龍鑾瓊

(廣東眾和工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 511430)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，節(jié)能減排、降本增效已經(jīng)成為企業(yè)、裝置謀求發(fā)展的重要舉措。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，能耗費(fèi)用已經(jīng)成為石油化工企業(yè)生產(chǎn)成本中僅次于原料成本的第二大組成部分。節(jié)能降耗成為企業(yè)降低成本和提高競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。柴油加氫裝置主要供入能有加熱爐的燃料氣、循環(huán)氫壓縮機(jī)蒸汽、機(jī)泵的電耗等。加熱爐的熱效率、機(jī)泵機(jī)械效率和裝置能量回收效率影響裝置能耗。

1 裝置概括

1.1 工藝技術(shù)及流程特點(diǎn)

柴油加氫裝置采用中壓加氫技術(shù)，應(yīng)部分采用爐前混氫、熱高分流程。采用爐前混氫流程可提高換熱器換熱效率，減緩結(jié)焦程度；采用熱高分流程可更好利用能量，降低裝置能耗。分餾部分采用雙塔汽提分餾流程，脫硫化氫汽提塔采用水蒸汽汽提，產(chǎn)品分餾塔采用塔底重沸爐供熱。裝置工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 原料和產(chǎn)品性質(zhì)

柴油加氫裝置原料為催化柴油、直餾柴油和焦化柴油，目的產(chǎn)品清潔柴油要求硫的質(zhì)量含量小于10 ppm，氮的質(zhì)量含量小于1 ppm，多環(huán)芳烴質(zhì)量行量5%。

2 裝置能量平衡分析

2.1 能量平衡

裝置能量平衡如表1所示。

表1 裝置能量平衡表

裝置轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)能量平衡如表2所示。

表2 裝置轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)能量平衡

裝置回收利用環(huán)節(jié)能量平衡如表3所示。

表3 裝置回收利用環(huán)節(jié)能量平衡表

通過能量平衡分析得知，裝置工藝總用能為1943.1 MJ/t，裝置凈能耗為694.5 MJ/t。裝置能量轉(zhuǎn)換效率96.62%，能量回收率為55.63%。

2.2 用能分析

2.2.1 裝置能量利用環(huán)節(jié)分析

柴油加氫裝置的能量利用環(huán)節(jié)主要有反應(yīng)器加熱用能和汽提塔及分餾塔的分餾加熱用能，物流輸送機(jī)泵用能，新氫和循環(huán)氫氣增壓用能。

工藝總用能為1943.1 MJ/t，外輸入有效能302.1 MJ/t，原料帶人210 MJ/t，反應(yīng)放熱442.3 MJ/t，循環(huán)回收能988.8 MJ/t。

要降低裝置的工藝用能，需要從優(yōu)化裝置的工藝方案和工藝操作參數(shù)做起。本裝置工藝方案采用中壓加氫改質(zhì)催化劑和成熟的柴油加氫工程技術(shù)，反應(yīng)部分采用爐前混氫、熱高分流程，在熱高壓分離器和熱低壓分離器之間設(shè)液力透平，用于驅(qū)動(dòng)加氫進(jìn)料泵。采用爐前混氫流程可提高換熱器換熱效率，減緩結(jié)焦程度；采用熱高分流程可更好利用能量，在熱高壓分離器和熱低壓分離器之間設(shè)液力透平，用于驅(qū)動(dòng)加氫進(jìn)料泵，充分回收能量，降低裝置能耗。分餾部分采用雙塔汽提分餾流程，脫硫化氫汽提塔采用水蒸汽汽提，產(chǎn)品分餾塔采用塔底重沸爐供熱。溫度相對(duì)較低的汽提塔采用水蒸汽汽提，溫度較高的產(chǎn)品分餾塔采用塔底重沸爐供熱，充分考慮了不同溫位的熱阱與熱源的匹配，有利于能量品質(zhì)的利用。

對(duì)脫硫化氫汽提塔的操作溫度、壓力的分析，脫硫化氫汽提塔操作參數(shù)在合適范圍內(nèi)。對(duì)產(chǎn)品分餾塔的操作溫度、壓力的分析，產(chǎn)品分餾塔進(jìn)料溫度較高，是過熱狀態(tài)進(jìn)料。過熱狀態(tài)下進(jìn)料，產(chǎn)品分餾進(jìn)料預(yù)熱帶入的熱量不能完全轉(zhuǎn)移至塔釜，以降低塔底重沸爐負(fù)荷?？煽紤]適當(dāng)降低分餾塔進(jìn)料溫度，使精制柴油多產(chǎn)1.0 MPa蒸汽，增加裝置蒸汽輸出量，降低裝置能耗。

循環(huán)氫壓縮機(jī)返回量21000 Nm3/h，返回量較大，不利于裝置節(jié)能。

新氫壓縮機(jī)沒有無極調(diào)量系統(tǒng)，新氫壓縮機(jī)有約10%的返回量，造成裝置電耗增加。

2.2.2 能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)分析

柴油加氫裝置能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要有加熱爐、新氫壓縮機(jī)、循環(huán)氫壓縮機(jī)、泵等。

裝置能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)總供入能735.5 MJ/t，輸出有效利用能302.1 MJ/t，轉(zhuǎn)換輸出能408.6 MJ/t，直接損失能24.9 MJ/t，能量轉(zhuǎn)換效率為96.62%。

加熱爐熱效率，電機(jī)效率決定能量轉(zhuǎn)換效率。設(shè)計(jì)高效的加熱爐和選用高效電機(jī)是提高裝置轉(zhuǎn)換效率的有效途徑。

對(duì)加熱爐操作參數(shù)進(jìn)行分析，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐煙氣氧含量5.2%，產(chǎn)品分餾塔底重沸爐煙氣氧含量5.4%，對(duì)于燃料氣加熱爐，煙氣氧含量一般可控制至2%左右，反應(yīng)進(jìn)料加熱爐和產(chǎn)品分餾塔底重沸爐煙氣氧含量偏高，有優(yōu)化的潛力；加熱爐排煙溫度124 ℃，根據(jù)燃料分析數(shù)據(jù)，燃料中硫含量在20～30 ppm，計(jì)算出裝置安全排煙溫度在123 ℃左右，裝置排煙溫度合理。

2.2.3 能量回收環(huán)節(jié)分析

能量回收環(huán)節(jié)包括物流熱量回收、產(chǎn)品輸出、乏汽回收等。裝置待回收能1940.6 MJ/t，回收循環(huán)能988.8 MJ/t，回收輸出能90.8 MJ/t，產(chǎn)品帶出192.7 MJ/t，排棄能668.4 MJ/t，能量回收率為55.63%。

提高能量回收率的主要途徑是優(yōu)化裝置換熱網(wǎng)絡(luò)，提高熱量回收，減少冷卻和排棄。

裝置能量回收情況如下：

(1)反應(yīng)產(chǎn)物依次經(jīng)原料、分餾塔進(jìn)料、原料換熱至197 ℃，然后進(jìn)入熱高分罐進(jìn)行氣液分離，反應(yīng)產(chǎn)物熱量回收較為充分；

(2)熱高分氣與混合氫氣換熱至145 ℃后進(jìn)空冷器冷卻，熱高分氣換熱后溫度較高，熱量回收不充分；

(3)汽提塔頂氣溫度188 ℃，經(jīng)空冷器冷卻至40 ℃，冷卻負(fù)荷約2900 kW。該塔頂氣溫度高，熱量較大，沒有得到回收利用，存在能量浪費(fèi)；

(4)分餾塔塔頂溫度138 ℃，直接經(jīng)過空冷冷卻至40 ℃，熱量未回收，存在能量浪費(fèi)；

(5)精制柴油從產(chǎn)品分餾塔抽出，依次經(jīng)精制柴油/產(chǎn)品分餾塔進(jìn)料換熱器、精制柴油蒸汽發(fā)生器、精制柴油/冷低分油換熱器、精制柴油/原料油換熱器換熱到166 ℃，再由空冷器冷卻后出裝置。精制柴油進(jìn)空冷器溫度較高，熱量沒有得到充分回收利用，存在能量浪費(fèi)。

綜上，裝置工藝物流余熱回收利用不充分，有經(jīng)一步優(yōu)化的潛力。

3 能耗分析

3.1 設(shè)計(jì)能耗與實(shí)際能耗對(duì)比

裝置實(shí)際能耗與設(shè)計(jì)能耗對(duì)比如表4所示。

表4 裝置設(shè)計(jì)能耗與實(shí)際能耗對(duì)比

通過對(duì)比，裝置實(shí)際能耗稍低于設(shè)計(jì)能耗。在個(gè)單項(xiàng)能耗對(duì)比中，電耗比設(shè)計(jì)值低82.9 MJ/t，蒸汽消耗比設(shè)計(jì)值低18 MJ/t，燃料氣消耗比設(shè)計(jì)值低54 MJ/t。熱輸入較設(shè)計(jì)值減少30.6 MJ/t。

3.2 裝置設(shè)計(jì)能耗和實(shí)際能耗對(duì)比分析

3.2.1 蒸汽消耗對(duì)比分析

蒸汽的主要用戶循環(huán)氫壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，與設(shè)計(jì)相對(duì)比，由于實(shí)際生產(chǎn)循環(huán)氫的量比設(shè)計(jì)值底，故3.5 MPa蒸汽用量比設(shè)計(jì)值小，故3.5 MPa蒸汽消耗比設(shè)計(jì)值小。

3.2.2 燃料消耗對(duì)比分析

燃料消耗主要是反應(yīng)加熱爐和分餾塔重沸爐。反應(yīng)爐的負(fù)荷與反應(yīng)溫度和反應(yīng)溫升有關(guān)，反應(yīng)溫度越高，加熱爐負(fù)荷越大，反應(yīng)溫升越大，反應(yīng)加熱爐負(fù)荷越低。由于實(shí)際生產(chǎn)反應(yīng)溫升和設(shè)計(jì)值差不多，反應(yīng)溫度比設(shè)計(jì)值低，使得反應(yīng)加熱爐熱負(fù)荷也比設(shè)計(jì)值低，燃料能耗比設(shè)計(jì)值小。

產(chǎn)品分餾塔操作壓力比設(shè)計(jì)值低，有利于降低分餾塔重沸爐的負(fù)荷，從而降低燃料消耗。

3.2.3 電耗對(duì)比分析

裝置耗電設(shè)備主要由新氫壓縮機(jī)、泵電機(jī)和空冷風(fēng)機(jī)。由于裝置部分機(jī)泵采用了變頻調(diào)節(jié)，使得裝置電耗比設(shè)計(jì)值明顯降低。

4 裝置節(jié)能潛力分析

裝置主要能耗為燃料、電和蒸汽消耗。要較低裝置能耗，重點(diǎn)考慮降低裝置燃料、電和蒸汽的消耗。

4.1 燃料消耗節(jié)能潛力

(1)通過提高加熱爐效率，降低燃料用量。

經(jīng)過核算，反應(yīng)爐的熱效率為88%，重沸爐的熱效率為92%，反應(yīng)爐的熱效率偏低。主要原因是反應(yīng)爐空氣過剩系數(shù)偏高。反應(yīng)進(jìn)料加熱爐煙氣氧含量5.2%，產(chǎn)品分餾塔底重沸爐煙氣氧含量5.4%，對(duì)于燃料氣加熱爐，煙氣氧含量一般可控制至2%左右?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)爐子的通風(fēng)量，優(yōu)化空氣過剩系數(shù)，提高加熱爐效率，減少燃料用量。

(2)通過優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)，提高能量回收率，降低加熱爐負(fù)荷，減少燃料用量。

根據(jù)能量平衡分析可知，裝置能量回收率為55.63%，其中回收循環(huán)能為50.95%，回收輸出能為4.68%?；厥昭h(huán)能比率與燃料消耗息息相關(guān)，回收循環(huán)能比率越高，則燃料消耗越低，反之越高。裝置回收循環(huán)能占比50.95%，還有提高的潛力。

裝置具有熱量回收的物流有反應(yīng)產(chǎn)物、熱高分氣、精制柴油、汽提塔頂油氣、分餾塔頂油氣。目前熱高分氣進(jìn)空冷器溫度為145 ℃左右，精制柴油進(jìn)空冷氣的溫度為166 ℃左右、汽提塔頂油氣進(jìn)空冷器溫度188 ℃左右，分餾塔頂油氣進(jìn)空冷溫度138 ℃左右。熱高分氣、精制柴油和汽提塔頂油氣和分餾塔頂油氣的熱量還能進(jìn)一步回收。

4.2 電耗節(jié)能潛力

新氫壓縮機(jī)節(jié)電。

新氫壓縮機(jī)額定負(fù)荷55000 Nm3/h，額定功率為4.1 MW。實(shí)際新氫耗量為36000～40000 Nm3/h，新氫壓縮機(jī)存在較大的負(fù)荷余量。

余隙自動(dòng)無極量調(diào)節(jié)裝置是在固定余隙調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，將固定余隙改變成余隙容積連續(xù)可調(diào)的調(diào)節(jié)方法，取消控制輔助余隙缸與氣缸之間連接的余隙閥，可調(diào)余隙缸與外側(cè)氣缸直接連通，進(jìn)出余隙缸的氣體幾乎沒有阻力損失。對(duì)于雙作用氣缸來說，理論上采用比較普通的電液控制措施就可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量50%～100%范圍無極量調(diào)節(jié)。新氫壓縮其考慮設(shè)置余隙自動(dòng)無極量調(diào)節(jié)裝置，可有效降低裝置電耗。

4.3 蒸汽消耗節(jié)能潛力

裝置主要的蒸汽用戶是循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)用中壓蒸汽，裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)有10%左右的返回量，可以通過操作調(diào)整，降低甚至關(guān)停循環(huán)氫壓縮機(jī)的返回量，從而降低中壓蒸汽的消耗量。

5 結(jié) 論

柴油加氫裝置能量輸入中主要是蒸汽(51.34%)、燃料氣(15.87%)、電(10.59%)。要降低裝置能耗，主要從降低裝置的蒸汽消耗、燃料氣消耗和電耗方面考慮。提高裝置熱量回收率，可有效降低裝置的燃料消耗。新氫壓縮機(jī)作為裝置電耗大戶，選用設(shè)置余隙自動(dòng)無極量調(diào)節(jié)裝置的新氫壓縮機(jī)，能有效降低裝置電耗。循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)是蒸汽消耗大戶，生產(chǎn)過程中對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)精心操作，可有效降低裝置蒸汽消耗。