柴油加氫改質(zhì)裝置節(jié)能措施效果評(píng)估

馬社忠，馬可望

（濮陽(yáng)石油化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 濮陽(yáng) 457000）

河南豐利石化有限公司60萬(wàn)t·a-1中芳烴加氫改質(zhì)裝置采用雅保公司的 STARS 芳烴深度飽和加氫改質(zhì)工藝技術(shù)，于2016年9月建成投產(chǎn)。該裝置以直餾柴油、催化柴油為原料，與氫氣進(jìn)行加氫反應(yīng)，生產(chǎn)低硫柴油，并副產(chǎn)少量酸性氣、石腦油，反應(yīng)產(chǎn)物分離采用“冷高分＋冷低分＋汽提塔”工藝流程，設(shè)計(jì)壓力13.4 MPa，操作彈性60%～110%，年開(kāi)工時(shí)間8 000 h。柴油加氫裝置作為煉油企業(yè)能源消耗較高的裝置類(lèi)型，其節(jié)能降耗也是實(shí)現(xiàn)企業(yè)降低成本的關(guān)鍵[1]。

1 裝置能耗情況

該裝置設(shè)計(jì)能耗為每噸原料油20.29 kg標(biāo)油，高于中石化同類(lèi)裝置的能耗定額（每噸原料油12 kg標(biāo)油），主要原因?yàn)殡姾母撸荚撗b置總能耗的60%，因?yàn)樵撗b置設(shè)計(jì)氫耗較高，達(dá)到3.7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），其次，該裝置設(shè)計(jì)操作壓力13.4 MPa，遠(yuǎn)高于同類(lèi)裝置的6.0～8.0 MPa操作壓力。在產(chǎn)品質(zhì)量合格的情況下，該裝置正常操作壓力低于設(shè)計(jì)值，基本維持在9.2～9.5 MPa，有助于裝置能耗的降低。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行中該裝置電耗占總能耗的65%以上，降低電耗是實(shí)現(xiàn)裝置節(jié)能降耗的有效途徑。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，大功率用電設(shè)備為大型機(jī)組、高壓機(jī)泵，主要有原料油泵、高壓胺液泵、循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī)。

2 節(jié)能優(yōu)化措施

2.1 新氫壓縮機(jī)增加無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠延遲進(jìn)氣閥的關(guān)閉時(shí)間，部分氣體通過(guò)進(jìn)氣閥返回進(jìn)氣管路，這種狀態(tài)下多余的氣體沒(méi)有進(jìn)行再次壓縮，而直接通向進(jìn)氣管路，降低壓縮機(jī)的外回流無(wú)用功，以此實(shí)現(xiàn)新氫壓縮機(jī)電能消耗的有效降低[2]。

2.1.1 新氫壓縮機(jī)改造前狀況

裝置滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)期間，系統(tǒng)新氫消耗量為7 600～8 600 Nm3·h-1，在原料性質(zhì)變化、加工負(fù)荷調(diào)整的時(shí)候，新氫消耗量也隨之變動(dòng)。系統(tǒng)所需氫氣由往復(fù)式新氫壓縮機(jī)加壓至10.5 MPa左右，補(bǔ)入臨氫系統(tǒng)。該壓縮機(jī)由三級(jí)汽缸組成，其中一級(jí)汽缸1個(gè)，二級(jí)汽缸1個(gè)，三級(jí)汽缸2個(gè)，設(shè)有三級(jí)返一級(jí)回流線，用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口流量。同時(shí)設(shè)置有卸荷器，實(shí)現(xiàn)0、50%、100%三檔調(diào)節(jié)，壓縮機(jī)具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 新氫壓縮機(jī)參數(shù)

由表1可知，新氫機(jī)的正常負(fù)荷約是設(shè)計(jì)量的30%～36%，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)氫氣的需求量，同時(shí)維持設(shè)備的良好運(yùn)行，該壓縮機(jī)長(zhǎng)期100%負(fù)荷運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整三返一回流閥開(kāi)度，控制壓縮機(jī)出口流量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，回流閥開(kāi)度長(zhǎng)期維持在40%左右，回流量7 500 Nm3·h-1左右，機(jī)組做無(wú)用功較多，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)測(cè)試，50%負(fù)荷能滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)氫氣的需求，且用電量明顯降低，但50%負(fù)荷狀態(tài)下每個(gè)氣缸只有內(nèi)側(cè)或外側(cè)做功，對(duì)于氣缸及缸套受熱變形不一致，活塞桿受力發(fā)生變化，由原來(lái)的交變應(yīng)力變化為單一的擠壓或拉伸應(yīng)力，長(zhǎng)期使用很不安全。基于安全與節(jié)電考慮，對(duì)該新氫機(jī)A增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2.1.2 改造后效果

新氫機(jī)增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)0～100%的負(fù)荷調(diào)節(jié)，三返一回流閥開(kāi)度由40%降至18%左右，回流量降至3 300 Nm3·h-1左右。無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)投用前后，新氫機(jī)單日耗電量變化如圖1所示，每日節(jié)電約9 000 kW·h，節(jié)電效果顯著。

圖1 新氫壓縮機(jī)單日用電量變化

2.2 循環(huán)氫壓縮機(jī)增加無(wú)極氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.2.1 循環(huán)氫壓縮機(jī)改造前狀況

裝置滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)期間，循環(huán)氫壓縮機(jī)出口流量120 000 Nm3·h-1，新氫量7 600～8 600 Nm3·h-1，氫油體積比1 100左右，遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)值568，裝置加氫深度較大，系統(tǒng)壓降較高，產(chǎn)品質(zhì)量過(guò)剩，且能耗較高，系統(tǒng)循環(huán)氫量有較大調(diào)整空間。循環(huán)氫壓縮機(jī)具體參數(shù)見(jiàn)表2。可通過(guò)增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)整壓縮機(jī)負(fù)荷，降低循環(huán)氫量，進(jìn)而降低電耗。

表2 循環(huán)氫壓縮機(jī)參數(shù)

2.2.1 改造后效果

循環(huán)氫壓縮機(jī)增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)后，裝置滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)期間，壓縮機(jī)負(fù)荷55%，循環(huán)氫量由120 000 Nm3·h-1降至75 000 Nm3·h-1，氫油體積比700左右，系統(tǒng)壓降有所降低，產(chǎn)品質(zhì)量合格。單日用電量變化如圖2所示，每日節(jié)約電耗約4 300 kW。

圖2 循環(huán)氫壓縮機(jī)單日用電量變化

2.3 高壓胺液泵增加變頻器

該裝置需要用貧胺液脫除循環(huán)氫中的硫化氫，保證系統(tǒng)的脫硫效果。但高壓胺液輸送泵設(shè)計(jì)較大，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中胺液用量為18 t·h-1左右，泵出口壓力為9.5 MPa左右。該泵具體參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 高壓胺液泵參數(shù)

由表3可知，該機(jī)泵設(shè)計(jì)過(guò)大，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，生產(chǎn)期間需要通過(guò)打開(kāi)泵出口回流閥控制貧胺液進(jìn)系統(tǒng)的量。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，裝置滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)期間，該泵出口回流閥開(kāi)度50%左右，回流量約為35 t·h-1，能耗浪費(fèi)嚴(yán)重，約有65%的節(jié)電空間。根據(jù)節(jié)能降耗的要求，經(jīng)過(guò)研究決定，對(duì)該機(jī)泵A增加變頻器，實(shí)現(xiàn)降低電耗的目的。

2022年5月24日變頻器安裝完成后，開(kāi)始投用。經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的觀察與調(diào)整，該機(jī)泵增加變頻后，運(yùn)行平穩(wěn)，泵出口回流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，貧胺液量完全通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)，頻率維持在39～40 Hz，投用前后單日用電量變化如圖3所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該機(jī)泵電流由32 A降至7.8 A左右，用電量由11 850 kW·h·d-1降低到5 000 kW·h·d-1，每天節(jié)電6 850 kW·h，節(jié)電效果顯著。

圖3 胺液泵單日用電變化

2.4 投用熱進(jìn)料

該裝置的進(jìn)料方式一直為間接進(jìn)料，即常柴、催柴出裝置前由空冷降至40 ℃以下進(jìn)入罐區(qū)，然后經(jīng)罐區(qū)直柴、催柴供料泵送入柴油加氫裝置，供料溫度在30～40 ℃之間。根據(jù)華賁教授“三環(huán)節(jié)”理論，能量綜合利用不僅應(yīng)在獨(dú)立裝置中展開(kāi)，還應(yīng)在裝置與裝置間展開(kāi)，在技術(shù)條件許可的條件下，進(jìn)行最大程度的能量綜合利用（熱出料、直供料及低溫?zé)崂玫龋3]。該裝置設(shè)有熱進(jìn)料流程，但一直未投用，在節(jié)能降耗的要求下，開(kāi)始逐步投用熱進(jìn)料。熱進(jìn)料投用完成后，通過(guò)優(yōu)化操作，停用了罐區(qū)常柴、催柴付料泵，常壓裝置柴油空冷器、催化裂化裝置柴油空冷器部分電機(jī)停運(yùn)，空冷器負(fù)荷明顯降低[4]。經(jīng)過(guò)上述調(diào)整后，提高了柴油加氫裝置進(jìn)料溫度，降低了原料加熱爐負(fù)荷，降低裝置能耗。經(jīng)測(cè)算，柴油加氫進(jìn)料溫度由原先的36 ℃提高至92 ℃，加熱爐負(fù)荷明顯降低，節(jié)約燃料氣約12 000 Nm3·d-1，節(jié)電3 360 kW·h·d-1。同時(shí)熱進(jìn)料的投用，能夠降低中間儲(chǔ)罐使用率，提高全廠儲(chǔ)罐的調(diào)配能力。

3 下一步節(jié)能措施及建議

3.1 增設(shè)液力透平

該裝置設(shè)計(jì)高分油通過(guò)降壓閥至低壓分離罐，正常生產(chǎn)期間，高壓分離罐壓力9.5 MPa左右，低壓分離罐壓力1.05 MPa左右，建議增設(shè)液力透平回收高分油余壓能量[5]。該裝置長(zhǎng)期處于滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，經(jīng)測(cè)算，加裝液力透平后，按78%的回收效率，其回收功率達(dá)44 kW，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

3.2 提高加熱爐效率

本裝置燃料氣的消耗主要用于反應(yīng)加熱爐的燃燒。反應(yīng)加熱爐主要為進(jìn)反應(yīng)器原料提供熱量，保證加氫反應(yīng)所需的溫度，加熱爐在使用中，其排煙溫度、煙氣氧含量等指標(biāo)直接影響加熱爐效率。目前加熱爐含氧量控制在8%～10%，嚴(yán)重偏高，在保證爐子燃燒效果的前提下，可適當(dāng)降低煙氣含氧量，盡量控制在2%～4%，以提高加熱爐效率，從而降低燃料氣的消耗[6]。

3.3 提高處理量

目前裝置處理量1 500 t·d-1，是設(shè)計(jì)負(fù)荷的83.3%，處理量仍有提升的空間，在條件允許的情況下，提高處理量至滿(mǎn)負(fù)荷生產(chǎn)，雖然總能耗有所升高，但裝置單耗會(huì)有明顯降低。

3.4 加強(qiáng)用水管理

雖然水的消耗在裝置綜合能耗中占比較小，但通過(guò)加強(qiáng)用水管理，在細(xì)微處采取節(jié)水措施，節(jié)水效果也非常明顯。例如，通過(guò)細(xì)化崗檢對(duì)裝置循環(huán)水使用情況的檢查，加強(qiáng)考核力度，關(guān)閉停用設(shè)備的循環(huán)水[7]。杜絕循環(huán)水浪費(fèi)現(xiàn)象，減少循環(huán)水用量，如備用循環(huán)氫、新氫壓縮機(jī)水冷器在冬季打開(kāi)回水閥的副線，關(guān)閉回水閥，減少循環(huán)水用量。

3.5 增設(shè)熱媒水換熱器

本裝置通過(guò)改用熱進(jìn)料流程后，反應(yīng)產(chǎn)物與原料換熱后，進(jìn)入高壓空冷器溫度升高15 ℃至165 ℃左右，造成空冷器負(fù)荷較大，尤其是夏天，空冷降溫困難，此部分低溫?zé)崮茌^多，有較大的利用價(jià)值。考慮到后期裝置滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，可在高壓空冷器前增設(shè) 1臺(tái)熱媒水換熱器，回收反應(yīng)產(chǎn)物部分熱量，換熱后的熱媒水作為罐區(qū)重質(zhì)原料油的加熱熱源，進(jìn)行循環(huán)利用[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，60萬(wàn)t·a-1中芳烴加氫改質(zhì)裝置（即柴油加氫裝置）通過(guò)新氫壓縮機(jī)增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、循環(huán)氫壓縮機(jī)增加無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、胺液泵加裝變頻器、投用熱進(jìn)料等節(jié)能措施，解決了裝置生產(chǎn)過(guò)程中能源利用效率低的問(wèn)題，使裝置能耗大幅降低，滿(mǎn)足了企業(yè)發(fā)展的需求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為行業(yè)的節(jié)能優(yōu)化工作提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。