加氫裂化裝置用能分析

加氫裂化裝置用能分析及節(jié)能途徑探討

方向晨張英

2007年11月南京

第二屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水技術(shù)論壇

1主要內(nèi)容HC裝置用能評價依據(jù)和能量平衡分析結(jié)果

結(jié)束語前言HC裝置用能三環(huán)節(jié)分析及評價影響HC裝置能耗的主要因素分析HC裝置節(jié)能途徑探討和實施效果21前言加氫裂化(HC，Hydrocracking)

原料范圍廣、生產(chǎn)靈活性大、產(chǎn)品質(zhì)量好、液體產(chǎn)品收率高、生產(chǎn)過程清潔

現(xiàn)代煉油工業(yè)中重要的二次加工工藝裝置操作狀況和用能水平對煉油廠能耗及經(jīng)濟效益有重要影響根據(jù)生產(chǎn)的主要目的產(chǎn)品不同，可分為輕油型、中油型和靈活型HC裝置各種類型HC裝置用能水平有差異，但用能特點也有很多共性通過裝置用能評價和影響因素研究,探討節(jié)能的方向和途徑。3

用能分析三環(huán)節(jié)模式2HC裝置用能評價依據(jù)與能量平衡分析結(jié)果

能量的轉(zhuǎn)換和傳輸工藝利用能量回收評價指標(biāo)能量轉(zhuǎn)換效率工藝總用能能量回收率4圖1石油化工過程（HC裝置）用能三環(huán)節(jié)分析模式燃料化學(xué)能、電能、蒸汽供能反應(yīng)、分餾及相關(guān)系統(tǒng)加熱爐及各類機泵等設(shè)備轉(zhuǎn)換換熱器、冷卻器、蒸汽發(fā)生器傳熱過程；功的回收；能量的升級利用散熱冷卻物流排棄5兩套加氫裂化裝置概況

輕油型HC裝置A設(shè)計加工能力80萬噸/年一段串聯(lián)全循環(huán)流程采用TK555精制劑和FRIPP開發(fā)的3905裂化劑設(shè)計加工VGO原料主要生產(chǎn)石腦油、兼產(chǎn)部分噴氣燃料和柴油6加氫裂化裝置A工藝流程-反應(yīng)部分示意圖

7加氫裂化裝置A工藝流程-分餾部分示意圖

FCFCFCTCFCHCPCLCFCFCTCLCLCFCFCFCTCLCPCLCTCLCFCLCLCLCPCFCTCFCFCLCTCTCFC1脫鹽水C-201EC-201E-204D-201P-201A/BP-202A/BF-201P-203A/BE-206EC-204E-210E-201E-209C-202P-204A/BD-202E-205C-203P-208A/BP-209A/BEC-202D-203E-207P-205A/BC-204C-205E-203E-202F-202EC-203E-208P-207A/B

P-210A/BD-204EC-205新氫柴油燃料氣氣體去脫硫裝置氣體去脫硫裝置液化氣航煤重石腦油尾油去抽空器P-206A/B循環(huán)油脫丁烷塔脫乙烷塔主分餾塔減壓塔8

中油型HC裝置B設(shè)計加工能力150萬噸/年單段兩劑全循環(huán)流程采用FRIPP開發(fā)的FF-26/FF-16精制劑和FC-14裂化劑設(shè)計加工VGO和CGO原料可最大量生產(chǎn)中間餾分油，也可通過調(diào)整產(chǎn)品切割點多產(chǎn)重石腦油兩套加氫裂化裝置概況

9中油型加氫裂化裝置B工藝流程示意圖

10加氫裂化裝置B工藝流程-反應(yīng)部分示意圖

11加氫裂化裝置B工藝流程-分餾部分示意圖

12加氫裂化裝置標(biāo)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

主要操作條件輕油型HC裝置A中油型HC裝置B反應(yīng)器入口氫分壓/MPa16.614.7反應(yīng)器入口溫度(R1/R2)/℃343/350365/-體積空速(R1/R2)/h-10.72/1.211.71/1.23

氫油體積比(R1/R2)1021:1/1345:11047:113物料平衡輕油型HC裝置A中油型HC裝置B入方:VGOH21002.77100(VGO+CGO)3.29出方

:

輕石腦油8.733.22重石腦油35.4416.04噴氣燃料21.4233.43柴油26.4743.65未轉(zhuǎn)化油1.85-液態(tài)烴4.372.59干氣(含酸性氣)2.333.48回收氫-0.28污油及其它0.84-損失1.220.60合計102.77103.29加氫裂化裝置標(biāo)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)公用工程消耗輕油型HC裝置A中油型HC裝置B新鮮水/t·t-10.450.01循環(huán)水/t·t-19.7814.06除鹽水/t·t-10.180.09電/Kwh·t-161.6256.103.5MPa蒸汽/t·t-10.320.131.0MPa蒸汽

/t·t-1-0.12-0.070.5MPa蒸汽

/t·t-1-0.046-燃料氣/t·t-10.02570.02燃料油/t·t-10.0087-加氫裂化裝置標(biāo)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

15加氫裂化裝置能量平衡分析結(jié)果16加氫裂化裝置能量平衡分析結(jié)果17加氫裂化裝置能量平衡分析結(jié)果18加氫裂化裝置能量平衡分析結(jié)果193加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價能量轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)總供入能構(gòu)成,燃料供入能居首位，加熱爐平均熱效率分別為72.3%和83.8%，有待進一步提高蒸汽供入能列第二，主要用于循環(huán)氫壓縮機蒸汽透平和汽提；裝置A透平機組效率低，只有43.7%,能量損失大、供入能增加。電能列第三位，原料和氫氣的升壓用電占總用電量的75%以上。203加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價能量轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)裝置A無效動力占直接損失比例較高,原因:機泵效率不高機泵負荷率偏低；揚程過高，閥門節(jié)流、電力浪費;兩套裝置的能量轉(zhuǎn)換和輸出效率分別為75.99%和87.49%,散熱及加熱爐排煙損失比例大，提高效率的關(guān)鍵要減少這些損失。213加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價總供入能多,裝置A水、電、蒸汽和燃料單耗高于裝置B；燃料供入能居首位，加熱爐熱效率待進一步提高蒸汽供入能列第二，裝置A透平機組效率低，能量損失大、供入能增加。電能列第三位，升壓用電占總用電量的75%以上；裝置A無效動力占直接損失比例較高,原因:機泵效率不高機泵負荷率偏低；揚程過高，閥門節(jié)流、電力浪費;兩套裝置的能量轉(zhuǎn)換和輸出效率分別為75.99%和87.49%,散熱及加熱爐排煙損失比例大，提高效率的關(guān)鍵要減少這些損失。能量轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)22

工藝利用環(huán)節(jié)3加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價能量利用利率分別為89.74%和97.10%;換熱回收的循環(huán)能是工藝總用能EN的重要來源;裝置A提供EN的加氫反應(yīng)熱較小，所需外界供能多主要用能設(shè)備是反應(yīng)、分餾及相關(guān)系統(tǒng);氫油比對反應(yīng)器的用能影響較大；過大則增加循環(huán)氫壓縮機的蒸汽用量、加熱爐負荷和空冷風(fēng)機電耗。23

工藝利用環(huán)節(jié)3加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價能量利用利率分別為89.74%和97.10%;換熱回收的循環(huán)能是工藝總用能EN的重要來源;裝置A提供EN的加氫反應(yīng)熱較小，所需外界供能多;主要用能設(shè)備是反應(yīng)、分餾及相關(guān)系統(tǒng);氫油比對反應(yīng)器的用能影響較大；過大則增加循環(huán)氫壓縮機的蒸汽用量、加熱爐負荷和空冷風(fēng)機電耗。24

能量回收環(huán)節(jié)3加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價

兩套裝置的能量回收率分別為58.52%和71.25%；兩裝置待回收能相當(dāng)，裝置A回收的效率較低，需消耗更多外界供能完成工藝過程，能耗增加；冷卻排棄能所占比例較大，需加強換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和低溫?zé)岬幕厥绽谩?5

兩套裝置的能量回收率分別為58.52%和71.25%；兩裝置待回收能相當(dāng)，裝置A回收的效率較低，需消耗更多外界供能完成工藝過程，能耗增加；冷卻排棄能所占比例較大，需加強換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和低溫?zé)岬幕厥绽谩?/p>

能量回收環(huán)節(jié)3加氫裂化裝置三環(huán)節(jié)用能分析與評價264影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析加氫過程能耗的特點總輸入能量多升壓用電在能耗中所占比例大化學(xué)耗氫量與反應(yīng)苛刻度（或轉(zhuǎn)化率）有關(guān)反應(yīng)熱隨耗氫量的增加而增加可回收利用能量多低溫?zé)岫?74影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析

催化劑性能決定加氫過程的反應(yīng)壓力和溫度，也影響氫耗、產(chǎn)品收率和加氫反應(yīng)熱等。裝置B采用FRIPP開發(fā)的新一代高活性催化劑，操作條件緩和、進入工藝總用能的反應(yīng)熱增加，減少升壓電耗和加熱爐燃料消耗，降低外界供能；裝置B催化劑活性穩(wěn)定性好，精制反應(yīng)器出口和裂化反應(yīng)器入口溫度匹配合理，無需冷氫，減少過程火用損，節(jié)省供入能。4.1催化劑和操作條件284影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析

催化劑確定后，操作條件則對能耗產(chǎn)生直接影響。反應(yīng)壓力（氫分壓）補充氫壓縮機和反應(yīng)進料泵的升壓電耗、操作苛刻度及耗氫量；反應(yīng)溫度反應(yīng)進料加熱爐熱負荷氫油比過大將增加輸送循環(huán)氫的動力，同時使系統(tǒng)壓力降加大，增大升壓能耗耗氫量

補充新氫的流量是新氫壓縮機的升壓電耗決定因素之一裝置A氫分壓和氫油比較高，蒸汽和電耗增加，能耗大。4.1催化劑和操作條件29兩裝置均采用全循環(huán)操作方式，反應(yīng)和分餾流程不同，能耗也不同；裝置A尾油循環(huán)至裂化段，設(shè)置高壓循環(huán)油泵，裂化反應(yīng)器設(shè)置加熱爐，升壓電耗和加熱爐燃料耗量增加；裝置A采用冷高分，裝置B采用熱高分、降低能耗；裝置B采用液力透平，回收流體壓力能；裝置B分餾部分設(shè)常壓塔中段取熱發(fā)生低壓蒸汽再利用、將分餾塔頂不凝氣引入加熱爐等，減少外界供能。

4.2工藝流程4影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析30裝置B反應(yīng)部分多采用雙殼、雙弓型新型高壓換熱器，有利于強化傳熱效果，提高換熱效率和能量回收率，減少裝置外界供能；裝置B中低壓泵多采用變頻調(diào)速技術(shù)，標(biāo)定時在運設(shè)備能效高，有利于降低裝置能耗。4.3設(shè)備類型和效能4影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析31裝置規(guī)模主要影響裝置的散熱單耗，同類裝置，規(guī)模越小，散熱單耗越高；裝置負荷率越低，單位能耗越大。

4.4裝置規(guī)模和負荷率4影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析負荷率/%100767066能耗/MJ·t-1基準(zhǔn)基準(zhǔn)+55.16基準(zhǔn)+85.14基準(zhǔn)+184.75裝置負荷率與能耗的關(guān)系325加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果用能三環(huán)節(jié)工藝利用環(huán)節(jié)是核心,決定回收環(huán)節(jié)可供回收的能量和需由轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)提供的能量回收環(huán)節(jié)是能量利用的薄弱環(huán)節(jié)節(jié)能先從降低工藝總用能著手,依次考慮能量回收和轉(zhuǎn)換傳輸環(huán)節(jié)的改進335加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果裝置設(shè)計上:優(yōu)化工藝流程：采用爐前混氫技術(shù)采用熱高壓分離器流程精制反應(yīng)器與裂化反應(yīng)器之間設(shè)立反應(yīng)進料與精制產(chǎn)物的進料換熱器分餾塔設(shè)置中段回流（1）改進工藝流程和操作條件，降低工藝總用能和裝置總能耗34（1）

改進工藝流程和操作條件，降低工藝總用能和裝置總能耗采用高性能催化劑采用高活性、高穩(wěn)定性的催化劑對降低裝置能耗有著舉足輕重的影響充分合理利用反應(yīng)熱是HC裝置節(jié)能的關(guān)鍵

采用窄點技術(shù)進行換熱網(wǎng)絡(luò)計算，使換熱流程優(yōu)化匹配，充分回收反應(yīng)熱各溫位熱量5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果35（1）改進工藝流程和操作條件，降低工藝總用能和裝置總能耗工藝操作上：合理控制反應(yīng)器溫升選擇合適氫油比優(yōu)化分餾塔的回流操作等5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果36優(yōu)化換熱系統(tǒng)：

采用逆向傳熱、不需考慮溫差校正系數(shù)的U型管雙殼程換熱器;

運用夾點技術(shù)優(yōu)化換熱流程；高壓換熱器加阻垢劑等。（2）提高能量回收率，減少排棄能5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果37加強低溫?zé)岬幕厥蘸屠没厥绽玫脑瓌t是采用原級利用措施，即按溫位及熱量進行匹配直接換熱回收利用。措施：

預(yù)熱原料，減少加熱爐熱負荷，降低燃料消耗；預(yù)熱各種工業(yè)用水（包括軟化水、鍋爐給水等），節(jié)約蒸汽；用于生活供熱，節(jié)約蒸汽；上、下游裝置的熱聯(lián)合；用做輕烴裝置的重沸器熱源或給儲罐加熱；預(yù)熱加熱爐用空氣；加熱工藝及儀表管線伴熱用水。最后才考慮通過熱泵、吸收制冷、發(fā)電等技術(shù)升級利用。（2）提高能量回收率，減少排棄能5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果可節(jié)省能耗10%~20%38減少設(shè)備及管線的散熱損失正確選擇保溫材料和外護材料；確定經(jīng)濟的保溫厚度和合理的保溫結(jié)構(gòu)；提高施工質(zhì)量；經(jīng)常性的檢修和維護；加熱爐節(jié)能改造：主要措施是爐墻內(nèi)壁噴涂新型材料，更換新型陶纖襯里等節(jié)能材料，以增大爐內(nèi)的熱強度，減少向外散熱量。

（2）提高能量回收率，減少排棄能占能耗10%~20%5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果39提高加熱爐效率：選用新型節(jié)能燃燒器；加強氧表的維護和管理；搞好余熱回收，降低排煙溫度；應(yīng)用新型隔熱襯里材料，減少熱損失；重視“三門一板”的優(yōu)化操作；加強對積灰、積垢、結(jié)鹽的清除工作。

（3）提高能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)效率，減少裝置供入能燃料氣所占能耗比例較高，一般為30%~60%。5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果40提高機泵效率：選用高效節(jié)能機泵；增上變頻電機，這是節(jié)能的有效途徑。在加氫裝置的中低壓泵、空冷器上可用此項技術(shù)。對于長期低負荷運轉(zhuǎn)的泵可采用直接切削葉輪的辦法。

減少機泵流量、揚程過剩機泵流量、揚程的選擇裕量較大，或者是工藝條件的變化，存在部分機泵流量、揚程過大，調(diào)節(jié)閥開度較小的現(xiàn)象，使動力白白消耗于閥門的節(jié)流，造成電耗的浪費。針對現(xiàn)有工藝運行情況，核算工藝流程壓力降，除采用變頻電機外，還可進行葉輪切削、多級泵減少葉輪級數(shù)、改變轉(zhuǎn)速等方式，以減少機泵揚程裕量、流量，有效降低電耗。（3）提高能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)效率，減少裝置供入能30%~40%為電耗；其中的75%~84%為高壓電耗5加氫裂化裝置節(jié)能途徑探討及實施效果41降低蒸汽消耗，做好蒸汽的逐級利用降低循環(huán)氫壓縮機動力蒸汽消耗

循環(huán)氣壓縮機是加氫裝置蒸汽消耗的主要部位，一般為3.5MPa或1.0MPa蒸汽，如前所述，應(yīng)避免氫油比過大、反應(yīng)系統(tǒng)壓降過高，以降低循環(huán)氣壓縮