催化裂化装置用能分析.pdf

石油与 天炼气化 工 l 9 9 8 化裂化装置用能分析 孙 椽 宠 _ 王 维 刚 弋 e 6 孙 椽 光 王 维 刚 弋l= b ( 齐鲁石化， 司胜利炼a , - ) 摘要采用三环节模型度现场实洲数据 对胜利炼油厂催化裂化装王， 进行 了能量平衡和炳平 衡计算， 并对谊装王的能耗情况进行了分析。认为催化装王在能量转换环节和能量回收环节有很太潜 力， 指出了降低再生器度能量回收系统能耗、 优化换热网络以度低温热利用是蓑王节能的重点， 并对装 置节能途径进行了 探讨。峙其它同类装置具有借鉴意义。 年 、一 主题词催化裂化蓑置能耗能量平衡斓分析节能 、 )l 惘 i 一 一一 催化裂化装置是炼油厂二次加工手段的核心工 艺， 其操作状况、 用能水平对炼油厂能耗及经济效益 至关重要。与国外同类装置相 比。 我国催化裂化装置 能耗普遍较高 因此 如何降低装置能耗 。 提高用能水 平和市场竞争能力， 是催化装置操作中亟待解决的问 题 。 对催化装置的用能状况做出科学的分析评价是节 能工作的基础。本文采用以生产过程中能量利用和演 化为线索，把炼油过程用能归纳为能量的转换与传 输、 工艺利用和能量回收三个环节i 1 j 。 即能量三环节 模型 ， 分析催化装置能量利用的合理程度 找出节能潜 力。 l 能量平衡与i朋平衡分析 根据实测数据， 采用三环节模型方法【 j 【 ， 对全装 置进行 了能量平衡和炯 平衡计算 ，结果见表 1 。该装 置属蜡油催化裂化， 其净能耗为2 l 9 7 i i t ， 折一次 能耗 2 4 2 5 4 3 m i t ， 在国内已属较好水平 但与国内外 最好 水平相 比， 仍有一定差距 。由表 l可知能量转换 环节 为能质利用 的薄弱环节 ， 能量 回收为能量利 用的 薄弱环节 有关三环节的结果汇总见袁 2 、 表 3和表 4 。 1 1 能量转换环节 由表 l 能量转换效 率为 8 5 2 8 娴 转换 散率为 6 1 3 6 ， 说明转换环节能量 和娴 利用 率较高。从表 2 能量平衡计算结粜看 出， 排 烟损 失的能量 占热损失的 7 4 3 9 因此提高能壤转换效率关键在于回收烟气热 履 ； 但从炯 平衡结果表明 排 烟炯 损失 只占总损 失的 l 2 8 5 丽过程朋j 损失却高达 7 7 8 2 ， 表 明只降低排 烟损失是根不够的 ， 更应注 意减少过程炯损。 从各设备的用能情况看 。 再生器及能量回收系统 能损及炯损据首位， 属能耗最高的设备 过程娴损主 要是焦炭的不可逆燃烧娴损和传热过程娴损 其中包 裹 1 工艺装置能量平衡和烟 平衡分析寰 能 量 媚 项 目 符号 i t 符号 m j t 焦炭 e 2 0 8 8 如 p g 2 嘲 2 7 息 供人汽 e 巧 9 3 2 1 5 d 3 5 0 7 6 能 供 供 人电 硝 9 1 d 9 l 量 人 供 人热 3 6 0 7 5 d l l 9 9 0 合计 耳 3 铆 0 8 2 “ 6 4 8 5 转 转换输 出 e b 8 9 8 6 l e 3 9 0 1 b 换 转换排弃 e w 5 2 8 9 2 d耶 2 3 6 8 8 过 程媚 损 韶i 3 3 非 工艺有效 动力 g u o 3 5 4 1 d【 m 3 5 4 i 有效利用 e u 2 1 2 4 1 3 l 2 7 1 0 6 工 圆收循环 e h 6 1 6 6 3 l 8 4 6 6 艺 工艺总用 e l | 钾4 o e xn l 4 5 5 7 2 利 热力学能( 阚) 耗 e r 5 2 2 0 9 d r 3 9 8 蚰 用 散热 e 【 叮 l 8 2 9 4 d( i d 5 2钙 过程娴损 2 6 9 8 9 能 持 回收 5 7 2 e 舶 7 3 3 9 6 量 回收输出 e e 4 9 1 3 9 e 忱 1 5 2 7 l 回 排弃 e 9 2 7 7 0 2 4 2 1 0 收 过程炯 损 1 5 4 4 9 净能( 炯 ) 耗 e 2 1 9 7 艏 d 2 2 2 1 9 6 汇 折 合一扶能耗 嬲4 3 总 转换 效率 1 i 【 1 8 5 2 8 6 1 3 6 指 使用效率 僵 9 3 3 2 船 7 7 8 2 标 回收率 5 4 4 3 忉 4 5 9 7 总排弃 能和蝴 l 6 3 9 5 7 d j 5 3 1 9 3 总过 控炯损 d x 1 2 5 5 7 1 维普资讯 第 2 7 卷第 4期 催化裂化蓉置用托分析 裹 2 能量转换环节汇总裹 能 量 炯 项 目 1 mi t 总供人 3 鹦7 0 8 2 7 6 4 8 5 转 输出背压汽 0 0 2 1 3 i i 换 烟机 回收功 1 0 1 6 0 1 0 1 印 输 余热锅炉发生蒸 1 5 2 7 3 6 7 8 9 出 余热锯 炉蒸 汽过熟 1 7 2 b 7 5 b 合 计 8 9 8 、 6 i 培 捧 烟 3 9 3 4 4 7 4 3 9 1 3 7 l 2 & 5 余热 锅炉 捧污 5 0 4 0 9 ， 1 4 4 o 1 3 直 再生器散热 2 7 4 0 5 1 8 1 9 4 2 1 犯 接 c o化学怕 8 9 0 i 6 b 8 9 0 o 昭 损 回收系巍散热五其它 8 2 9 3 1 5 6 b 国 9 l 6 5 5 失 无效 动力 i 】 2 1 2 小 计 镭 9 2 1 0 0 0 2 3 6 龄 2 2 1 8 再生器及回 收系巍过程棚 掼 7 8 9 、 3 5 7 3 8 9 其它过程棚损 4 1 9 8 3 9 3 小 计 昭1 、 3 3 7 7 舵 非工艺有效 动力 3 5 4 1 3 5 、 4 1 有效利用 2 l 2 4 1 3 l 2 7 1 0 6 囊 3 能量利用环节 亡总裹 能 量 姗 项 目 mf t 转换环节有效供出 2 l 2 4 1 3 1 2 7 0 6 回收循 环 6 l 6 1 8 4 6 6 工 燕汽 新 4 8 6 8 7 2 艺 爿 【 动能( 动力) 5 o 1 2 4 4 3 o 意 工艺用热 2 4 8 3 1 6 1 3 4 2 国 用 合计 2 7 4 0 7 6 】 掰 7 2 热力学柏( 棚 ) 耗 5 丝 0 9 3 9 8 9 3 过 反应器 1 3 5 0 8 程 分值塔 9 1 4 2 娴 其它设 备 4 3 3 9 损 合计 劫 8 9 散热 1 舵 9 4 9 5 待圊收 2 7 2 7 3 3 9 6 括高温烟气与空气直接混合传热的娴 损及热量传递 过程的炯损 ， 这是 能质利用的薄弱环节。 要想提高能量转换效率 ， 衙 回收烟气的压力能和 显热 烟气的压 力能通过烟气轮机回收利用 ， 而烟气显 热的利用程度主要决定于余热锅炉的排烟温度 本装 置烟气轮机采用分 轴方式直 接发 电送往 电网 回收 功 率比( 烟气透平功 率 主风机 功率) 为 7 3 ， 若能充 分 利用烟气的压 力能 ， 则可使回收功率 比提高到 1 1 4 。 余热锅炉用来 发生 3 6 m p a的 中压 蒸 汽， 排烟温度 较 高( 2 5 6 ) 还可进一步回收其热量， 此外余热锅炉也 只利用了烟气的一 部分 热量 ， 进余锅 的烟气量 只占总 烟气的 6 5 ， 其余 3 5 的烟气则是在烟机 出口温度下 ( 5 2 3 c) 排弃掉 的。因此 应尽 可 能 多 回收烟气 的显 热， 减少直接排弃， 使烟气的排弃温度低于 2 0 0 c( 具 体应视含 s o x烟气的露点而定 目前一 般认 为排烟温 度以 1 8 0 t ： 为宜 ) 。另外烟气管线 散热损失较大， 应注 意加强保温， 尤其是裸露的阀门处 ， 以减少散热损失。 裹4 能量回收环节汇总裹 能 量 棚 项 目 m j t mi t 回收循 环 6 1 6 6 3 1 8 4 6 6 回收输 出 4 9 1 3 9 1 5 2 7 1 散热 6 3 7 7 1 9 3 9 排 物爿 【 1 2 3 5 o 昭 其它 7 0 0 7 4 9 2 弃 冷却 7 8 1 5 1 2 1 6 9 6 合计 蜘 7 0 2 4 2 1 0 过 冷挟设备 1 2 4 1 8 程 其它 3 0 3 1 娴 损 音计 1 5 4 4 9 持回收 3 5 、 7 2 7 3 3 9 6 非工艺宥教动力 4 】 4 】 由电机驱 动的机泵， 有 7 l 的泵效率低于 5 0 ， 最低 的只有 l 3 7 6 ， 因此应针对 不 同情 况分 别进 行 换位调整， 切酎叶片， 选用新壅高教节能泵或改用变频 电机等， 以提高动力转换效率 ， 节省电能。 此外， 尽管转换过程的动力损失较少， 但其价值高 于其它形式的能量， 因此也不可忽视。 1 2 工艺葶 曩 用环节 由表 1可 知 全 装 置 的 工 艺 总 用 能 为 2 7 4 0 7 6 m j t ， 说明能量工艺利用 环节 的用能水 平较高。在全 部工艺总用能和工艺总 用娴 中， 回收循环能和 回收循 环婀 分别占 2 2 5 和 1 2 7 ， 所 占 比例较低。全装置 热力学能耗和娴 耗主要是工艺总 用能和娴 转化到产 品中去的部分 ， 分 别占工艺 总用 能和 工 艺总用娴 的 1 9 0 和 2 7 4 ， 表明工艺总用能的降低仍有潜力 。 从各设备的用能情况看， 反应过程炯损居各设备 之首 属能耗较高的设备， 其次是分馏过程炯 损。因 此应注意减少反应器和分馏塔 的过程娴 损。 1 3 能量 回收环 节 由表 l 看出， 回收环节的能量 回收率为 5 4 4 3 比较 低。有 3 8 、 4 的待 回收 能 量通 过冷 却排弃掉 。 全装置的冷却损失 占净能耗的 3 5 6 ， 是构成装置能 耗的主要部分， 且绝 大多效为 1 2 0 c c的低 温热 ， 因此 减少冷却排 弃损失关键是低温热 的利用 但催化裂化 装置本身对低温热的吸收能力 很低 需借助 于外部寻 找合适 的热 阱加以利用。 维普资讯 石 油 与天衅 气化i 换热网络炯 损较 大 ， 主要原 因是传 热温差较 大， 应通过优化换热系统来减少传热炯损。 2 节能的途径 上述分析可以看 出能量转换环节和回收环节是能 量利用的薄弱环节， 能量 的工 艺利用环节是装置用能 的核心， 决定着回收环节 可供回收能量的数 量和需要 由转换环节供给的能量的数量。因此制定节能措施首 先应从降低工艺总用 能着手 ， 然后 才考 虑能量 回收环 节 和能量转换环节。 2、 l 降低工艺总用能 工艺总用能是衡量装置用能水平的重要指标 降 低工艺总用 能是减少加 工过程 能耗 首先要考 虑的问 题。采用先进的工艺、 新型催化剂和助剂， 是降低工艺 总用能的前题。 在工艺 总用能中， 蒸 汽的热能在工艺过程中几乎 没有被利用 ， 全部排人 大气或被冷凝。应采用高效设 备来降低工艺总用汽 进而降低工艺总用能。提升昔 中耗汽量大， 不仅使蒸汽能耗增加 ， 而且也增加了分馏 塔顶冷却负荷及污水排放量 可采用干气预提升技术， 既节能， 又可降低干气和焦炭产率 提高转化率， 但这 要根据装置的具体情况而定。此外对加热、 伴热用汽 可用适宜的低温热代替蒸汽等。 选择机泵要合适， 对流量变化大的可采用变频电 机， 以提高泵的效率， 降低工艺总用电能。 2 2 提高能量转换效率 ， 减少装置供入能耗 再生器采用完全燃烧技术， 其焦炭能量利用率主 要取决 于烟气回收利用 的情况 。因此对再生器及其能 量 回收系统 应尽量开好 烟机机组 ， 并使余热锅炉尽可 能多的回收烟气显热， 以减少排烟的损失能； 此外 ， 保 证烟机和余热锅炉高效、 长周期满负荷运转， 对节能具 有重要意义。 2 3 提高能量回收率， 减少排弃能及娴损 首先要优化组合冷 热物流 间换 热流程 减 少传热 过程炯损 ， 并充分利用冷源 回收低温端 的热能 ； 其次 要靠强化传热， 采用新型高效换热器， 以减小传热温差 ( 应基本上消除 3 0 以上温差换热器 ) ， 降低传热烟 损 ， 以达到多回收能量 的目的 。同时应加 强高温部位 的保温， 减少散热排弃， 还要重视低温余热的综合利 用。随着节能工作的不断深人， 低温余热的回收利用 将变得越来越重要。催化装置具有大量的低温热， 可 直接作为其它装置和单元的加热介质， 如面热锅炉给 水或在冬季用于生话采暖等 ； 低温热的升级利用 效 率 低， 且投资较高。 需比较后采用。 总之， 催化裂化装 置的能耗一直是炼 油厂节能工 作的重点。近几年来， 虽取得了可喜的成绩。 但仍有很 大潜力 需要加强生产和技术管理及增加必要的节能 措施。对采用烟机和余热锅炉的装置， 首先应提高烟 机的回收率 ， 降低余热锅炉的摊烟温度， 保证烟机和余 热锅炉满负荷， 长周期运行； 其次， 应优化换热网络， 减 小传热温差； 最后应考虑低温余热的回收利用， 以同级 利用为首选， 然后是升级利用。这样可使倦化装置的 能耗进一步降低。 参 考 文 献 l 华责 工艺过程用健分析受缘舍 韫加工出版牡， l 9 8 9 2殊安民 石油化工过程 节蛆方涛 和技术 中国石化 出版牡 j 9 蛄 3 蒜惶武， 曹设昌主编 催化裂化工艺与工程 中国石化出舨牡 1 9 收稿日期： l 9 一 位一甜 螭 辑 ： 扬兰 正在开发中的 c o 2 利用技术 加拿大和美国一些政府及 研究机相正在开发增加加拿大 a 1 b e 咄 地区大型煤层甲烷产量的技术 ， 同时处置掉公用工程排 放 出的 c o 2 。 镬导这项研究工作的是 j b 叭a m0 瞬_曲 c d u n 和 s 田 e a 8 8 o c 悃 hd o其工作原理 是把 c o 2