楊靚，易志

（中韓（武漢）石油化工有限公司，湖北武漢 430000）

1 裝置概況

某石化公司180萬t/a加氫裂化裝置由SEI總體設(shè)計(jì)，中國(guó)石化工程建設(shè)四公司承建，采用一段串聯(lián)一次通過的加氫裂化工藝。反應(yīng)部分為國(guó)內(nèi)成熟的爐前混氫方案，其中分餾部分為硫化氫汽提塔＋常壓塔出柴油方案；吸收穩(wěn)定部分采用混合石腦油作吸收劑；脫硫部分采用MDEA作脫硫劑，對(duì)液化氣和低分氣進(jìn)行脫硫，并設(shè)有溶劑再生系統(tǒng)；低分氣氫提濃部分采用變壓吸附PSA方案。裝置以輕蠟油為原料，生產(chǎn)重石腦油、航煤、柴油、液化氣、輕石腦油和加氫尾油。

2013年6月裝置一次開車成功，在2016年4月裝置停工檢修期間，將R-6102裂化反應(yīng)器第四床層更換為FC-80新劑。該文以企業(yè)180萬t/a加氫裂化裝置能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用三環(huán)節(jié)理論模型對(duì)裝置的用能過程進(jìn)行深入分析，提出裝置節(jié)能優(yōu)化方向，制訂切實(shí)可行的優(yōu)化措施，并對(duì)優(yōu)化后的節(jié)能效果及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

2 過程用能分析三環(huán)節(jié)模型

加氫裂化反應(yīng)過程高溫、高壓、臨氫，進(jìn)料和氫氣需加熱升溫、升壓，消耗大量的燃料和動(dòng)力，是煉油廠能耗較大的裝置之一。同任何一個(gè)煉油生產(chǎn)過程一樣，加氫裂化裝置系統(tǒng)用能可以歸納為能量的轉(zhuǎn)換和傳輸、能量工藝?yán)?、能量回收三個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示[1]。

圖1 用能三環(huán)節(jié)分析模型

按照設(shè)備用能特點(diǎn)，可對(duì)加氫裂化裝置進(jìn)行三環(huán)節(jié)劃分。

2.1 轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)

進(jìn)入該體系的總能量EP包括燃料化學(xué)能和部分電能等。通過反應(yīng)進(jìn)料加熱爐（F6101）、分餾加熱爐（F6201）、新氫/循環(huán)氫壓縮機(jī)（K6101、K6102）和反應(yīng)進(jìn)料泵（P6102）等設(shè)備轉(zhuǎn)換，EP中的一部分以熱能和機(jī)械能的形式提供工藝過程所需要的能量EU，還可直接輸出一部分能量EB如背壓蒸汽，同時(shí)不可避免地有一部分提供能量EW通過散熱及排煙直接損失掉。

2.2 工藝?yán)铆h(huán)節(jié)

工藝?yán)檬怯媚苓^程的核心，進(jìn)入該環(huán)節(jié)的能量除了轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)有效供入的能量EU外，還有回收環(huán)節(jié)回收的能量ER。在這一環(huán)節(jié)中，熱力學(xué)能耗ET（產(chǎn)品帶出與原料帶入能量之差）不能回收，其余部分則有可能回收，稱為待回收能量EO。

2.3 回收環(huán)節(jié)

此處回收的能量有兩部分，一是用于本裝置工藝?yán)铆h(huán)節(jié)的能量，即回收循環(huán)能ER；另一部分是用于本裝置以外的能量，即回收輸出能EE，未回收的能量則以散熱、冷卻、物流排棄等方式進(jìn)入周圍環(huán)境，即排棄能量EJ。

3 能耗組成

加氫裂化裝置的設(shè)計(jì)能耗為32.53 kgEO/t原料，2014年裝置能耗為23.36 kgEO/t原料，集團(tuán)排名第8。為提高經(jīng)濟(jì)效益，通過對(duì)能耗構(gòu)成進(jìn)行分析并進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)改造、優(yōu)化操作，裝置能耗逐漸降低，2019年已降至17.38 kgEO/t原料，相應(yīng)排名上升至第2位。2014―2019年的裝置能耗趨勢(shì)見圖2。

圖2 2014—2019年加氫裂化裝置能耗趨勢(shì)

表1列出了2014-2019年裝置各項(xiàng)單耗的對(duì)比情況。從表1可以看出能耗組成中，電耗、燃料氣單耗和蒸汽綜合能耗占94%～97%。因此對(duì)于加氫裂化裝置來說，能耗分析及節(jié)能措施的制定也應(yīng)該圍繞燃料氣、電、蒸汽等因素進(jìn)行。

表1 加氫裂化裝置能耗變化 kgEO/t原料

4 能耗分析及節(jié)能優(yōu)化方向

以降低影響加氫裂化裝置能耗的主要影響因素——電、燃料氣、蒸汽等的消耗為目標(biāo)，依據(jù)過程系統(tǒng)用能模型進(jìn)行能耗分析，得出每個(gè)環(huán)節(jié)的節(jié)能優(yōu)化方向。

4.1 能量的轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)

電耗是影響裝置能耗的最主要因素，其中新氫壓縮機(jī)、反應(yīng)進(jìn)料泵是裝置主要的耗電設(shè)備。影響電耗的主要因素一方面取決于用電設(shè)備的數(shù)量及效率，另一方面壓縮機(jī)賀爾碧格控制系統(tǒng)和液力透平的運(yùn)行狀況對(duì)電耗有較大影響。影響裝置能耗的第二大因素是燃料氣消耗量，主要有反應(yīng)加熱爐燃料氣、分餾進(jìn)料加熱爐燃料氣。

優(yōu)化方向：提高加熱爐熱效率；提高機(jī)泵效率，保證機(jī)泵在高效的工作區(qū)內(nèi)運(yùn)行；保證壓縮機(jī)賀爾碧格控制系統(tǒng)和液力透平的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4.2 能量的工藝?yán)铆h(huán)節(jié)

根據(jù)裝置工藝構(gòu)成，主要用能設(shè)備是兩臺(tái)反應(yīng)器、汽提和主分餾塔、高低壓分離器及其它容器。反應(yīng)設(shè)備的能耗主要取決于3.5 MPa蒸汽的消耗量；汽提和主分餾塔的能耗則取決于1.0 MPa汽提蒸汽的消耗量。

降低反應(yīng)設(shè)備的能耗，其關(guān)鍵在于降低反應(yīng)系統(tǒng)壓降、降低循環(huán)氫量、提高裂化反應(yīng)器出口溫度；而采用低床層壓降的催化劑、保證合適的氫油比、提高裂化反應(yīng)器出口溫度是主要手段。在節(jié)能優(yōu)化方向上采用低床層壓降的催化劑，可以降低反應(yīng)系統(tǒng)的壓力損耗，從而降低循環(huán)氫壓縮機(jī)的蒸汽消耗；降低氫油比使循環(huán)氫壓縮機(jī)的蒸汽用量減少，同時(shí)降低加熱爐熱負(fù)荷和燃料消耗；提高裂化反應(yīng)器出口溫度可以提高反應(yīng)加熱爐的入口溫度，減少燃料消耗。

優(yōu)化方向：在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可以降低塔底的汽提蒸汽量，以減少1.0 MPa蒸汽的消耗。

4.3 能量的回收環(huán)節(jié)

從能耗模型可知，工藝總用能包括有效利用能和回收循環(huán)能，因此提高能量的回收利用率是降低裝置能耗的關(guān)鍵?；厥占託淞鸦b置低溫?zé)?，進(jìn)料采用熱進(jìn)料，利用分餾塔中段回流產(chǎn)生低壓蒸汽，都能有效降低裝置能耗。

優(yōu)化方向：提高熱進(jìn)料溫度、回收裝置凝結(jié)水的熱量、提高汽包的產(chǎn)汽量、回收裝置的低溫?zé)幔贿€應(yīng)加強(qiáng)高溫部位的保溫，減少散熱排棄。

5 節(jié)能措施與效果

5.1 能量的轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)

5.1.1 對(duì)部分機(jī)泵葉輪進(jìn)行切削

在實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)部分機(jī)泵余量較大，如尾油泵、二中回流泵等，因而對(duì)有余量的泵進(jìn)行了葉輪切削，在機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常情況下電流下降，進(jìn)而達(dá)到節(jié)電目的。2015―2018年共對(duì)7臺(tái)機(jī)泵進(jìn)行了切削，見表2?？梢钥闯?，葉輪切削后每小時(shí)可節(jié)約電90千瓦左右。

表2 葉輪切削前后節(jié)電情況

5.1.1 提高加熱爐熱效率

為提高加熱爐熱效率，采取了以下措施：定期清理加熱爐火嘴及長(zhǎng)明燈，調(diào)整配風(fēng)量，保證火嘴燃燒狀況良好；加強(qiáng)氧化鋯的維護(hù)和管理，嚴(yán)格控制氧含量和爐膛負(fù)壓，本裝置的氧含量控制在2.0%～2.5%；搞好余熱回收，降低排煙溫度，本裝置的排煙溫度控制在120～125℃。

目前，加氫裂化裝置加熱爐F-6101、F-6201熱效率在93.5%以上，說明裝置能很好的利用燃料氣。

5.1.1 加強(qiáng)節(jié)電管理，杜絕浪費(fèi)

在生產(chǎn)管理中，從以下幾個(gè)方面來完善節(jié)電管理：1）加強(qiáng)變頻空冷的巡檢，保證其正常運(yùn)行，夜晚溫度較低時(shí)盡量停用部分空冷電機(jī)；2）加強(qiáng)對(duì)K-6101/A及其賀爾碧格系統(tǒng)的巡檢，以保證其正常運(yùn)行，從而達(dá)到減少裝置電耗的目的；3）控制液力透平工藝介質(zhì)參數(shù)，保證液力透平最大量通過，并且延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間。

5.2 能量的工藝?yán)铆h(huán)節(jié)

5.2.1 裂化反應(yīng)器第四床層更換使用FC-80催化劑

2016年4月檢修后，裝置裂化反應(yīng)器R-6102第四床層更換使用FC-80催化劑。由于FC-80的裂化性能較FC-32偏低，因此可在四床層溫升相同的前提下，提高四床層的入口溫度，從而增加裂化反應(yīng)器的出口溫度；在降低四床層的冷氫消耗的同時(shí)，通過提高反應(yīng)器的出口溫度以增加混氫油進(jìn)反應(yīng)加熱爐的溫度，減少瓦斯的消耗。由表3可見，在四床層溫升均為12℃的前提下，本周期四床層的入口溫度上升了2.2℃，反應(yīng)器的出口溫度上升了2.1℃，四床層的冷氫消耗減少了約1 200 Nm3/h，反應(yīng)加熱爐入口溫度增加了2℃，瓦斯的消耗減少了約190 Nm3/h。

表3 催化劑更換前后工藝條件對(duì)比

5.2.2 控制合理的氫油比，降低3.5 MPa蒸汽消耗

氫油比同樣是影響加氫裂化工藝的重要參數(shù)，它影響加氫裂化的反應(yīng)過程，影響催化劑的壽命，但過高的氫油比將增加裝置的操作費(fèi)用[2]。因此控制合適的氫油比對(duì)反應(yīng)器的用能影響較大。加氫裂化裝置氫油比的工藝卡片為不小于700，從表4可以看出，氫油比越高，汽輪機(jī)消耗3.5 MPa蒸汽量越大。因此在滿足生產(chǎn)需要的情況下，根據(jù)處理量的變化及時(shí)調(diào)整循環(huán)氫壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，將裝置氫油比控制在710～750。通過對(duì)精制反應(yīng)器的入口氫油比的卡邊操作，可以降低汽輪機(jī)動(dòng)力3.5 MPa蒸汽的消耗2～3 t/h。同時(shí)，也能降低加熱爐的熱負(fù)荷、燃料消耗以及風(fēng)冷器的電耗。

表4 氫油比與汽輪機(jī)蒸汽消耗對(duì)照

5.2.3 降低汽提蒸汽量

加氫裂化裝置在滿足產(chǎn)品質(zhì)量的前提條件下，降低了脫硫化氫汽提塔和主分餾塔的汽提蒸汽量，目前汽提蒸汽總量為3.2 t/h，比設(shè)計(jì)值4.5 t/h減少了1.3 t/h，每年可相應(yīng)節(jié)約135萬元。

5.3 能量的回收環(huán)節(jié)

5.3.1 優(yōu)化進(jìn)料結(jié)構(gòu)，提高進(jìn)料溫度

加氫裂化裝置分三路進(jìn)料，分別是減壓蠟油（VGO）、催化柴油、罐區(qū)來冷蠟。其中，VGO、催化柴油為熱供料，進(jìn)料溫度均在100℃以上；罐區(qū)來冷蠟為冷供料，進(jìn)料溫度低于70℃。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間摸索及與上游裝置的持續(xù)溝通，加氫裂化裝置將罐區(qū)冷蠟占進(jìn)料比例從40%降至20%以內(nèi)；VGO進(jìn)料比例從50%提高至70%以上。加氫裂化裝置進(jìn)料結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，有效地利用了上游裝置的富余熱量，混合進(jìn)料溫度從原來的100℃提高至115℃。

5.3.2 改造工藝流程，回收裝置凝結(jié)水的熱量

車間對(duì)原有工藝流程進(jìn)行改造，新增一臺(tái)換熱器E-6309，將裝置的0.35 MPa蒸汽凝結(jié)水用于給干氣提濃裝置的富乙烯產(chǎn)品氣加熱。同時(shí)車間將加氫裂化、2#制氫及干氣提濃等3套裝置的凝結(jié)水回用，經(jīng)凝結(jié)水冷卻器E-6307后引至反應(yīng)注水罐D(zhuǎn)-6111，具體流程見圖3。

圖3 加氫裂化裝置工藝流程改造

表5列出了裝置流程改造前后工藝條件的變化情況。新增E-6309后，富乙烯氣出裝置溫度從30℃提高到了100℃，利于向乙烯進(jìn)行輸送，同時(shí)E-6307每小時(shí)可以減少60噸循環(huán)水的消耗；新增3套裝置的凝結(jié)水回用流程，則每小時(shí)可以節(jié)約除鹽水用量5噸。

表5 流程改造前后工藝條件對(duì)比

5.3.3 調(diào)整分餾塔中段回流，優(yōu)化取熱操作

該裝置分餾塔設(shè)計(jì)有兩個(gè)中段回流，一中回流、二中回流及煤油出裝置前設(shè)置蒸汽發(fā)生器，用來回收熱量，降低裝置能耗。換熱產(chǎn)汽流程見圖4。

圖4 分餾塔回流換熱產(chǎn)汽流程

在生產(chǎn)過程中，因?yàn)槲灿蜕a(chǎn)量的不斷降低，分餾塔中上部氣相負(fù)荷增加較多。在滿足各產(chǎn)品切割精度的前提下，通過對(duì)分餾塔進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，盡量提高一中回流、二中回流的負(fù)荷，降低頂回流的負(fù)荷，以降低分餾塔頂空冷的冷卻負(fù)荷，同時(shí)增加蒸汽發(fā)生器的產(chǎn)汽量。具體調(diào)整效果見表6。

表6 分餾塔優(yōu)化調(diào)整前后主要參數(shù)對(duì)比

調(diào)整后分餾塔頂空冷停用一臺(tái)，每小時(shí)可節(jié)電40千瓦左右；而蒸汽發(fā)生器的產(chǎn)汽量共增加了5 t/h，每年可節(jié)約費(fèi)用約520萬元。

5.3.4 優(yōu)化低溫?zé)崂?，減少熱量損失

裝置共有4臺(tái)低溫?zé)岢}水換熱器，分別利用出裝置的煤油、柴油、尾油及重石腦油來給除鹽水加熱。通過對(duì)四路除鹽水的入口溫度和流量控制，盡量使除鹽水多取熱，合理利用低溫?zé)帷Ｍ瑫r(shí)控制產(chǎn)品出裝置溫度卡上限操作，詳見表7，減少各產(chǎn)品空冷器的負(fù)荷，達(dá)到節(jié)電效果。通過調(diào)整，停用了三臺(tái)空冷風(fēng)機(jī)，每小時(shí)節(jié)電25千瓦左右。

表7 產(chǎn)品出裝置溫度控制 ℃

6 節(jié)能效果及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

6.1 節(jié)能效果

①混合熱進(jìn)料溫度由100℃升至115℃，提高了15℃。

②反應(yīng)加熱爐入口溫度從346℃升至348℃，提高了2℃。

6.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)過上述優(yōu)化，裝置能耗明顯降低，2019年綜合能耗為17.38 kgEO/t，可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約1 872萬元/年，詳見表8。可以看出，裝置經(jīng)過節(jié)能優(yōu)化后，電耗減少了0.92 kgEO/t原料，燃料氣消耗減少了1.46 kgEO/t原料，蒸汽綜合消耗減少了2.44 kgEO/t原料。

表8 節(jié)能措施效果匯總

7 總結(jié)

該文針對(duì)某石化企業(yè)180萬t/a加氫裂化裝置能耗進(jìn)行了分析和研究，采用三環(huán)節(jié)理論模型對(duì)該裝置用能過程進(jìn)行了深入分析，圍繞如何降低加氫裂化裝置能耗主要影響因素即電、燃料氣、蒸汽等項(xiàng)目的消耗，指出加氫裂化裝置節(jié)能方向，并提出切實(shí)可行的措施。相應(yīng)措施被采納一段時(shí)間后，裝置的綜合能耗明顯降低。2019年裝置的綜合能耗為17.38 kgEO/t原料，可以增加效益約1 872萬元/年。