萬小敏

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

催化裂解裝置的能耗分析與節(jié)能降耗

萬小敏

(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

對影響催化裂解裝置能耗的主要幾個(gè)因素，對比設(shè)計(jì)值逐一加以分析，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)操作，找出生產(chǎn)操作中的不足，為裝置進(jìn)一步的節(jié)能降耗工作提出了改進(jìn)建議。

催化裂解； 燒焦；三反床層； 原料油霧化

1 裝置的能耗現(xiàn)狀：

中海油東方石化120萬t/a催化裂解(DCC)裝置,采用中國石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的專利技術(shù)，由中國洛陽化工工程公司設(shè)計(jì)，于2014年2月18日建成投產(chǎn)并首次開車一次成功。該技術(shù)以常壓渣油為原料，以丙烯為主要目的產(chǎn)品，為下游苯乙烯等化工裝置提供原料。常壓渣油性質(zhì)見表1。

表1 常壓渣油性質(zhì)

從2014年首次開工生產(chǎn)至今，經(jīng)過不斷摸索操作條件，完善工藝參數(shù)，現(xiàn)生產(chǎn)操作已經(jīng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)，各產(chǎn)品質(zhì)量合格，各動(dòng)靜設(shè)備工況良好，裝置的能耗持續(xù)下降。表2是裝置的主要操作參數(shù)與設(shè)計(jì)值的對比表，表3是2016年能耗值與裝置設(shè)計(jì)值的對比表。

表2 裝置主要操作參數(shù)與設(shè)計(jì)對比表

表3 裝置2016年能耗與設(shè)計(jì)對比表

2 影響裝置能耗的主要因素及整改措施

從表3可以看出，2016年裝置能耗較設(shè)計(jì)值減少15.01 KgEO/t，有了明顯的下降，下面將影響裝置能耗較大的幾個(gè)單項(xiàng)逐一分析說明:

2.1 燒焦方面

從表3可以看出：2016年的燒焦能耗為91.69 kgEO/t，較設(shè)計(jì)值83.6 kgEO/t超出8.09 kgEO/t，究其原因主要有以下2個(gè)方面：

(1) 原料油霧化效果變差

因本裝置開工已達(dá)3年，原料油霧化噴嘴使用壽命已接近上限值，噴嘴工況下降，同時(shí)由于油漿循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢，原料油與油漿換熱器無法正常工作，原料油預(yù)熱溫度只能達(dá)到175℃，與設(shè)計(jì)值220 ℃相距甚遠(yuǎn)，原料油預(yù)熱溫度低，粘度增大；以上2個(gè)因素導(dǎo)致原料油霧化效果變差，裝置生焦量增加。

(2)第三反應(yīng)床層料位控制較高

受其它裝置操作條件制約，本裝置的處理能力只能控制在80%～90%的水平，同時(shí)為了保證下游苯乙烯裝置的乙烯原料供應(yīng)，相應(yīng)提高了第三反應(yīng)床層料位，增加第三反應(yīng)床層的反應(yīng)深度，以人為提高氣體產(chǎn)率，反應(yīng)生焦量也相應(yīng)增加。

2.2 3.5MPa蒸汽用量

從表3可以看出：2016年的3.5MPa蒸汽能耗為28.51 kgEO/t，較設(shè)計(jì)值52.8 kgEO/t下降23.29 kgEO/t ，主要原因如下：

(1)氣壓機(jī)蒸汽用量減少

本裝置采用背壓式氣壓機(jī)，入口壓力設(shè)計(jì)值為30KPa，通過提高分餾塔頂循環(huán)的取熱負(fù)荷，減小塔頂冷回流等措施，分餾塔頂油氣系統(tǒng)冷凝負(fù)荷降低，壓降減小，氣壓機(jī)入口壓力上升至56kPa，在保持氣壓機(jī)出口壓力不變的情況下，氣壓機(jī)轉(zhuǎn)速由設(shè)計(jì)值的4408r/min降低至3980r/min，3.5MP蒸汽用量由設(shè)計(jì)值115.4t/h降低至102t/h。

(2)自產(chǎn)中壓蒸汽流量增加

裝置燒焦量上升明顯，系統(tǒng)內(nèi)熱能增加，外取熱，油漿和余熱鍋爐等3個(gè)汽包產(chǎn)汽量也相應(yīng)增加，裝置外來3.5MPa蒸汽相應(yīng)減少。

2.3 1.0MPa蒸汽用量

從表2可以看出，催化裂解裝置的反應(yīng)部分用汽量要明顯大于常規(guī)催化裂化裝置，其目的在于降低反應(yīng)過程的油氣分壓以利于異構(gòu)化反應(yīng)的進(jìn)行，從而降低汽油產(chǎn)品中的烯烴含量，蒸汽用量增加的同時(shí)分餾塔頂油氣系統(tǒng)冷卻負(fù)荷的增大，裝置能耗也隨之上升。為保證裝置效益的最大化，在本裝置產(chǎn)品分布能夠滿足下游裝置生產(chǎn)的前提下，出于優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)能降耗等目的，逐步調(diào)整反應(yīng)部分蒸汽用量至表2狀態(tài)，以下為補(bǔ)充說明：

(1)為彌補(bǔ)原料油霧化效果，相應(yīng)提高了霧化蒸汽用量：由7.5t/h提至9.5t/h。

(2)為減少燒焦，相應(yīng)提高了汽提蒸汽用量：由5.5t/h提至8t/h。

(3)第一提升管預(yù)汽提介質(zhì)由干氣改為蒸汽，蒸汽流量為3.5t/h。

(4)因油漿固體含量上升，為降低第二提升管線速，減少催化劑破損，二反稀釋蒸汽用量下調(diào)：由7.0t/h降至3.5t/h。

2.4 用電和用水

(1)提高煙機(jī)運(yùn)行的同步率

通過嚴(yán)格規(guī)范煙機(jī)的開停工步驟和加強(qiáng)日常維護(hù)等工作，降低煙機(jī)運(yùn)行的故障率，煙機(jī)運(yùn)行的同步率2016年達(dá)到了100%，從而為裝置節(jié)電打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(2)停運(yùn)低負(fù)荷機(jī)泵

本裝置柴油系統(tǒng)設(shè)計(jì)有輕柴油泵、貧吸收油泵和封油泵，且都處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，在不改造原有流程的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化工藝流程，停運(yùn)了貧吸收油泵(電機(jī)功率55kW)和封油泵(電機(jī)功率55kW)。

(3) 調(diào)整冷卻器循環(huán)水線速

本裝置穩(wěn)定塔頂冷卻器采用8臺(tái)4組并聯(lián)組合方式，由于出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，各組冷卻器出入口溫差不一，循環(huán)水流量調(diào)節(jié)難度較大。為維持穩(wěn)定塔平穩(wěn)操作，同時(shí)防止冷卻器管程結(jié)垢，只能保守地維持4組冷卻器的循環(huán)水較高線速，導(dǎo)致裝置循環(huán)水能耗超標(biāo)。今年(2017年)2月，由公司設(shè)備中心牽頭，在科研單位的幫助下，采用在線監(jiān)測流量和溫度的方法，對4組循環(huán)水線速進(jìn)行了調(diào)整，在冷卻負(fù)荷不變的情況下，循環(huán)水用水總量下降了100t/h，取得了不錯(cuò)的效果。表3為穩(wěn)定塔頂冷卻器循環(huán)水調(diào)整前后的參數(shù)對比表。

表4 冷卻器循環(huán)水調(diào)整前后的參數(shù)對比

3 進(jìn)一步降低裝置能耗的建議

催化裂解(DCC)工藝與常規(guī)催化裂化(FCC)工藝相比，由于催化裂解工藝要求高反應(yīng)深度和低反應(yīng)油氣分壓的特點(diǎn)，裝置的反應(yīng)需熱、生焦量和蒸汽用量都明顯高于前者，同時(shí)由于再生壓力低導(dǎo)致煙機(jī)能量回收效率低等諸多不利因素，催化裂解裝置的能耗肯定無法達(dá)到常規(guī)催化裂化的水平。表5為本裝置100%加工量時(shí)的反應(yīng)再生部分熱平衡計(jì)算結(jié)果。

表5 反應(yīng)再生部分熱平衡計(jì)算結(jié)果[1]

表5(續(xù))

但具體到本裝置的生產(chǎn)操作條件，仍有許多值得挖掘的地方：

3.1 燒焦

2016年10月裝置更換了油漿阻垢劑的品種，油漿循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)垢現(xiàn)象得到了有效扼制；2017年大檢修將更換原料油霧化噴嘴，油漿換熱器也將得到清洗，原料油霧化效果將得到明顯改善，裝置生焦也將有不小的下降空間。

3.2 煙氣能量回收

在相關(guān)操作條件(再生器壓力158kPa、主風(fēng)流量3250Nm3/min、雙動(dòng)滑閥開度1%)無明顯變化的情況下，煙機(jī)入口蝶閥開度較前期下降較大：80%下降至55%左右。判斷有2種可能：臨界噴嘴磨損和雙動(dòng)滑閥實(shí)際流通面積增大，有待在裝置大檢修期間確認(rèn)解決。還有余熱鍋爐排煙溫度的問題：由于本裝置余熱鍋爐取熱負(fù)荷設(shè)計(jì)偏小，在90%的處理量的工況下，即使余鍋吹灰器正常工作，排煙溫度也只能達(dá)到200℃，離180℃的標(biāo)準(zhǔn)排煙溫度還有較大的節(jié)能空間。以上2個(gè)問題，有部分的因果關(guān)系:煙機(jī)旁路(臨界噴嘴或雙動(dòng)滑閥)漏量大，在余熱鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，也是余熱鍋爐排煙溫度高的主要原因。

3.3 3.5MPa蒸汽用量

本裝置氣壓機(jī)反飛動(dòng)線路流通面積設(shè)計(jì)偏小，事故狀態(tài)下，即使反飛動(dòng)控制閥保持全開也仍然達(dá)不到氣壓機(jī)反喘振的最小流量，且反飛動(dòng)控制閥組安裝在分餾換熱平臺(tái)的最高處，突發(fā)事故時(shí)無法及時(shí)打開閥組副線，為確保氣壓機(jī)安全運(yùn)行，反飛動(dòng)控制閥副線一直保持有2扣左右的開度(流量約為138Nm3/min)，造成了不小的能量浪費(fèi)。

3.4 1.0MPa蒸汽用量

除了原料油霧化效果正常后原料油霧化蒸汽和汽提蒸汽調(diào)回正常值外，其它用汽點(diǎn)仍有減少用量的空間，如除氧器用汽可以通過提高除鹽水進(jìn)除氧器的溫度來降低1.0MPa蒸汽用量等。

4 結(jié)論

(1)催化裂解裝置因工藝原理的制約，能耗水平同比常規(guī)催化裂化注定先天不足，但可以根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，在對產(chǎn)品分布影響不大的前提下，通過調(diào)整相關(guān)操作參數(shù)(如提升管稀釋蒸汽用量和三反床層料位等)來優(yōu)化操作，改善能耗。

(2)催化裂解技術(shù)相對催化裂化出現(xiàn)時(shí)間較晚，還有待在實(shí)際生產(chǎn)中不斷完善，如第二提升管線速過大，造成催化劑破損，導(dǎo)致油漿固體含量超標(biāo)的問題；又如氣壓機(jī)反飛動(dòng)流程和余熱鍋爐等設(shè)施的負(fù)荷匹配問題；不僅影響裝置能耗，更關(guān)系到大型機(jī)組的安全運(yùn)行和裝置的安全生產(chǎn)。

(本文文獻(xiàn)格式：萬小敏.催化裂解裝置的能耗分析與節(jié)能降耗[J].山東化工，2017，46(10)：132-134.)

2017-03-28

萬小敏，湖南岳陽人，主要從事催化裂化(裂解)工藝技術(shù)管理。

TE624

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1008-021X(2017)10-0132-03