連續重整聯合裝置用能優化改進研究

張忠旭(寧波中金石化有限公司，浙江 寧波 315200)

0 引言

連續重整聯合裝置是煉油廠進行高辛烷值汽油以及芳烴生產工作的關鍵設施，但是其能耗也十分巨大，屬于煉油廠之中高能耗裝置的行列。因此，對其進行改進和優化，提升其節能水平具有十分重要的意義，能夠帶來很高的經濟價值，并且具有深遠的環保意義。我國現階段針對連續重整聯合裝置的節能研究主要集中在反應條件優化、換熱網絡調整以及設備更新等這幾方面，這些改進措施大多都只是做到了局部的調整和改進，但是并沒有做到全局統籌考量，還需要進一步完善。

我國A石化分公司已經對其存有的一套連續重整聯合裝置進行過局部以及單元件的改進優化，希望降低其能耗水平。但是由于這些措施都是比較零散和局部的，缺乏全局意識，因此其節能的綜合優化改進措施并沒有做到位，其節能效果還有待提升。例如其裝置內熱量的集成部分并沒有被注意到，依舊存在部分物流重復冷卻、加熱的情況，從而造成能耗的浪費。因此，要想實現對連續重整聯合裝置的節能降耗工作，就應當要立足于整體進行考慮。

文章以我國A石化分公司為例，重點對A石化分公司連續重整裝置進行分析，對提升連續重整聯合裝置的節能水平，降低其能耗標準提出改進措施方案。

1 連續重整聯合裝置的主要介紹

連續重整技術是一種對石油進行二次加工生產的技術，其加工用到的原料主要為低辛烷值的直餾石腦油以及加氫石腦油等成分，之后在其內加入Pt-Re雙金屬催化劑催化其反應，促使其分子之間進行重新排列、異構，從而實現進一步增產芳烴，提高汽油辛烷值的技術。在連續重整聯合裝置之中，催化劑需要連續、依次流經串聯的三到四個移動床反應器。經過這一套流程，從最后一個反應器流出的待生催化劑之中其碳含量大致上能夠達到5%～7%(質量分數)的水平，待生催化劑就將通過重力作用或者氣體提升手段輸送到再生器之中進行再生。等到催化劑的活性恢復之后就將其傳送回到第一個反應器再次進行反應，由此以來在整個系統之中形成一個閉路循環。

1.1 重整裝置的工藝特征

UOP連續重整以及IFP連續重整工藝其反應所需要用到的條件基本上處于相似的狀態，都需要用到鉑錸催化劑，并且這兩種技術在經過了長時間的發展和改進以后都逐漸趨于先進和成熟的水平。從外觀進行觀察，UOP連續重整的三個反應器都處于疊置的狀態，催化劑主要是依靠重力作用實現從上到下依次流經各個反應器，等到從最后一個反應器流出的時候在利用氮氣將其提升到再生器的頂部位置。IFP連續重整的三個反應器則略有不同，這三個反應器處于并行排列的狀態，催化劑在每兩個反應器之間都利用氫氣進行提升，將其提升到下一個反應器的頂部部位，等到待生催化劑從最后一個反應器流出之后的操作便與UOP相同[1]。

1.2 重整裝置的工藝優缺點

連續重整技術是重整技術不斷發展優化取得的重要進展成果，其主要針對重整反應的具體特征改進了更加適合的反應條件，從而能夠實現更加高效的芳烴產率、液體收率以及氫氣產率，其最為顯著的優勢在于將烷烴芳構化反應的條件進行了調整。盡管其優勢十分明顯，但是不可避免還有其缺陷存在，并且這也并不能夠代表其就是唯一的選擇，最終的判別標準主要還是通過經濟效益來進行辨別，在進行技術選擇的時候應當要根據實際的情況全局分析。

連續重整的再生部分在總投資比例之中占據了很大的一部分，并且其裝置的規模和在投資之中占據的比例呈現出反比的關系，因此規模小的裝置不建議采取連續重整技術，其經濟性比較差。從總投資的角度來看，將其和相同規模的半再生式重整裝置進行對比，其投資大約高出了30%左右，因此應當在設備選擇的時候將投資數量以及投資來源納入到考量的重要因素之中[2]。

2 裝置用能現狀分析

接下來就以我國A石化分公司為例進行分析說明。

2.1 裝置簡介

A石化分公司所配備的連續重整裝置主要組成為700 kt/a 預處理、600 kt/a重整、500 kg/h再生、300 kt/a芳烴抽提、300 kt/a C8+芳烴分離等幾個工藝單元，其采用的技術是法國IFP第二代連續重整專利技術，主要生產原料是寬餾分石腦油(初餾：174 ℃)，主要被利用在高辛烷值的重整油生產以及富產氫氣中，重整的生成油能夠被用作進行烷烴以及汽油調和組分的生產。

2.2 用能現狀分析

在連續重整裝置進行生產作業的過程之中，其裝置部分的分餾塔在進行分餾處理的時候存在精度不夠的現象，其分離精度、塔板數以及回流比這三個維度之間的數據在配比操作權衡上依舊存在不合理的地方，其回流比值設置的超出了標準范圍，就可能會造成在蒸餾環節的部分產生過多不必要的損耗。因此，從專業的角度出發進行分析，在連續重整裝置進行生產作業的時候，苯塔、二甲苯塔、鄰二甲苯塔回流比等等系列操作的環節之中，其參數存在著很大的可調整以及可創新的空間。經過進一步的調查研究總結發現，連續重整聯合裝置在換熱網絡這一環節也存在著很大的值得改進和調整的空間。除此之外，在整個生產過程之中產生的低溫熱能都沒能夠得到合理的利用，浪費了很多的熱能。如果能夠將上述問題都妥善解決，并著手進行改進和創新，將能夠有效的改善連續重整聯合裝置的能耗問題[3]。

3 影響連續重整裝置能耗的主要因素

3.1 重整進料換熱器

在連續重整聯合裝置之中，其進料換熱器的換熱程度能夠很明顯的對重整第一進料加熱爐的負荷造成影響，并且這一加熱爐的燃料消耗大約占據了重整四合一爐的五分之一。所以，當重整進料換熱器的熱端的溫差處于越低的水平時，加熱爐入口處的溫度就會越高，那么隨之而來其加熱爐的負荷就將會降到越低的水平，自然將會節約其裝置的能耗。在國內已經開工的一些連續重整聯合裝置之中，其采用的進料換熱器大多數都是純逆流管殼式立式換熱器，這種換熱器的溫差設計值通常處于35 ℃左右的水平，但是如果換用焊接板式換熱器、纏繞管式換熱器，那么其溫差的實際值能夠進一步降低到30 ℃以下。

3.2 加熱爐效率

加熱爐在連續重整聯合裝置之中是很重要的一部分單體設備，同時其能耗水平在整個連續重整聯合系統之中處于最高的水平。在當前，常規一些的加熱爐其熱效率的設計通常處于90%的水平左右，但是其在實際的使用過程之中只能夠保證處于85%～90%的范圍之內。但是如果重整反應加熱爐增設蒸汽發生系統、降低排煙溫度等措施，對其產生的余熱進行回收利用，那么其總體的效率就能夠進一步提升到91%～92%的水平[4]。

3.3 壓縮機效率

連續重整聯合裝置的電耗水平也非常的高，其僅次于燃料消耗的水平。連續重整的循環氫壓縮機以及外送氫氣壓縮機，整體的電量消耗基本上占據了總用電量的78%的水平。當前市面上能夠提供的壓縮機效率大多處于70%～80%之間，相對來講效率比較高的壓縮機其設計效率能夠實現超過75%的水平。當壓縮機利用蒸汽汽輪機驅動的時候，其驅動的方式有所不同也將會對連續重整聯合裝置的能耗產生比較明顯的影響。根據對比研究的結果顯示，循環氫壓縮機和氫增壓機都是采用背壓透平驅動的裝置使其能耗處于最低水平，前者的能耗水平要低于后者；而兩者都是在采用凝汽透平驅動的裝置的時候其能耗水平達到最高值。因此，在實際的生產工作之中，選用循環氫壓縮機采用背壓汽輪機驅動，能夠有效的降低連續重整聯合裝置的能耗。

不過由于考慮到不同企業的外部公用工程的條件也存在著差異，因此，在進行連續重整聯合裝置的改進工作時，應當要充分考慮其周邊現有的公用工程條件，對其進行充分的利用，并且能夠進一步實現全廠蒸汽的逐級利用，從而進一步促進連續重整聯合裝置的能耗降低。

4 續重整裝置節能潛力分析

4.1 主要節能潛力分析及計算

4.1.1 重整循環氫壓縮機

在當前，重整循環氫壓縮機采用的是凝氣式汽輪機。因為全凝式汽輪機雖然在蒸汽量的消耗量上比較少，但是其產出的僅僅只是凝結水，在經過計算以后得出其設備所消耗的單位能耗反而要更高。但是利用背壓式汽輪機，盡管其消耗的蒸汽量要明顯多于凝氣式的汽輪機，但由于其排汽可供裝置利用，機組總體的能量利用效率比較高，能夠達到70%～85%的水平。經過模型的具體核算工作之后發現，如果將汽輪機改為背壓式，盡管其蒸汽的消耗量較大，但是由于其能夠多回收一些能量，同時還能夠降低循環水的消耗量，總體核算下來綜合能耗能夠下降5.38 kg標油/t。

氫油比可以通過重整裝置模型來進行調配，通過計算各項單位測量裝置內的蒸汽、循環水、電等的用量，從而計算出裝置在運行過程中的能源消耗情況。經過計算結果可知：影響重整裝置的主要原因在于氫油比的變化以及蒸汽消耗情況。這也是因為裝置內的氫油比不斷上升，導致裝置的消耗逐漸增加，同時裝置內的蒸汽消耗量也有所提高；其次，消耗量隨之增加的還有裝置內四合一爐的燃料。所以，當裝置內的氫油比上升至3.5時，重整裝置的綜合能耗將增加4 kg標油/t。因此，重整裝置在調節以及選取氫油比時，應慎重考慮，合理科學的調節及選取，避免出現過多引起的裝置能耗大量消耗以及盡量減少催化劑的生焦量[5]。

4.2 重整裝置原料的性質、辛烷值

重整裝置的能源消耗情況以及產品分布狀況都會受原料的性質以及產品辛烷值的影響，但在裝置生產過程中，裝置原料的選取及應用是根據全廠實際的情況而定；產品辛烷值則是根據汽油調和要求而定，二者確定以后，通常是不會做出太多調整。因此，通過研究數據表明，原料的性質及產品的辛烷值不作為重整裝置的節能潛力。

通過上述對重整裝置導致能耗大量消耗的原因進行分析，可以通過一些措施來增加重整裝置的節能潛力，使節能潛力從10.9 kg標油/t提升到73.16 kg標油/t，如：提升裝置加熱爐的運行效率、調整裝置壓縮機的運行方式以及提升裝置壓縮機的運行效率。需要補充的是，上述所說的并未落實，只是通過計算而得出的節能潛力，從理論上來說是能夠達到所期待目標值，但還需要通過裝置實際運行狀況而定。

5 更新操作以及系統節能的完善

通過在上文中連續重整裝置各環節系統能耗的分析與研究，使重整裝置內的各環節具有較大的節能潛力，能夠清楚明確的呈現在我們面前，將每個環節做好、做到位，這樣對于整體的節能減排具有重要的作用，對節能減排具有重要的影響，具備了重要的價值。

5.1 完善操作方案

首先，針對苯塔回流比的優化。在一開始的對苯塔回流比的改進環節中，我們要使用相應的模擬軟件進行，通過模擬軟件的方式使分餾塔開始工作，根據具體的實際情況而定選擇不同的方案操作；第二，針對甲苯塔回流比的優化。對甲苯塔的優化我們仍然可以使用模擬優化的方法，通過不同的參數值進行進行細致的分析和研究，這樣可以達到更加科學、合理的效果；第三，針對二甲苯塔回流比的改進方案，通過分析研究二甲苯塔回流的整個過程，同時進行參數的比對，展開合理性的模擬核算和計算，其中存在一些比較重要的參數項目，例如：再沸器、冷凝器負荷以及塔頂、塔底產品的質量指標等等，將得到的數據進行詳細的研究和歸納，將得到的數值比控制在合理的范圍之內，達到一個最理想的狀態；第四就是針對鄰二甲苯塔回流比值的優化。對鄰二甲苯塔回流比的優化影響著節能降耗，如果想要取得最科學、最合理的鄰二甲苯塔回流比的改進數值，同樣的可以通過借鑒操作過程中的各種數據信息，比如：再沸器、冷凝器等等，其中，大部分的參數對后期優化鄰二甲苯塔工作存在著極大的影響，具有極其重要的參考價值[6]。

5.2 對于換熱流程的改進方案

從換熱流程改進的角度來看，對于連續重整設備裝置生產過程中的換熱流程的改進成了重中之重，從而可以將換熱流程達到最大限度的控制，達到大幅度降低能量損失的效果，節約能源。在上文的論述中，在連續重整設備裝置的環節中，大部分的環節都可以達到節約能源的標準，但是還是存在著一些環節具有顯而易見的能源浪費與消耗現象，總結起來，有以下幾個環節：脫戊烷塔系統換熱流程、鄰二甲苯進料換熱流程、鄰二甲苯塔頂油氣加熱白土塔進料等環節。以下的論述，就是通過對這幾個環節的深入分析后，總結出來的幾點：首先，針對脫戊烷塔系統的換熱流程。在對于該裝置的能源再利用的優化方案中，把原本裝置內的熱量集成進行了科學的優化，使其可以科學、合理的利用重整生成油低溫熱，并將其當作預熱脫戊烷塔系統的進料熱源，這一舉措不僅大幅度的減少了該過程中冷卻水的用量，而且還使脫戊烷塔系統的進料溫度得到了明顯的提升，減輕了企業生產成本的壓力；其次，對于鄰二甲苯進料換熱流程的改進方案。針對換熱流程的優化方案來看，在對于鄰二甲苯塔進料—二甲苯塔進料換熱過程中增加了設備，運用相對應的工藝物流，使該環節物質從高溫變低溫過程中的能量消耗得到有效的、合理的運用；第三，鄰二甲苯塔頂油氣加熱白土塔進料。通過對該環節的完善更新，可以巧妙地轉換其物質之間的熱量，從而使熱量得到高效的運用，大幅度減輕能源的浪費。

6 完善操作方式以及更新系統節能效果的分析

6.1 完善操作方式的結果

通過上述對關于連續重整裝置設備在生產中具有大量的節能降耗能力的分析與整理，可以得知：對于苯塔回流比、甲苯塔回流比、二甲苯塔回流比等大部分物質的操作、換熱流程等，可以達到節能降耗的效果；以及脫戊烷塔系統換熱的流程、鄰二甲苯進料換熱的流程、鄰二甲苯塔頂油氣加熱白土塔進料等環節要素的控制與研究，通過對比調整前后的數值可以看出，經過合理調整后，到達了理想的節能降耗效果。

6.2 對于系統節能的優化

最近一段時間里，中國石化A公司也在積極的開展節能改造工作，主要針對的是鄰二甲苯塔和二甲苯塔，將兩種裝置添加到連續重整裝置設備當中，同時也要做好設備的維修和保養工作，特別是在性能上進行完善和更新，對于變化較大的地方要進行積極的改造，通過一系列的改造可知，改造后的電能有了明顯的改進，整個節能效果較好。

7 結語

以上文章針對中國石化A公司連續重整設備的節能降耗改進工作，筆者將理論經驗以及實踐融合，較為清晰明了地分析了加強連續重整設備性能、減少能耗的相關措施，在文章中提出了一些建議供讀者分析參考。在實際過程中，筆者體會到樹立“整體把控、局部優化調整”的觀念極其重要，可以實現有效、理想控制連續重整設備能耗的目標，使企業的整體能耗得到有效的控制，大幅度提高企業的經濟效益。