余熱回收系統燃料氣節能優化

柴油加氫裂化裝置共有3臺加熱爐，由江蘇焱鑫科技集團承制，均為方箱爐，底燒式，共有90臺燃燒器，全部為低氮燃燒器。加熱爐余熱回收系統包含2臺鼓風機、1臺引風機、一套空氣預熱器及煙風道、煙道閥門等。

加熱爐出口約210 ℃煙氣經過空氣預熱器與鼓風機出口空氣換熱器，溫度降低至約105 ℃左右后通過引風機排入煙囪。通過換熱，加熱爐頂出口煙氣將熱量傳遞給鼓風機出口入爐空氣，提升了加熱爐入爐空氣溫度，從而有效降低了能源消耗。

3 電消耗節能優化效果分析

3.1 電消耗節能優化效果分析

由液力透平功率計算公式：

式中：NR—液力透平在設計條件下每小時所能回收的功率，kW；

Qt—進入液力透平的流量；

Ht—通過液力透平的揚程降，m;

ρ—通過夜里透平的液體密度；

η—液力透平的效率，%。

通過一二段進料泵液力透平的使用以及分餾塔底重沸爐泵汽輪機的使用，有效降低了電能消耗，依據液力透平回收功率計算公式，按照機泵年運行8 000 h，按照裝置滿負荷運轉狀態計算，其年節省電能如表2所示。

表2 裝置電耗節能狀況表

當以上3臺液力透平和汽輪機投用后，裝置在額定狀況運行時，年可節省電能約1 525萬kW·h，按每kW·h價格0.6元計，年可節省用電費用900萬以上。

3.2 水消耗節能優化效果分析

高效復合空冷器水箱采用浮球-連桿控制進水閥后，有效的降低了操作人員的勞動強度，同時，對空冷器水箱用除鹽水也起到了防止溢流，降低除鹽水浪費作用。

空冷島在凝汽式汽輪機上的應用，通過空冷冷卻汽輪機出口蒸汽方式，避免了循環冷卻水的應用。同時將每小時產生的42 t左右凝結水平穩地送出裝置，按照同等型號汽輪機，每小時可節約循環水用水2 000 t以上。

3.3 燃料氣消耗節能優化效果分析

加熱爐余熱回收系統的應用，利用加熱爐頂出口煙氣的熱量與入爐空氣換熱，有效的提高了入爐空氣溫度，是入爐空氣由室溫增加至120 ℃左右，從而提高加熱爐熱效率，通過柴油加氫裂化裝置前期平穩運行計算，柴油加氫裂化裝置3臺加熱爐熱效率均可達到92%以上。

4 結論

1)柴油加氫裂化裝置能耗主要是燃料氣消耗以及電耗，其次是水消耗以及蒸汽消耗等，在進行裝置節能優化時，要首先優化能耗量大、能源轉化率底的設備，其次要根據裝置工藝特點，重點優化裝置多余能量等，從而達到對整個裝置進行有效的節能優化目的。

2)裝置節能優化改造后，要根據裝置工藝特點和生產狀況，適時投入節能設備，如加氫裝置進料泵液力透平，在投用前，首先要保證裝置要達到一定的生產負荷以保證液力透平正常運轉，其次也要保證系統管線清潔度，特別是對于新開工裝置，不可一開工就投用，以免介質臟頻繁切泵清理過濾器，待管線基本清潔后，再投用液力透平。

3)對于近些年應用較多的汽輪機空冷島，雖然對于循環水用水緊張的企業起到了節省循環冷卻水的目的，但是在開工之初，由于汽輪機空冷系統大，建設施工過程中很難保證系統清潔度，特別是管線、系統中附著的鐵銹等，有可能會造成開工前期汽輪機凝結水鐵離子超標而無法外送，在此之前，要重點考慮若系統鐵離子長時間不合格時，公用系統除鹽水系統對鐵離子的承受能力以及凝結水無法進入凝結水系統時的外排方案。

4)煉油裝置的節能優化，首先是在裝置穩定運行的基礎上進行的，不可一味追求節能而導致裝置頻繁操作，反而造成裝置整體的能源浪費，節能與裝置穩定運行會有一個最優交叉點，優化方案的實施要盡可能貼近這個交叉點就可以實現節能的最優化。