加氫裂化裝置用能分析及節能途徑探討

方向晨張英

2007年11月南京

第二屆全國石油和化工行業節能節水技術論壇

1主要內容HC裝置用能評價依據和能量平衡分析結果

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

原料范圍廣、生產靈活性大、產品質量好、液體產品收率高、生產過程清潔

現代煉油工業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濟效益有重要影響根據生產的主要目的產品不同，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,探討節能的方向和途徑。3

用能分析三環節模式2HC裝置用能評價依據與能量平衡分析結果

能量的轉換和傳輸工藝利用能量回收評價指標能量轉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）用能三環節分析模式燃料化學能、電能、蒸汽供能反應、分餾及相關系統加熱爐及各類機泵等設備轉換換熱器、冷卻器、蒸汽發生器傳熱過程；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設計加工能力80萬噸/年一段串聯全循環流程采用TK555精制劑和FRIPP開發的3905裂化劑設計加工VGO原料主要生產石腦油、兼產部分噴氣燃料和柴油6加氫裂化裝置A工藝流程-反應部分示意圖

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設計加工能力150萬噸/年單段兩劑全循環流程采用FRIPP開發的FF-26/FF-16精制劑和FC-14裂化劑設計加工VGO和CGO原料可最大量生產中間餾分油，也可通過調整產品切割點多產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加氫裂化裝置標定基礎數據

主要操作條件輕油型HC裝置A中油型HC裝置B反應器入口氫分壓/MPa16.614.7反應器入口溫度(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未轉化油1.85-液態烴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加氫裂化裝置標定基礎數據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-加氫裂化裝置標定基礎數據

15加氫裂化裝置能量平衡分析結果16加氫裂化裝置能量平衡分析結果17加氫裂化裝置能量平衡分析結果18加氫裂化裝置能量平衡分析結果193加氫裂化裝置三環節用能分析與評價能量轉換和傳輸環節總供入能構成,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加氫裂化裝置三環節用能分析與評價能量轉換和傳輸環節裝置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，閥門節流、電力浪費;兩套裝置的能量轉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，提高效率的關鍵要減少這些損失。213加氫裂化裝置三環節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，閥門節流、電力浪費;兩套裝置的能量轉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，提高效率的關鍵要減少這些損失。能量轉換和傳輸環節22

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

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

能量回收環節3加氫裂化裝置三環節用能分析與評價

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，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，需加強換熱網絡優化和低溫熱的回收利用。25

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，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，需加強換熱網絡優化和低溫熱的回收利用。

能量回收環節3加氫裂化裝置三環節用能分析與評價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耗氫量與反應苛刻度（或轉化率）有關反應熱隨耗氫量的增加而增加可回收利用能量多低溫熱多274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壓力和溫度，也影響氫耗、產品收率和加氫反應熱等。裝置B采用FRIPP開發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催化劑活性穩定性好，精制反應器出口和裂化反應器入口溫度匹配合理，無需冷氫，減少過程火用損，節省供入能。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生直接影響。反應壓力（氫分壓）補充氫壓縮機和反應進料泵的升壓電耗、操作苛刻度及耗氫量；反應溫度反應進料加熱爐熱負荷氫油比過大將增加輸送循環氫的動力，同時使系統壓力降加大，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操作方式，反應和分餾流程不同，能耗也不同；裝置A尾油循環至裂化段，設置高壓循環油泵，裂化反應器設置加熱爐，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分餾部分設常壓塔中段取熱發生低壓蒸汽再利用、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速技術，標定時在運設備能效高，有利于降低裝置能耗。4.3設備類型和效能4影響加氫裂化裝置能耗的主要因素分析31裝置規模主要影響裝置的散熱單耗，同類裝置，規模越小，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基準基準+55.16基準+85.14基準+184.75裝置負荷率與能耗的關系325加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果用能三環節工藝利用環節是核心,決定回收環節可供回收的能量和需由轉換環節提供的能量回收環節是能量利用的薄弱環節節能先從降低工藝總用能著手,依次考慮能量回收和轉換傳輸環節的改進335加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果裝置設計上:優化工藝流程：采用爐前混氫技術采用熱高壓分離器流程精制反應器與裂化反應器之間設立反應進料與精制產物的進料換熱器分餾塔設置中段回流（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熱是HC裝置節能的關鍵

采用窄點技術進行換熱網絡計算，使換熱流程優化匹配，充分回收反應熱各溫位熱量5加氫裂化裝置節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：合理控制反應器溫升選擇合適氫油比優化分餾塔的回流操作等5加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果36優化換熱系統：

采用逆向傳熱、不需考慮溫差校正系數的U型管雙殼程換熱器;

運用夾點技術優化換熱流程；高壓換熱器加阻垢劑等。（2）提高能量回收率，減少排棄能5加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果37加強低溫熱的回收和利用回收利用的原則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：

預熱原料，減少加熱爐熱負荷，降低燃料消耗；預熱各種工業用水（包括軟化水、鍋爐給水等），節約蒸汽；用于生活供熱，節約蒸汽；上、下游裝置的熱聯合；用做輕烴裝置的重沸器熱源或給儲罐加熱；預熱加熱爐用空氣；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、發電等技術升級利用。（2）提高能量回收率，減少排棄能5加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果可節省能耗10%~20%38減少設備及管線的散熱損失正確選擇保溫材料和外護材料；確定經濟的保溫厚度和合理的保溫結構；提高施工質量；經常性的檢修和維護；加熱爐節能改造：主要措施是爐墻內壁噴涂新型材料，更換新型陶纖襯里等節能材料，以增大爐內的熱強度，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加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果39提高加熱爐效率：選用新型節能燃燒器；加強氧表的維護和管理；搞好余熱回收，降低排煙溫度；應用新型隔熱襯里材料，減少熱損失；重視“三門一板”的優化操作；加強對積灰、積垢、結鹽的清除工作。

（3）提高能量轉換環節效率，減少裝置供入能燃料氣所占能耗比例較高，一般為30%~60%。5加氫裂化裝置節能途徑探討及實施效果40提高機泵效率：選用高效節能機泵；增上變頻電機，這是節能的有效途徑。在加氫裝置的中低壓泵、空冷器上可用此項技術。對于長期低負荷運轉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，調節閥開度較小的現象，使動力白白消耗于閥門的節流，造成電耗的浪費。針對現有工藝運行情況，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、改變轉速等方式，以減少機泵揚程裕量、流量，有效降低電耗。（3）提高能量轉換環節效率，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氫壓縮機動力蒸汽消耗

循環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，應避免氫油比過大、反應系統壓降過高，以降低循環氣壓縮