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1、? 、 柴油加氢精制装置能耗分析与探讨 张海峰 ( 金陵石化公司炼油厂,南京2 1 0 0 3 3 ) X 摘要:通过对柴油加氢精制装置能耗的分析,从工艺、设备、管理等方面对进一步降低装置的 能耗进行7 探讨。 主题词:加氢精制8 皆反应条件设拿管尹 1 前言 我国即将加入w r o ,人关之后,炼油化工行业将会受到较大冲击,而我国的炼油水平 距世界先进水平有较大的差异,只有进一步降低生产成本才是生存之路。而作为具体的生产 车间所要做的工作,一方面是要降低加工损耗,另一方面要降低能耗。降低能耗不仅可以降 低成本、增加利润,还可以促进管理的改善和技术的进步。节能的过程,就是一个生产现代 化的过程
2、,对管理和技术工艺都提出了更高的要求。 金陵石化公司炼油厂柴油加氢精制装置的能耗从1 9 9 3 年开工以来每年都呈下降之势, 但是与国内同类加氢精制装置相比仍存在着较大的差距。本文通过对柴油加氢精制装置能 耗的分析和与同类装置的比较,对如何进一步降低装置的能耗进行了初步的探讨。 2 装置的能量消耗分布 柴油加氢精制装置与国内同类加氢精制装置相比较,能耗处于第9 位( 据1 9 9 7 年数据, 中国石化系统内共有同类柴油加氢精制装置2 7 套) 。表1 选取了和该厂加氢精制装置具有相 同催化剂( 均为F H 一5 催化剂) 的4 套柴油加氢装置进行比较。由表可知本装置与国内先 进装置相比尚有
3、较大的差距,仍需挖掘节能潜力来进一步节能降耗。 表1 国内同类装置能耗对比表 装置名称 艟耗脚r 1加工量】0 4 1 a 一空建朋“反应压力M P n 胜利炼油厂 4 6 07 97 22242 乌石化5 2 81 89 31 466 安庚I7 4 11 31 28 6 l3 536 安庆7 6 0 1 21 47 3 10 252 8 金陵石化唧74 0 5 3 l6 263 柴油加氢精制装置的能耗分布见表2 ( 1 9 9 8 年数据) 。 由表2 可以看出,在所有的能耗项目中,蒸汽和燃料气的 消耗分别占了总能耗的3 2 4 3 和3 5 1 3 ,电的消耗占 了2 8 3 6 。与国内
4、先进装置相比,该装置主要是电耗、 循环水消耗量过高,其他项目的单耗相差不大。 3 优化工艺条件 3 1 反应条件的改进 装置的反应深度越大,反应条件越苛刻,其动力消耗 也就越大,并且在进行深度反应时,加工负荷亦不能过 5 8 8 表2 金陵石化柴油精制装置 能耗分布表 项目能耗M J t 一百分比 新鲜水O 8 ”01 2 循环水2 68 038 4 软化水29 301 2 电1 9 80 4 2 8 3 6 蒸气 2 2 65 13 24 3 瓦斯2 3 78 13 51 3 总计6 9 2 9 21 0 0 大。装置可以在满足产品质量要求的前提下,降低反应条件的苛刻度,以此来降低装置的动
5、力消耗。 较高的温度与压力有利于加氢反应,但温度与压力越高,能耗就越大。有资料表明反应 温度每降低l ,每加工1m 3 米的原料可节能O 6 M I 。而且当系统压差一定,反应压力在较 低范围时,系统的能耗最低,高于或低于此范围时,能耗都要相应的上升。 合理选择氢油比也很重要。氢油比高,虽有利于加氢反应,但对能耗不利,一是增加了 压缩机的功率,二是加大了换热与冷却系统的负荷。加大氢油比,总能耗呈直线上升趋势。 所以选择最佳的氢油比对节能是有现实意义的。同时应注意氢气的纯度。对于2 5 M P a 氢分 压的催化柴油加氢精制装置,新氢纯度每下降1 ,反应部分能耗约增加1 0 ,反应部分的 主要设
6、备投资增加2 。 柴油加氢精制装置近年在满足了产品质量要求的前提下,通过对反应条件的调节,将反 应压力由6 8 M P a 降低到5 3 N P a ,加氢进料量则由5 0 t h 提到7 2 t h ,降低了装置的动力消 耗,提高了装置的处理量,大大降低了装置的能耗。 3 2 催化剂活性的改进 柴油加氢精制装置所使用的催化剂为H F 一5 催化剂,至今已使用了近7 年,尚未进行 再生,其活性已大为降低,反应温度由开工初期的2 8 2 “C 升至目前的3 1 2 。C 。催化剂活性降 低的主要原因是因为催化剂表面结焦和金属沉积,产生了吸附控制和扩散控制,必须提高反 应温度来提高催化剂的活性。由
7、于温度的提高,使燃料气的消耗不断增加,同时催化剂活性 下降对反应压力也提出了更高的要求,使装置的动力消耗进一步增加。 活性更好的催化剂可在一定的范围内使操作条件更为缓和,并可加工更加劣质的原料或 提高装置的处理量。催化剂活性提高不仅能使反应转化率提高,使反应温度和反应压力下 降,还可以提高其选择性,减少了副反应。这样不仅节约了原料消耗,也可以降低后面分离 工序的负荷和能耗。要使催化剂的活性上升可以对催化剂进行再生,或者将其更换为具有更 高活性的催化剂。目前已经开发出比F H 一5 催化剂的性能更为优良的催化剂,并且在多套 装置的应用上获得了成功。 4 提高设备运行效率 4 1 降低加热炉能耗,
8、提高热效率 加热炉采用瓦斯作为燃料,瓦斯消耗量的高低和处理量、反应器温升、原料性质、燃料 气组成、加热炉的人口温度、空气过剩系数、氧含量等因素有关。 4 1 1 提高热回收率,降低加热炉的能耗 加热炉的人口温度对燃料气的消耗量有着相当大的影响。加热炉人E l 物料与反应产物进 行换热后再进加热炉进一步加热,其人口温度的高低与反应温升的关系较大。装置所加工的 原料柴油主要是焦化柴油和重油催化裂化柴油,反应器的温升一般为5 0 6 0 。原料粗柴 油分别和塔底精制柴油、反应生成油在高压换热器E 1 0 7 和E 1 0 1 进行换热。但由于反应器后 面的高压换热器使用年限过长,热阻增加,传热性能有
9、所下降,反应产物不能较好地与人炉 物料换热。1 9 9 9 年装鼍大修后,在相同的反应条件和处理量下,加热炉的人口温度比原来 上升了2 0 “ C 左右,燃料气消耗则有了明显的下降,比未检修前约下降了5 0 8 0 m j h 。 循环氢流量对加热炉的人E l 温度也有间接的影响。循环氢流量的增加,可以提高反应系 统的热容量,减少反应温度变化的幅度,并可把大量的反应热带出反应器,有利于物料之间 的换热。但加大循环氢流量也就意味着增加了动力消耗和操作费用,在实际生产中,应该根 5 8 9 据实际情况来决定氢油比的大小。 针对换热介质是汽液两相流,可以优化换热流程,采用新型的换热器( 如扰流子换热
10、 器) 强化传热,提高入炉温度,减少加热炉负荷,减少燃料化学能的投入。 为提高加热炉的辐射传热性能,可以更换新型的耐火材料,并在炉膛内表面喷涂高温辐 射涂料,以增加辐射传热量。充分利用加热炉对流室的热量,在利用好现有设施的情况下 要减少对流室的散热。目前对流室外壁的温度要比辐射室的外壁温度要高出1 5 。C 左右,因 此要加强保温,减少热量散失。 4 1 2 减少影响因素,提高加热炉效率 该装置加热炉的氧含量在5 左右,空气过剩系数为1 3 1 4 左右,而国外炼厂的加热 炉的空气过剩系数为1 0 2 1 0 5 ,烟气氧含量为2 5 左右。与国外相比,所存在的差距较 大。该装置的加热炉有8
11、个L B 6 0 型火嘴和4 个L B l 0 0 型火嘴,所用的燃料为燃料气,故本 装置加热炉调节氧含量与过剩系数的主要对策是及时调节火嘴的分布和风门及烟道挡板,把 炉膛水平方向的风量分配不均匀减至最小,降低加热炉局部空气流量,从而降低空气过剩系 数,提高加热炉效率。 影响加热炉性能的原因还有火嘴性能不好、炉子漏风等因素。加热炉的某些火嘴的安装 存在一定的问题,在较高的空速情况下,燃料气和空气的混合存在缺陷,常产生火焰偏斜现 象,影响加热炉的燃烧。这些问题要留待日后的检修进行解决。加热炉的漏风主要体现在防 爆门、看火孔、点火孔等处漏风。加热炉的漏风对炉子热效率的影响比火嘴性能不足的影响 还要
12、大,且过量的空气进入炉膛会加速炉管产生氧化剥皮,减少炉管的寿命。 4 1 3 改善仪表控制功能 加热炉的控制方式采用串级控制( 炉出口温度和燃料气流量进行串级控制) ,这种控制方 式的缺点是对炉出口温度的调节滞后较大。如果燃料气的组成或压力有所变化,炉膛温度已经 发生了变化,而炉出口温度由于滞后性需要经过一段时间才能有所反应,然后才能进行调节。 这样就不能及时进行调节,炉子不能保持在最优状态下进行燃烧。可将加热炉的温度控制方式 加以改进:将炉人口温度控制方式改为前馈控制;炉出口温度控制方式改为炉出口温度和炉膛 温度的串级控制方式;对炉负压和氧含量采用0 2 c o 含量自控系统,通过自动控制烟
13、气负压或 烟气中0 2 、c 0 的含量,问接地调节燃烧用空气的供给量,以0 2 含量作为主调节参数、c 0 作 为副调节参数的o z c o 控制方案,可以解决单纯含氧量控制方案的不足。 此外还可以利用D C S 的先进功能对加热炉进一步进行优化控制,如利用D C S 对加热 炉的炉效进行在线计算。这样一可以有利于加热炉的管理,二有利于加热炉的操作,便于操 作人员了解实时情况,以便对不足之处进行综合分析,及时调节。 4 2 进一步提高设备效率 与同类装置相比,该装置的电耗较高。以1 9 9 7 年的数据作对比,该装置的电耗为 2 3 4 k W h t ,齐鲁石化公司胜利炼油厂的柴油加氢装置
14、为7 6 9 k W h t ,镇海为7 6 9 k W - 1 1 t ,广州石化总厂为1 5 4 0 k W h t 1 j 。该装置在电耗方面与其他装置存在较大的差距,要进一 步提高设备的运行效率,降低电能消耗。所谓进一步降低电能消耗,主要指降低压缩机、机 泵和空冷风机的用电消耗。压缩机用电占总用电量的5 0 以上,而无效动力又占压缩机用 电量的6 0 1 2 2 _ ,所以如何提高压缩机效率值得很好研究。但是目前装置的用电量因受设 备特点限制较难及时调节,因此最好对机泵和电机进行合理匹配。凡是负荷比小于4 0 , 泵效率小于6 0 的,应调整机泵或改用可调变速电机,以改善机泵的运行状况
15、。 5 9 0 装置的空冷器风机由电机驱动。对于选定的空冷器,其风机风量的大小是一定的,有时 会因为气温变化等原因,空冷器出口温度往往低于设计值,造成不必要的浪费。建议采用自 动调角风机来根据空冷器出V I 温度自动调整风机叶片角度,这样可以减少风机风量,降低电 机的轴功率。此外,空冷器的管箱可以采用丝堵型结构,便于清污和换管;翅片管要选用抗 腐蚀性能好、传热效率高、刚性强的管子,如双金属轧片式翅片管。 4 3 其他设备、工艺的改进 为了充分利用汽提塔T 1 0 1 的塔底热量,可考虑增加E 1 0 7 的换热面积。汽提塔底的精制 柴油在E 1 0 7 与原料柴油( 管程) 进行换热。目前E
16、1 0 7 的出口温度为9 5 1 0 5 。C ,原料柴油 的温度为2 5 3 0 1 2 ,因此增加E 1 0 7 的换热面积还是有一定实际意义的。这样不仅可以充分 利用T 1 0 1 塔底的热量,降低柴油出装置的温度,减少空冷E 1 0 9 的用电量,还可以提高换热 器E 1 0 1 壳程的出口温度,增加了加热炉F 1 0 1 的人口温度,减少燃料气用量。这样虽设备的 投资有所增加,但从长远来看,还是有较大益处的。 影响装置的其他因素还有新鲜水、循环水、软化水等。用循环水代替新鲜水来对机泵进 行冷却,用净化水代替软化水作为反应系统的注水,而净化水的使用不仅可以降低能耗,还 可以降低全厂的
17、污水排放量,对环保有较大的益处。 5 蒸汽的使用与管理 装置的蒸汽主要消耗在循环氢压缩机和汽提塔这两部分,此外冬季的管线、仪表和部分 设备的伴热也要消耗部分低压蒸汽。 装置使用的蒸汽是3 5 M P a 的中压蒸汽。中压蒸汽作为循环氢压缩机的动力,所产生的 1 0 M P a 背压蒸汽部分作为汽提塔的汽提蒸汽,剩余的1O M P a 蒸汽则并人厂蒸汽管网。 压缩机所使用的蒸汽设计为4 2 0 、3 5 M P a ,而实际上仅为3 0 0 左右,远远低于设计 的温度。由于蒸汽的温度不够,额外多消耗了大量的蒸汽,产生了不必要的能耗。3 5 M P a 中压蒸汽在界区的温度为3 5 0 ,而在压缩
18、机的入口则为2 9 0 3 0 0 。该段管线在装置内约 为1 l O m ,使用水泥珍珠岩进行保温。经过对该段管线的外表面温度的实际测量,发现该段 管线的散热量较高,其保温外壁的温度为6 0 6 5 ( 测量时的环境温度为1 2 ) ,比相关资 料的推荐值要高出1 0 2 0 。据此分析,可以判断主要是由于蒸汽管线的保温材料质量、 厚度有所欠缺,导致管线沿途大量散热,致使在装置内产生了5 0 0 c 左右的温降。对该段管 线应采用较高性能的保温材料。 装置在冬季管线和仪表的伴热也会消耗较多的蒸汽。各伴热线的泄漏和疏水器的失灵所 造成的蒸汽浪费也是一个较大的数字,对各蒸汽放空点一定要加以重视,
19、采用高性能的疏水 器,提高其工作可靠性,注意各排放点疏水器的管理和维护,及时更换失效的疏水器。此 外,该装置的伴热管线老化较为严重,并且部分仪表及管线缺乏伴热措施,在较低的气温下 常发生冻凝现象,为此需要用临时管线进行伴热,无形中又加大了蒸汽的消耗量。因此应针 对装置目前的特点对伴热系统进行整顿和改造,确定各伴热管线的数量及其使用规程。对 所排放的蒸汽和冷凝水也要进行回收利用。 6 加强能耗的管理 6 1 建立完善的能耗管理制度 节能主要在于管理,管理的目的是要使每个人都意识到节能的重要性,并在日常生产中 自觉地做好节能工作。能耗的管理是一项较为繁琐的工作,要长期坚持才能见效。要建立稳 定的领
20、导班子,建立完善的能耗管理制度并长期坚持执行,对节约能源和浪费能源要有相应 5 9 】 的奖惩制度。要让已有的节能措施真正起到作用,而不是仅局限于形式。此外还可以利用计 算机对能耗进行管理,及时对每个班次的能耗进行记录、计算,便于进行统计、分析和管 理,以提高工作效率。 6 2 加强对职工的宣传和培训 针对目前装置的具体水平和所存在的危机,向职工宣传节能的重要性,使每位职工都对 能耗有较深刻的认识,精心进行操作。此外,为适应新技术和新形式的需要,还要经常对操 作人员进行培训,使其及时掌握先进技术,做到基础理论和实际操作技能相结合。经常开展 岗位竞赛活动,从治本人手,提高岗位操作人员的技术素质。
21、 6 3 加强设备和工艺的管理 要加强设备和工艺管理,对各种设备及工艺流程都要有相应的、具体的优化措施。装置 的突发性事故和开停工对能耗有较大的影响,要抓好安全生产,避免因意外事故造成装置临 时停工。对设备做好日常检查和检修工作,及时查找设备隐患,将事故消灭在萌芽状态中; 积极应用新技术,加快装置设备的更新改造;抓好检修质量,确保设备能够长周期安全 运行。 柴油加氢精制装置受外界的影响较大,经常有临时停工或改循环的现象发生。应针对装 置开停工次数较多的特点,制定相应的措施,降低开停工的次数。在开停工时一定要做好各 方面的协调工作,防止因某项工作不到位而延长了整个装置开停工的时间。 在日常工作中
22、,要时刻注意节能的问题。应根据产品质量和生产负荷及时调整操作参 数,使各参数保持在最优化的状态。为此,车间应根据不同情况采取一系列的措施,使操作 人员能根据不同的情况采取不同的生产方案。 6 4 加强仪表和计量的管理 仪表的计量管理是一项非常重要的工作。目前计量工作已经渗透到生产、经营的各个环 节,没有健全的能量计量,就难以对能耗进行正确的统计和核算,更难以推动能量平衡、定 额管理、经济核算等一系列工作的深入展开。必须完善计量手段,建立健全计量仪表维护检 修制度,强化节能监测。通过加强计量工作,做好生产现场的能量核算和用能分析,为节能 提供基本条件。 对装置内暂时无法进行计量的单耗,要尽快寻找
23、解决办法。如装置的电耗过高,与某些 同类装置有较大的差距。因为装置内无法对用电量进行计量,装置的用电量存在着较大的分 摊成分。估计电耗过高的原因与统计误差有关,这样就无形中增加了装置的能耗。 要充分利用D C S 的先进功能。可利用D C S 的网络功能,对上下游装置的物料流量进行 数据共享,这样可进一步增加计量工作的可靠性与透明度;又如可对能量统计进行在线统 计,便于管理人员和操作人员及时了解具体情况,便于查找不足之处以便加以改进。 7 结束语 随着市场竞争的加剧,为降低炼油的成本,提高经济效益,进一步降低能耗是降低成本 的有效措施。柴油加氢精制装置的能量损失主要表现在加热炉效率低、换热设备传热性能下 降、高能级蒸汽的使用不当等几个方面。可以从以下几个方面来进行节能:优化工艺条件, 选用性能更好的催化剂,提高设备的运行效率;强化换热,降低加热炉的负荷,提高加热炉 效率:加强蒸汽的使用与管理;在较大的范围内统筹兼顾优化换热流程。 参考文献 1 炼油生产装置基础数据汇编1 9 帅:3 1 8 3 2 0 5 9 2
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