催化裝置用能簡(jiǎn)明分析

秦振華 劉富榮 滕布東

摘要：本文通過(guò)對(duì)催化裝置用能環(huán)節(jié)及特點(diǎn)、催化裝置過(guò)程用能剖析、格煉催化裝置能耗評(píng)價(jià)幾個(gè)方面對(duì)催化裝置用能進(jìn)行分析。并針對(duì)裝置實(shí)際情況，提出了催化裝置幾種節(jié)能途徑，對(duì)裝置的節(jié)能降耗工作具有一定意義。

關(guān)鍵詞：催化裝置；用能；能耗

催化裝置的用能過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，輸入能量中一部分以反應(yīng)熱的形式進(jìn)入產(chǎn)品，大部分用能則轉(zhuǎn)化為高于環(huán)境溫度的低溫位熱能，因其回收利用不當(dāng)而排入環(huán)境.這兩部分構(gòu)成了催化裝置的能耗。影響催化裝置能耗的因素很多，是管理、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)諸多因素的綜合體現(xiàn)。

一、催化裝置的用能環(huán)節(jié)及特點(diǎn)：

1 催化裝置用能環(huán)節(jié)

催化裝置的用能可以歸納為能量的轉(zhuǎn)換和傳輸、工藝?yán)煤湍芰炕厥杖齻€(gè)環(huán)節(jié)。三者之間相互聯(lián)系、互相影響。

（1）能量的轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)：供入體系的總能量包括燃料化學(xué)能及部分電能等，通過(guò)加熱爐、鍋爐、再生器、煙氣輪機(jī)、抽空器、各類機(jī)泵等設(shè)備轉(zhuǎn)換，一部分有效地供給工藝過(guò)程所需要的能量，其形式可以是熱能、機(jī)械能或其他，還可以輸出部分能量，同時(shí)也有一部分能量損失。

（2）能量的工藝?yán)铆h(huán)節(jié)：進(jìn)入此環(huán)節(jié)的能量通過(guò)反應(yīng)、分餾、吸收等相應(yīng)的裝置，完成物質(zhì)、能量的轉(zhuǎn)變和傳遞。進(jìn)入此環(huán)節(jié)的能量除了轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)供入的之外，還有回收環(huán)節(jié)回收的能量。在這一環(huán)節(jié)中熱力學(xué)能耗是不能回收的，而剩余部分則有可能回收。

2、催化裝置的用能特點(diǎn)：

催化裝置由于其工藝過(guò)程的特殊性，決定起用能有其如下特點(diǎn)：

（1）總輸入能多：由于催化裂化反應(yīng)一般在470～535℃的氣相下進(jìn)行，原料升溫、汽化和反應(yīng)需供入大量能量。燒焦用空氣和氣體加壓也要供入大量熱量，使過(guò)程需要的總輸入能有時(shí)高達(dá)4.2GJ/t以上。而其供入能主要以焦炭有效燃燒熱的形式供入。

（2）低溫?zé)岫啵焊吣芗?jí)的能量輸入裝置后，通過(guò)催化裂化裝置的一系列化學(xué)和物理的過(guò)程，大量地轉(zhuǎn)化為≤120℃的低溫?zé)?。?duì)一般裝置，低溫?zé)嵩?40～1260MJ/t范圍內(nèi)，這部分能量回收利用率低，是構(gòu)成能耗的主要原因之一；

二、催化裝置過(guò)程用能剖析：

1、反應(yīng)-再生系統(tǒng)過(guò)程用能剖析：

催化裝置反再系統(tǒng)的熱平衡對(duì)維護(hù)裝置經(jīng)濟(jì)有效地運(yùn)行時(shí)非常重要的，幾乎所有與流化催化裂化裝置操作有關(guān)的工藝變量都會(huì)影響其熱平衡。

2、影響反應(yīng)再生部分的能耗因素有：

（1）CO燃燒程度 即排入大氣中再生煙氣中CO含量，這部分能耗時(shí)非?？捎^的，CO完全燃燒與常規(guī)再生相比，能耗可相差70MJ/%焦；我廠催化裝置由于采用前置燒焦罐+湍流床高效再生方式，煙氣中CO含量在0.4%左右，基本燃燒完全。

（2）煙氣壓力能利用 煙氣壓力能利用決定于煙氣參數(shù)和機(jī)組效率。選擇合理時(shí)，主風(fēng)機(jī)動(dòng)力回收率可大于100%。

（3）煙氣顯熱利用：主要取決于余熱鍋爐排煙溫度。我廠催化裝置余熱鍋爐正常排煙溫度為190～210℃，既防止了煙氣的露點(diǎn)腐蝕，又保證了煙氣顯熱的充分回收。

3 分餾過(guò)程用能分析：

分餾部分的能耗主要由冷凝冷卻所需要的熱量構(gòu)成，還包括散熱、蒸汽、冷卻介質(zhì)、機(jī)泵的動(dòng)力消耗。中段以上的熱量主要是產(chǎn)品收率的函數(shù)，而且溫度較低，塔頂油氣一般小于130℃，其熱量在335～460MJ/t之間；頂循環(huán)回流溫度大致在60～120℃之間，其熱量約180～200MJ/t；輕柴油抽出溫度200～230℃，其熱量決定于輕柴油收率和再吸收油量。這三部分熱量中，一部分的回收經(jīng)濟(jì)性較差，這是構(gòu)成分餾部分能耗的主要部分，一般分餾部分能耗為520～740MJ/t。中段及循環(huán)油漿的熱量全部可以回收，粗略認(rèn)為其不構(gòu)成分餾部分能耗，中段回流取熱量與產(chǎn)品收率關(guān)系較小，基本上是回?zé)挶鹊暮瘮?shù)，其數(shù)量大致為322+222eMJ/t（e為回?zé)挶龋?。油漿循環(huán)取熱量主要受反應(yīng)溫度、回?zé)挶群陀蜐{產(chǎn)率的影響。

4 工藝用汽能耗：

工藝用汽主要有進(jìn)料霧化、汽提蒸汽、防焦蒸汽、預(yù)提升蒸汽、輕柴油汽提蒸汽、分餾塔攪拌蒸汽及各種吹掃汽。對(duì)于我廠重油催化裂化裝置總用汽量為55噸/小時(shí)，140公斤/噸。蒸汽消耗量雖然已經(jīng)達(dá)到先進(jìn)水平，但通過(guò)優(yōu)化手段還是可以降低部分能耗。

5 泵的動(dòng)力消耗：

泵的動(dòng)力消耗在能耗中所占比例不大，一般約80～120MJ/t。但泵消耗的是高能級(jí)的電能，過(guò)大的消耗往往是無(wú)謂的消耗在調(diào)節(jié)閥及閥門的節(jié)流上。對(duì)于流量變化大的機(jī)泵，進(jìn)行變頻調(diào)速有其很大的必要性。

三、催化裝置能耗評(píng)價(jià)

1.以云南石化催化裂化裝置設(shè)計(jì)/實(shí)物能耗為例

云南石化各項(xiàng)能耗指標(biāo)都比較優(yōu)異，單位能耗為設(shè)計(jì)能耗的84.9%，相比于設(shè)計(jì)指標(biāo)節(jié)省了15.1%的能耗。新鮮水能耗高于設(shè)計(jì)指標(biāo)主要有兩方面原因：一是催化熱工崗位各水封罐循環(huán)水改為新鮮水；二是在2018年前半年煙氣脫硫洗滌水由RO水改為新鮮水。用電量高于設(shè)計(jì)指標(biāo)主要是煙機(jī)達(dá)不到設(shè)計(jì)的發(fā)電工況一直處于用電狀態(tài)。

2、云南石化催化裂化裝置能耗分布：

從能量平衡的觀點(diǎn)來(lái)分析，能耗是由化學(xué)反應(yīng)熱、排棄熱、散熱和轉(zhuǎn)換損失構(gòu)成。分析能耗分布可以看出裝置能耗是否合理，節(jié)能潛力有多大。云南催化裝置的能耗分布主要是以下幾個(gè)方面：

（1）冷卻損失：通過(guò)冷卻介質(zhì)排入周圍環(huán)境的熱量就是冷卻損失。它與裝置的轉(zhuǎn)化率有關(guān)，轉(zhuǎn)化率愈高，冷卻損失愈大，減少冷卻損失主要靠低溫?zé)崂?。在低溫?zé)崂梅矫妫b置設(shè)計(jì)的低溫?zé)崴到y(tǒng)沒(méi)有投用，這樣分餾系統(tǒng)頂循低溫?zé)嵩春退斢蜌獾蜏責(zé)嵩礇](méi)有回收，而是經(jīng)過(guò)循環(huán)水換熱后排入大氣。這是催化裝置能耗的主要構(gòu)成項(xiàng)目。

（2）能量轉(zhuǎn)換損失：這是一項(xiàng)包括電、蒸汽、冷卻水、主風(fēng)機(jī)及氣壓機(jī)在用能過(guò)程中，能量轉(zhuǎn)換所造成的損失。

（3）排煙損失：這是余熱鍋爐排煙損失的能量，排煙損失也是能耗主要構(gòu)成項(xiàng)目之一。

四、催化裝置節(jié)能的主要途徑

合理用能和能耗適于工藝過(guò)程密不可分的，是由技術(shù)、管理、投資等體現(xiàn)出來(lái)的科研、設(shè)計(jì)、工程、生產(chǎn)成果的結(jié)晶，是一項(xiàng)綜合指標(biāo)

1、減少總供入能，提高三率

即提高能量轉(zhuǎn)換率、能源利用率、焦炭能量利用率?？偣┤肽馨ㄔ偕鳠?、燃料、蒸汽、電（水、風(fēng)折電計(jì)入）和熱物料，所以要實(shí)現(xiàn)較低的綜合能耗，必須在保證工藝用能的前提下，盡可能多地降低總供入能。對(duì)于催化裝置的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)，主要是減少蒸汽的供入能。在提高能量轉(zhuǎn)換率方面，主要從降低再生煙氣排煙損失、再生氣系統(tǒng)散熱損失、機(jī)泵的有效動(dòng)力損失入手；在提高能源利用率方面，要在保證工藝用能的前提下，盡量減少直接輸出能，主要是不要用大量的蒸汽進(jìn)入四機(jī)組發(fā)電，因?yàn)樗臋C(jī)組發(fā)電的效率遠(yuǎn)低于電廠的發(fā)電效率。在焦炭能量利用方面，一是要使煙氣中的CO充分燃燒，二是提高煙汽輪機(jī)的回收效率。

2、降低物流排棄能，加強(qiáng)低溫?zé)峄厥绽谩?/p>

低溫?zé)岬幕厥绽帽憩F(xiàn)在循環(huán)水、空冷動(dòng)力消耗的降低。循環(huán)水折能占水能耗的95～98%，因此降低循環(huán)水量是降低水耗的關(guān)鍵。

3、減少散熱損失

對(duì)一套催化裝置來(lái)說(shuō)，散熱能耗能占裝置能耗的10%。它主要受保溫層和裝置負(fù)荷率的影響。因此要減少散熱損失，就要從保溫厚度、保溫工程質(zhì)量及裝置的負(fù)荷方面進(jìn)行考慮，提高保溫工程質(zhì)量，提高裝置的負(fù)荷率。

五 結(jié)論

通過(guò)催化裝置用能分析，可以明顯看出能量消耗制約了裝置的創(chuàng)收。故合理利用能耗，降低裝置損失，可獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]《石油煉制工程》 林世雄主編 石油工業(yè)出版社

[2]《石油化工過(guò)程節(jié)能方法和技術(shù)》 陳安民 編著 中國(guó)石化出版社

（作者單位：中石油云南石化有限公司）