王 瑞，張 楊，彭國峰，王洪永

(中國石油四川石化有限責任公司，四川 彭州 611930)

重油催化裂化裝置節(jié)能降耗措施分析與應用

王 瑞，張 楊，彭國峰，王洪永

(中國石油四川石化有限責任公司，四川 彭州 611930)

基于中國石油四川石化有限責任公司新建的2.5 Mt/a催化裂化裝置節(jié)能降耗的考慮，通過設計和運行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進行節(jié)能優(yōu)化措施，裝置一次開車成功運行12個月后，各項指標能耗與設計值相比均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗下降0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗下降0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負能耗增加0.041 GJ/t，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t。按照裝置實際加工量2.5 Mt/a計算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著提高。

催化裂化 節(jié)能 降耗 分析

隨著石油能源需求的日益緊張和新環(huán)境保護法對煉油行業(yè)的高標準要求，作為煉油系統(tǒng)最大的能耗裝置，催化裂化裝置的節(jié)能降耗問題已經(jīng)成為提高石化公司經(jīng)濟效益的關鍵，也對實現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)具有非常重要的作用。

中國石油四川石化有限責任公司(以下簡稱四川石化)10 Mt/a煉油與0.8 Mt/a乙烯煉化一體化工程中新建的2.5 Mt/a重油催化裂化主體裝置，由催化裂化裝置、產(chǎn)品精制單元和煙氣脫硫單元組成，裝置由中國石化洛陽石油化工工程公司設計，中國石油第六建設公司承建，原料來自加工哈薩克斯坦、南疆和北疆混合原油減壓渣油的渣油加氫脫硫(RDS)裝置，年開工時間8 400 h，操作彈性60%～110%，主要產(chǎn)品包括干氣、液化氣、汽油和柴油，設計綜合能耗2.004 GJ/t。

由資料[1-3]可知，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，催化裂化所產(chǎn)焦炭主要分為催化焦、可汽提焦、污染焦和附加焦，焦炭是催化裂化裝置中占比例最大的能耗，因此降低燒焦能耗是節(jié)能工作的重點；催化裂化裝置電耗在能耗結構中占總能耗的8%～12%，減少電耗不但能降低裝置總能耗，還能起到減排二氧化碳的作用；裝置外送蒸汽是減少能耗的重要因素，多產(chǎn)蒸汽可有效降低能耗。本文就設計中的節(jié)能手段和運行中的節(jié)能措施進行探討，并對運行結果進行分析。

1 設計中的節(jié)能措施

1.1 降低燒焦能耗措施

1.1.1 應用低焦炭產(chǎn)率的工藝與設備 采用中國石化石油化工科學研究院的降低催化裂化汽油中烯烴含量的MIP-CGP工藝，提升管反應器設計使用環(huán)形管進料，平衡噴嘴流量與噴口處壓力；使用CS-Ⅱ型噴嘴，優(yōu)化噴嘴效果，改善原料油的霧化狀態(tài)，減少噴嘴處結焦；提升管反應器進行優(yōu)化設計，減少反應生成油氣與催化劑的接觸時間，減少油氣在沉降器的停留時間；出口設置急冷油噴嘴，防止油氣過度裂化，抑制二次反應；使用高效汽提擋板，強化汽提效果，減少催化劑表面的可汽提焦；提高提升管出口快速分離器分離效果，減少油氣在催化劑表面附著。

1.1.2 采用低焦炭產(chǎn)率的催化劑 采用低焦炭產(chǎn)率催化劑是降低能耗最直接有效的措施[4]，中國石化齊魯催化劑廠根據(jù)MIP-CGP工藝生產(chǎn)的MIP-CGP-1型催化劑采用新型高活性分子篩作為活性單元，結合分子篩晶粒高分散性和酸性優(yōu)化調變技術，顯著提高了分子篩裂化中心的利用率，增強了重油大分子高效選擇性裂化能力，可有效提高輕質油收率，降低干氣和焦炭產(chǎn)率。

1.2 降低電耗措施

1.2.1 煙機節(jié)電措施 煙氣輪機是催化裂化最重要的能量回收裝置，其運行好壞對裝置電耗具有決定性作用。本裝置采用蘭州機械廠研制的YL33000A型煙氣輪機，具有適用于大焓降(煙機廠家設計文件提供)兩相流的新葉型(動、靜葉)，通過對轉速、輪盤直徑、葉片高度、動靜葉出氣角的合理匹配進行優(yōu)化設計。兼顧減少葉片磨損，提高煙機效率兩方面的要求，使特大功率單級煙機效率不低于80%，雙級煙機效率不低于84%，有效實現(xiàn)煙氣的能量回收，節(jié)約電耗。

1.2.2 機泵和空冷器的節(jié)電措施 機泵和空冷器在催化裂化裝置內數(shù)量較多，通過必要的節(jié)能手段和措施，可以降低全裝置電耗。對于流量或負荷調節(jié)頻繁的機泵和空冷器，例如原料油泵、塔頂循環(huán)油泵、回煉油泵、油漿泵和部分空冷電機，可以增加變頻器，通過調節(jié)變頻器進而調節(jié)機泵流量或空冷負荷，達到節(jié)約電耗的目的。

1.3 多產(chǎn)蒸汽措施

1.3.1 余熱鍋爐優(yōu)化設計 為了最大限度利用煙氣熱能多產(chǎn)中壓蒸汽，設計省煤器和過熱器為積木式模塊化結構，傳熱面采用傳熱效果較好的翅片管結構，翅片管基管材質采用抗彎曲、抗變形性能優(yōu)良的20G鋼，翅片材質采用抗腐蝕性能強、傳熱效果優(yōu)良的ST12鋼，增大傳熱面積并避免省煤器露點腐蝕；設計采用蒸汽吹灰+激波吹灰聯(lián)合吹灰方案，即煙氣溫度較低、流速較慢和積灰較嚴重的省煤器段采用蒸汽吹灰器，利用其清除受熱面結渣性強的積灰和熔點低的掛渣都有良好作用的特性；煙氣溫度較高、流速較快和積灰不嚴重的過熱段采用激波吹灰器，利用其沖擊波能量大，既適合松散性積灰又適合黏結性積灰的特性。蒸汽吹灰器采用現(xiàn)場人工操作，激波吹灰器采用PLC控制，定期自動吹灰。

1.3.2 蒸汽工藝流程優(yōu)化設計 本裝置設置4個壓力等級蒸汽，實現(xiàn)蒸汽熱能逐級、高效利用：4.0 MPa中壓過熱蒸汽由余熱鍋爐單元產(chǎn)生，部分外輸至管網(wǎng)，部分供汽輪機使用；1.2 MPa飽和蒸汽由4.0 MPa中壓過熱蒸汽經(jīng)背壓式汽輪機產(chǎn)生，部分外輸，部分供催化裂化裝置自用；1.2 MPa過熱蒸汽由1.2 MPa飽和蒸汽經(jīng)再生器內過熱盤管過熱至420 ℃后供裝置防焦、汽提使用；外輸1.2 MPa蒸汽經(jīng)公用工程減壓后打回氣體分離裝置使用，冷凝至凝結水罐外送管網(wǎng)。

2 操作中的節(jié)能措施

2.1 降低燒焦能耗措施

正常運行時焦炭產(chǎn)率的多少與原料性質有直接關系[5]，隨著原料中重質渣油的含量增多，膠質、瀝青質和重金屬含量也隨著增加，導致裝置焦炭產(chǎn)率上升，所以要嚴格控制上游裝置原料中膠質和瀝青質含量指標，控制原料殘?zhí)坎淮笥谠O計值；根據(jù)小型自動加料系統(tǒng)均勻加入新鮮催化劑，嚴格控制再生催化劑活性在60左右，防止活性過高導致生焦量增大；準確加注金屬鈍化劑，用預提升蒸汽+預提升干氣混合提升技術，干氣可部分鈍化重金屬防止催化劑失活，焦炭產(chǎn)率上升；“低溫進料、大劑油比”操作[6]，進料溫度不大于220 ℃，劑油比控制在5～7，防止過度裂化反應，降低干氣和焦炭產(chǎn)率，提高液體收率；在正常加工負荷時，控制回煉比不大于0.05，停止油漿回煉，減少回煉油和油漿等結焦性能高的組分返回反應器，減少焦炭產(chǎn)率同時增加原料處理量，液體收率增加，同時降低能耗；嚴格控制霧化蒸汽和汽提蒸汽用量，減少汽提量進而減少燒焦量。

2.2 降低電耗措施

根據(jù)裝置實際運行狀況，推算出主風量與三機組電機電流有線性關系，即主風多消耗100 m3/m3(標準狀態(tài))，電機電流增加15 A，因此將再生煙氣氧含量控制在4%～5%，又可達到完全燒焦也可節(jié)約電耗；根據(jù)實際加工負荷，推算出再生器壓力與三機組電機電流有線性關系，即再生壓力每提高0.01 MPa，雙動滑閥可關小1%(有裕度情況下)，電機電流增加15 A，因此可控制再生器壓力盡量高，有效降低電耗；正常生產(chǎn)時，余熱鍋爐單元中壓給水泵在80%生產(chǎn)負荷時可實現(xiàn)單泵運行，鼓風機在保證反吹效果時以最小負荷運行，節(jié)電效果明顯；煙氣脫硫單元氧化罐關停鼓風機[7]，用系統(tǒng)非凈化風代替，可實現(xiàn)外排水COD合格，節(jié)約電耗75 kWh。

2.3 多產(chǎn)蒸汽措施

因為4.0 MPa中壓蒸汽對裝置綜合能耗具有很大貢獻，在運行過程中總結出多種增產(chǎn)中壓蒸汽的操作方法：根據(jù)實際加工負荷，在保證吸收塔吸收效果的前提下，盡量控制吸收壓力低，有利于降低氣壓機出口壓力，可有效降低汽輪機4.0 MPa中壓蒸汽用量，或者通過提高塔頂循環(huán)量或降低塔頂循環(huán)溫度，減少冷回流量或停止冷回流來提高氣壓機入口壓力，亦可有效降低汽輪機4.0 MPa中壓蒸汽用量；關小甚至全關余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽至減溫減壓器閥門，最大限度多產(chǎn)中壓蒸汽；裝置低負荷生產(chǎn)時，在保證油漿固含量合格的前提下，適當降低油漿外甩量，提高回煉比，可提高再生溫度，增產(chǎn)4.0 MPa中壓蒸汽；高溫省煤器出水溫度在不高于250 ℃的情況下控制盡可能高一些，有利于蒸汽發(fā)生器多產(chǎn)蒸汽；經(jīng)過計算，余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽溫度每下降5 ℃，可提高出口減溫水用量，同時增產(chǎn)蒸汽3 t/h，因此在保證余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽溫度高于385 ℃(汽輪機入口溫度)、品質合格的情況下，可以控制略低，達到增產(chǎn)蒸汽的目的；及時控制系統(tǒng)管網(wǎng)中壓蒸汽壓力不大于余熱鍋爐出口4.0 MPa中壓蒸汽壓力。

3 節(jié)能措施的實施效果分析

四川石化2.5 Mt/a催化裂化裝置于2014年1月一次開工成功，到目前為止，已正常運行12個月，各項實際運行指標單耗與設計單耗對比如表1所示。由表1可知，通過設計和運行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進行節(jié)能優(yōu)化，催化裂化裝置各項指標能耗與設計值相比，均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅為0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅為0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅為0.041 GJ/t，在部分參數(shù)能耗小幅度增加的情況下，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t，按照裝置實際加工量2.5 Mt/a計算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著提高。

表1 重油催化裂化裝置實際能耗與設計值對比 MJ/t

4 結 論

通過設計和運行中對焦炭產(chǎn)率、電耗和蒸汽產(chǎn)量進行節(jié)能優(yōu)化，四川石化催化裂化裝置一次開車成功運行12個月后，各項指標能耗與設計值相比，均有不同程度的降低，其中燒焦單位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅為0.080 8 GJ/t；電耗單位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅為0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽產(chǎn)出單位負能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅為0.041 GJ/t，在部分參數(shù)能耗小幅度增加的情況下，裝置綜合單位能耗總體下降0.124 GJ/t，按照裝置實際加工量2.5 Mt/a計算，加工成本可降低4 750萬元/a，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟效益顯著提高。

[1] 張苡源，張成，常培廷.2.9 Mt/a蠟油催化裂化裝置能耗分析與節(jié)能措施[J].石油煉制與化工，2013，44(9)：87-92

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ANALYSIS AND APPLICATION OF ENERGY SAVING MEASURES FOR 2.5 Mt/a FCC UNIT

Wang Rui， Zhang Yang， Peng Guofeng， Wang Hongyong

(Sichuan Petrochemical Co. Ltd.， CNPC， Pengzhou， Sichuan 611930)

The measures for optimal energy saving were suggested and applied for a new 2.5 Mt/a FCC unit of Sichuan Petrochemical Co. Ltd. The measures for energy saving optimized the coke rate， electricity consumption and steam production both in design and operation. The actual energy consumption after 12 months operation reduced significantly compared with the design values. The unit energy consumption of coking， electricity and 4.0 MPa steam production is reduced by 0.080 8 GJ/t， 0.030 1 GJ/t， and 0.041 GJ/t， respectively. The overall energy consumption of the FCC unit decreases by 0.124 GJ/t. The processing cost for the 2.5 Mt/a FCC unit can save ￥7.5 million/a. Both the energy saving and the economic efficiency are significant.

catalytic cracking； energy saving； energy consumption reduction； analysis

2015-01-27； 修改稿收到日期： 2015-03-05。

王瑞，碩士，工程師，主要從事煉油生產(chǎn)技術工作，已發(fā)表論文7篇。

王瑞，E-mail：raykame@petrochina.com.cn。