(四川大學化學工程學院，四川成都，610065)

隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，能源的供求矛盾日益加劇。同時，原油供應的短期、原油品質(zhì)的惡化、化工耗能的增加、環(huán)境污染等問題也日益嚴重，并成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸[1]。作為耗能大戶的煉油企業(yè)，一定要高度重視煉油生產(chǎn)中的節(jié)能降耗工作[2]。

為提高蠟油加氫裂化裝置能源利用率，全面降低能耗，某石化廠針對自身情況，對蠟油加氫裂化裝置做了關(guān)于降低能耗的技術(shù)改造，并在實際生產(chǎn)中取得了很好的效果，在全廠增產(chǎn)增效、節(jié)能減排中發(fā)揮了積極的作用。

1 蠟油加氫裂化裝置概況

某石化蠟油加氫裂化裝置設(shè)計年處理量270萬t/a，采用UOP工藝技術(shù)，由反應、分餾和脫硫三部分組成，采用雙劑串聯(lián)一次通過加氫裂化工藝[3]。裝置主要以減壓蠟油為原料，生產(chǎn)液化氣、石腦油、航煤、柴油，尾油等產(chǎn)品。

簡單工藝為：原料升壓、升溫后與加熱爐出來的高溫氫氣混合，進入加氫精制、加氫裂化反應器進行脫金屬、加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧、烯烴飽和、芳烴加氫飽和等精制反應和加氫裂化反應。反應產(chǎn)物降溫、分離后得到主要產(chǎn)品液化氣、輕石腦油、重石腦油、航空煤油、柴油及尾油[4]。

2 節(jié)能降耗舉措

裝置的節(jié)能降耗可以減少消耗，增加經(jīng)濟效益。節(jié)能降耗的工作主要采取以下兩個方面的措施。

2.1 技術(shù)改造優(yōu)化

通過技術(shù)改造優(yōu)化，淘汰掉落后設(shè)備，更新工藝技術(shù)，采用新的高效設(shè)備[5]。

2.2 調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

對于能耗高而利潤低的產(chǎn)品生產(chǎn)方案，可以少生產(chǎn)或不生產(chǎn)，例如多產(chǎn)柴油方案；對于經(jīng)濟利益高的航煤生產(chǎn)方案，可以多生產(chǎn)。

3 技術(shù)改造優(yōu)化的實施

在2015年初，某石化公司加氫裂化裝置集中進行了技術(shù)改造優(yōu)化。此次優(yōu)化以本裝置內(nèi)部能量優(yōu)化為主，包括優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)流程、優(yōu)化新氫壓縮機無級變速系統(tǒng)、投用熱高分底液力透平等[6]。

3.1 能量轉(zhuǎn)換、傳輸環(huán)節(jié)技術(shù)改造優(yōu)化

3.1.1 新氫壓縮機增加無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

因為反應系統(tǒng)氫氣耗量經(jīng)常變化，且長期處于低負荷工況運行，一臺壓縮機提供的氫氣量不足，兩臺壓縮機提供的氫氣量又太大，于是長期使用具有三返一功能的K2002C運行，再加一臺A機或者B機搭配運行。如此一來，在低負荷運行時K2002C基本接近全量返回，即使是在高負荷運轉(zhuǎn)時，全部氫耗也只有9萬Nm3/h，即C機有接近27%的氫氣量在返回。

新氫壓縮機K2002A/B/C型號為3HHE-VL-3三級往復式壓縮機，軸功率4365 kW，入口流量52000 Nm3/h，共有三臺。驅(qū)動壓縮機運行的原動機為沈鼓集團生產(chǎn)的型號TAW5100-20/325OW電機，功率5100 kW。

新氫壓縮機沒有賀爾碧格系統(tǒng)，無法實現(xiàn)無級量調(diào)節(jié)，在裝置氫耗發(fā)生變化時，往往造成新氫壓縮機滿負荷運行，而實際效率卻只有50%或60%，大大浪費了電功。

2015年2月開始改造投用賀爾碧格無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，且分別對K2002A和K2002B都增設(shè)了無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以降低新氫壓縮機的能耗。

表1 賀爾碧格投用前后K2002C各參數(shù)對比

根據(jù)電功率的計算公式，在75%負荷運行工況下，節(jié)約電功率=1.732×10×(270-204)×0.89=1143 kW，運行時間按8400小時計算，電價按0.61元計算，則每年僅電費就可節(jié)約585萬元左右[7]。

3.1.2 空冷器、鼓風機、引風機增設(shè)變頻電機

(1)因為空冷器有很多沒有百葉窗，也沒有安裝變頻電機，在對工藝介質(zhì)進行溫度調(diào)整時只能人工啟停電機，這樣就會存在停一臺空冷介質(zhì)溫度過高，啟一臺空冷介質(zhì)溫度過低。于是在此次節(jié)能改造中對空冷增設(shè)了變頻電機。根據(jù)表2的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算，40臺變頻空冷每小時節(jié)省355kW·h，每年按8400小時計算，變頻空冷可節(jié)省180萬元左右。

(2)鼓風機K801、K802型號G4-73-1550D，軸功率110kW。驅(qū)動鼓風機的原動機為型號YBPT315L-6的主電機，功率132 kW。

引風機K803型號Y4-73-1850D，軸功率138kW。驅(qū)動引風機的電機型號YB355L1-6，功率220kW。經(jīng)過測算，變頻鼓風機和引風機每小時節(jié)約用電87kW·h，每年按8400小時計算，電價按0.61元計算，每年節(jié)省電費44萬元左右。

表2 空冷電機相關(guān)參數(shù)表

3.2 能量回收環(huán)節(jié)技術(shù)改造優(yōu)化

在此次節(jié)能改造項目中，加氫裂化裝置增設(shè)了熱高分底部液力透平，充分回收熱高分液的能量來驅(qū)動反應進料泵。

加氫裂化裝置熱高分壓力13.151MPa，溫度276℃，底部液體流量160m3/h。此次設(shè)置TLKS0500液力透平后，熱高分液經(jīng)液力透平傳輸能量后，熱高分液壓力降低到2.596MPa，溫度基本保持不變，熱高分液密度約0.8t/m3，液力透平效率按90%計算，則液力透平每小時可回收能量160×(13.151-2.596)×1817.7×0.8×0.9/367=2210kW·h。全年按8400小時計算，電價按0.61元計算，則每年可節(jié)省費用1100萬元左右。

3.3 能量利用環(huán)節(jié)技術(shù)改造優(yōu)化

3.3.1 優(yōu)化反應流出物和熱高分氣換熱流程

原料油和循環(huán)氫在精制反應器和裂化反應器中進行放熱反應，反應結(jié)束后在裂化反應器底出來，這一部分流體我們稱為反應流出物。高溫的反應流出物與循環(huán)氫和反應進料換熱，供給熱能，使循環(huán)氫和反應進料溫度升高，節(jié)省反應加熱爐的燃料氣消耗量。

此次在反應流出物換熱流程最后增加了一臺與汽提塔底油換熱的換熱器，汽提塔底油經(jīng)反應流出物加熱后溫度可以提升8-10℃，然后進入預閃蒸罐，后經(jīng)分餾塔進料泵升壓輸送進分餾塔進料加熱爐，而后進入分餾塔進行分離。

改造后充分利用了反應流出物高品質(zhì)熱能來加熱分餾塔進料，達到節(jié)省燃料氣的目的。

3.3.2 優(yōu)化熱高分氣換熱流程

反應流出物經(jīng)過換熱之后冷卻到274℃，進入熱高壓分離器進行油、氣兩相分離。熱高壓分離器頂部出來的氣體我們稱為熱高分氣。

此次優(yōu)化的點在于充分讓熱高分氣與冷原料、冷循環(huán)氫換熱，充分使用高溫位的熱量。換熱后的熱高分氣溫度已經(jīng)降得很低，非常容易在后面的換熱器中產(chǎn)生銨鹽結(jié)晶現(xiàn)象，導致?lián)Q熱器管束堵塞。于是放棄熱高分氣與低分油的換熱，低分油全部走副線。

3.3.3 優(yōu)化石腦油分餾塔再沸器換熱流程

石腦油再沸器的熱源是航煤中段回流，航煤中段回流是分餾塔的一個內(nèi)回流。在2014年生產(chǎn)調(diào)整中，中段回流量始終保持在280t/h左右。后來，發(fā)現(xiàn)石腦油塔底溫度偏低造成重石腦油水含量增加，于是調(diào)整中段回流量來增加石腦油分餾塔底的熱量。在作出調(diào)整后，分餾塔內(nèi)的熱量得到及時排除，降低了分餾塔頂空冷的負荷，同時，也增加了石腦油塔底溫度，保證了重石腦油水含量合格。

3.3.4 分餾塔進料加熱爐出口溫度優(yōu)化

為了實施節(jié)能降耗目的，不斷摸索調(diào)整操作參數(shù)，分析產(chǎn)品質(zhì)量。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，降低分餾塔進料加熱爐出口溫度(其設(shè)計值377℃)。將其調(diào)整到350℃后，分餾塔的氣相回流正常，各產(chǎn)品收率和流程切割、重疊現(xiàn)象不明顯。故將分餾塔進料加熱爐出口溫度降至350℃，是一次成功的節(jié)能降耗舉措。

通過高通量測序技術(shù)、重點針對郎酒高溫制曲過程中的6個階段，研究高溫制曲過程中“醬香功能菌群（細菌與真核微生物）”的組成與演化規(guī)律。該項研究結(jié)果對解析郎酒高溫制曲機制奠定基礎(chǔ)，同時亦為優(yōu)化制曲工藝、監(jiān)測曲塊品質(zhì)、提升醬香型酒產(chǎn)量以及品質(zhì)，提供理論指導。

3.4 調(diào)整原料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的實施

在2014年里，加氫裂化裝置負荷只有39.69%，裝置處理量嚴重不足，回煉尾油量大，導致能耗增加。后來，在公司協(xié)調(diào)、統(tǒng)一安排、有機結(jié)合的統(tǒng)籌下，增加常三線組分中柴油組分的比例，以此來增加加氫裂化裝置的原料。同時，增加催化裂化裝置來的一條線，將催化柴油作為原料引進裝置。再者，公司通過外購一部分蠟油來增加加氫裂化裝置處理量。最終，在2015年里加氫裂化裝置負荷上升至60.5%。

反應進料泵運行過程中最低流量為320 t/h，而通常反應系統(tǒng)進料量在200 t/h，反應進料泵運行工況效率低，大大增加了電耗。此次原料結(jié)構(gòu)進行調(diào)整后，反應進料泵的效率有大幅增加，使單位能耗有所降低。

而摻煉柴油導致精制反應器溫度需要提升，冷氫量增加，需要提高循環(huán)氫壓縮機轉(zhuǎn)速，這些都是4.0MPa蒸汽消耗增加的問題所在。

摻煉催化柴油，因為催化柴油里烯烴含量高而使反應放熱量有所增加。與反應產(chǎn)物換熱的原料油、循環(huán)氫的溫度會得到提高，使加熱循環(huán)氫的反應加熱爐的燃料氣消耗有所降低。

4 加氫裂化裝置能耗優(yōu)化的效果

4.1 能耗優(yōu)化效果

將2015年的單位能耗和2014年的數(shù)據(jù)進行對比，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 優(yōu)化前后各項單位能耗和綜合能耗值(單位：kgEO/t)

從表3的數(shù)據(jù)比對，不難看出，實施科學的石化生產(chǎn)過程管理、技術(shù)改造優(yōu)化以及原料、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整等一系列節(jié)能降耗的舉措之后，加氫裂化裝置綜合能耗由41.84 kgEo/t下降到34.263 kgEo/t，下降幅度18.1%。

4.2 加氫裂化裝置繼續(xù)挖潛增效

在經(jīng)歷了初步能耗優(yōu)化舉措后，加氫裂化裝置在能量消耗方面取得了重大成績。但是，深挖效益，查找短板，繼續(xù)在過程管理、技術(shù)改造優(yōu)化以及原料、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整三個大的方面挖潛增效，持續(xù)改進，勢在必行。2015年到2017年近三年的綜合能耗數(shù)據(jù)見表4。

表4 2015至2017年各項單位能耗值

從表4可以看出，2016年全年裝置累計加工量2357053噸，年生產(chǎn)負荷85.24%，比2015年高出24.74%，裝置綜合能耗較設(shè)計值低3.98 kgEo/t。2017年全年裝置累計加工量2223180噸，年生產(chǎn)負荷82.34%，裝置綜合能耗較設(shè)計值低2.065 kgEo/t。

5 結(jié)論

在各項方案措施得到有效實施后，裝置能耗得到明顯降低，加氫裂化裝置綜合能耗由41.84 kgEo/t下降到34.263 kgEo/t，下降幅度18.1%。至2017年，裝置全年生產(chǎn)負荷為82.34%，裝置綜合能耗31.885 kgEo/t，較2014年下降23.8%，較設(shè)計值低6.2%。

通過分析與研究，本文得到以下主要結(jié)論。

5.1 能量轉(zhuǎn)換、傳輸環(huán)節(jié)

通過增加新氫壓縮機無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以大大降低新氫壓縮機對電的消耗，每年節(jié)省585萬元左右。通過增設(shè)空冷器、鼓風機、引風機變頻電機，每年可節(jié)省電費224萬元。

5.2 能量回收環(huán)節(jié)

在此次節(jié)能改造項目中，加氫裂化裝置增設(shè)了熱高分底部液力透平，充分回收熱高分液的能量。每年可節(jié)省電量2210 kWh，節(jié)省費用1100萬元左右。

5.3 能量利用環(huán)節(jié)

通過優(yōu)化反應流出物和熱高分氣換熱流程、優(yōu)化熱高分氣換熱流程、優(yōu)化石腦油分餾塔再沸器換熱流程、優(yōu)化分餾塔進料加熱爐出口溫度，實現(xiàn)充分利用高品位能量、實現(xiàn)降低燃料氣消耗的目的。