加氫裂化裝置用能分析及節(jié)能解析

李力豐(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315830)

0 引言

現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，受資源環(huán)境的約束，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展面臨較多挑戰(zhàn)，在此背景下，石化企業(yè)面臨嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力。為了推動(dòng)石化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，針對(duì)企業(yè)內(nèi)部的加氫裂化裝置進(jìn)行全面節(jié)能改造特別重要，基于此，本文重點(diǎn)探討加氫裂化裝置用能特點(diǎn)與節(jié)能措施。

1 加氫裂化裝置用能特點(diǎn)分析

從實(shí)踐角度來(lái)分析，此種類型的裝置，其生產(chǎn)條件和運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，在具體運(yùn)行期間，需要消耗較多能量，生產(chǎn)過(guò)程包含氫氣高壓的壓縮、油品的分餾與催化加氫反應(yīng)。裝置用能特點(diǎn)主要如下：

第一，裝置在具體運(yùn)行環(huán)節(jié)，會(huì)產(chǎn)生大量的低溫?zé)幔m然在加氫反應(yīng)期間會(huì)產(chǎn)生較多的高溫?zé)?，但是，因?yàn)檠b置運(yùn)行所產(chǎn)生熱量主要為低溫?zé)?，低溫?zé)嵩凑紦?jù)比例大。

第二，在催化加氫反應(yīng)環(huán)節(jié)，能夠產(chǎn)生較多的可以回收利用的能量。催化加氫反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱過(guò)程，要確保反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行，并向外部環(huán)境散發(fā)一定反應(yīng)熱，如果可以回收此部分的熱量，能夠顯著減少能源損耗。

第三，裝置在實(shí)際運(yùn)行期間，其用電大部分為升壓過(guò)程，裝置自身的生產(chǎn)條件和作業(yè)環(huán)境位于高壓環(huán)境下，進(jìn)料環(huán)節(jié)，也要使用泵機(jī)，進(jìn)行有效的升壓，泵機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，主要依賴電能。所以，升壓耗電是重要的耗電體。當(dāng)前時(shí)期，裝置內(nèi)部高壓進(jìn)料泵設(shè)備可以利用高分液體，節(jié)省大量電能[1]。

第四，裝置自身的輸入總量較大，因?yàn)檠b置運(yùn)行條件與環(huán)境較為特殊，具有高壓、高溫的特點(diǎn)，所以，工作人員要對(duì)加氫裂化所需要的氫氣原料，實(shí)施升壓處理，一般而言，升壓電機(jī)功率均比較高，故需消耗較多能量。當(dāng)前時(shí)期，循氫壓縮機(jī)主要利用中壓蒸汽，進(jìn)行有效的驅(qū)動(dòng)，所消耗能量也特別多。

2 加氫裂化裝置節(jié)能措施

2.1 改善操作條件

加氫裂化需要在高溫、高壓狀態(tài)下進(jìn)行，在指定的范圍之內(nèi)，通過(guò)有效提升溫度，可以顯著提升加氫裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率，但是，如果溫度特別高，超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)裝置要求比較高，需要較多投資。例如，反應(yīng)爐出口溫度過(guò)高，熱爐負(fù)荷增加，瓦斯消耗量增加。為了減少能源的消耗量，在確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)之上，工作人員可有效降低加氫裂化的反應(yīng)溫度。

此外，反應(yīng)壓力作為加氫裂化操作當(dāng)中的核心參數(shù)，如果反應(yīng)壓力較大，則表明加氫裂化化學(xué)反應(yīng)有利，但是，若壓力過(guò)高，進(jìn)料泵和循環(huán)壓縮機(jī)所消耗的能量也越高。在加氫環(huán)節(jié)，總壓力不是特別重要，氫分壓起到主導(dǎo)作用[2]。結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)得知，若新氫的純度過(guò)低，會(huì)降低裝置運(yùn)行能耗，針對(duì)高壓加氫裂化裝置的運(yùn)行狀態(tài)可以得知，新氫純度下降1%，其反應(yīng)能耗可以增加大約7%左右，因此，工作人員要科學(xué)控制新氫的純度。

在反應(yīng)加熱爐內(nèi)部，瓦斯和循環(huán)氫壓縮機(jī)需要消耗較多資源，故工作人員可適當(dāng)降低混氫量，不斷降低反應(yīng)加熱爐的運(yùn)行負(fù)荷，在具體操作環(huán)節(jié)，要合理控制加熱爐的運(yùn)行溫度，并降低循環(huán)氫壓縮機(jī)的運(yùn)行速度，顯著減少混氫量。通過(guò)嚴(yán)格控制混氫量，不僅可以降低反應(yīng)加熱爐瓦斯消耗量，而且能夠提高燃料利用效率。工作人員在日常工作之中，在確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低循環(huán)氫壓縮機(jī)的運(yùn)行速度，顯著降低裝置運(yùn)行能耗。

加氫裂化裝置主要是利用反應(yīng)生成油和原料混氫油換熱，不斷提升反應(yīng)進(jìn)料的溫度，工作人員需要有效調(diào)節(jié)裝置自身的反應(yīng)溫度，在科學(xué)范圍之內(nèi)，適當(dāng)提升反應(yīng)的出口溫度，并完全利用產(chǎn)物自身溫度，安裝高壓換熱器，為原料混氫油進(jìn)行加熱，不斷提升反應(yīng)加熱爐的入口溫度，顯著減少加熱爐負(fù)荷，節(jié)約燃?xì)猓嬲_(dá)到節(jié)能降耗目標(biāo)。

2.2 冷空氣節(jié)能

冷空氣運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，翅片管表面容易出現(xiàn)大量積塵，對(duì)最終的空冷散熱效果帶來(lái)較大影響，因此，工作人員要在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，全面清洗池片管，不斷提升空冷冷卻效率。在指定的條件之下，裝置對(duì)空冷溫度要求比較高，若將周?chē)目绽溲b置關(guān)閉，溫度過(guò)高，若不關(guān)閉，溫度也會(huì)突然下降，故工作人員通常不關(guān)閉，可以適當(dāng)調(diào)整頂部百葉窗，確保制空冷溫度得到有效控制，避免出現(xiàn)冷空負(fù)荷浪費(fèi)現(xiàn)象[3]。

另外，若空冷采取變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，則可以適當(dāng)增加空冷啟動(dòng)量，溫度降低之后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速急劇下降，采取此種操作方法，不僅能夠保證空冷溫度更加穩(wěn)定，而且可以節(jié)省較多電能，提高節(jié)能降耗效果。

2.3 合理利用反應(yīng)熱

催化加氫反應(yīng)屬于強(qiáng)放熱過(guò)程，如果可以將此部分熱量快速回收，并全面利用，能夠在一定程度上減少能源消耗量。對(duì)于工作人員來(lái)講，需要對(duì)既有的換熱流程，進(jìn)行全面的優(yōu)化，將不同部位熱量快速回收，并進(jìn)行高效利用。比如，通過(guò)采取低溫?zé)嵩?，適用于產(chǎn)品分餾預(yù)加熱，可以減少冷熱公用工程使用次數(shù)，明顯減少能量損耗。

2.4 科學(xué)使用催化劑

結(jié)合加氫裂化裝置運(yùn)行特點(diǎn)可以得知，催化劑占據(jù)重要作用，對(duì)加氫裂化反應(yīng)影響較大，科學(xué)使用性能較好的催化劑，可以顯著降低反應(yīng)壓力，進(jìn)而降低反應(yīng)溫度。需要特別注意的是，工作人員不宜追究性能較為單一的高性能催化劑，要結(jié)合催化劑特性，以及工藝條件情況，進(jìn)行有效匹配。催化劑的性能和工藝條件保持密切配合，如果催化劑的性能出現(xiàn)較大變化，壓力和溫度等一系列條件，也會(huì)發(fā)生較大改變。

除此之外，在使用催化劑的過(guò)程當(dāng)中，工作人員需要合理控制使用量，如果催化劑的使用量過(guò)高，會(huì)降低加氫裂化裝置的運(yùn)行效率，影響產(chǎn)品的安全性，如果催化劑使用量過(guò)低，則會(huì)影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。因此，工作人員要根據(jù)催化劑類型，有針對(duì)性地使用催化劑，并結(jié)合加氫裂化裝置的實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，在確保加氫裂化裝置穩(wěn)定、安全運(yùn)行的前提下，延長(zhǎng)裝置的使用壽命[4]。

2.5 確保裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行

要想更好的降低加氫裂化裝置運(yùn)行損耗，確保該裝置安全運(yùn)行，可從以下幾方面著手：

第一，嚴(yán)格控制氫油比，確保氫油比處于規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。結(jié)合具體的反應(yīng)特點(diǎn)可以得知，雖然提升氫油比，能夠提升反應(yīng)轉(zhuǎn)化效率，但是，在一定程度上會(huì)產(chǎn)生較多能源的消耗。故工作人員在具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要科學(xué)控制氫油比。

第二，根據(jù)加氫裂化裝置的具體運(yùn)行狀態(tài)，在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，密切關(guān)注系統(tǒng)的壓力降情況，避免出現(xiàn)壓力降過(guò)大現(xiàn)象，減少系統(tǒng)動(dòng)能的損耗。

第三，嚴(yán)格控制反應(yīng)器溫度。通過(guò)在進(jìn)料之前，確保反應(yīng)器出口和物料有效換熱，物料在進(jìn)入到反應(yīng)器之前，需要進(jìn)行充分的預(yù)加熱，有效降低反應(yīng)器的內(nèi)部溫度，確保加氫裂化裝置能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2.6 運(yùn)用先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備

因?yàn)榧託淞鸦b置結(jié)構(gòu)組成較為復(fù)雜，重點(diǎn)包含換熱裝置、壓縮裝置、泵及和電機(jī)等等，為了有效減少裝置運(yùn)行環(huán)節(jié)的能源損耗，需要使用運(yùn)行效率比較高的節(jié)能裝置，比如，先進(jìn)的節(jié)能電機(jī)與節(jié)能泵機(jī)等等，同時(shí)，工作人員要對(duì)既有的管線布局，進(jìn)行合理的優(yōu)化。工作人員在日常工作之中，需要科學(xué)確定出泵機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，運(yùn)用壓力變化，安裝U型管，實(shí)現(xiàn)熱量的快速回收與利用，提高節(jié)能效果[5]。

2.7 加熱爐

加氫裂化裝置運(yùn)行期間，需要消耗較多的燃料，燃料氣占比高，可以占據(jù)裝置能耗的33%左右。若加熱爐自身的排煙溫度過(guò)高，不但會(huì)浪費(fèi)大量能源，而且會(huì)影響設(shè)備裝置的安全運(yùn)行，給周?chē)鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響。加熱爐燃燒需要較多氧氣，這些氧氣主要由空氣來(lái)提供，若空氣的溫度比較低，會(huì)顯著提升瓦斯消耗量。因此，工作人員可安裝余熱回收裝置，確保加熱爐內(nèi)部排煙溫度得到高效利用，針對(duì)加熱爐內(nèi)部的冷空氣有效加入，在提升能量利用效率的同時(shí)，不斷減少能源消耗量，顯著降低加熱爐自身的運(yùn)行負(fù)荷。結(jié)合大量的數(shù)據(jù)得知，裝置排煙溫度降低17℃到20℃左右，加熱爐運(yùn)行效率能夠提升1%左右[6]。

要想提升加熱爐燃燒水平，對(duì)爐膛內(nèi)部的空氣量要求較為嚴(yán)格，在確保正常燃燒的條件之下，適當(dāng)降低爐內(nèi)的復(fù)壓，將復(fù)壓降低到最小數(shù)值，避免大量空氣進(jìn)入到爐內(nèi)，不斷減少燃料使用量，提高煙氣排放效率。但是，如果過(guò)剩下空氣量過(guò)小，會(huì)出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象，延期內(nèi)部的灰塵快速增加，流室內(nèi)部空氣量過(guò)小，使得延期內(nèi)部的灰塵快速增加，出現(xiàn)較多積塵。

對(duì)于工作人員來(lái)講，要嚴(yán)格控制空氣爐內(nèi)部的空氣系數(shù)，在具體操作環(huán)節(jié)，要進(jìn)行有效的摸索，找到影響加熱爐正常運(yùn)行的核心因素，并進(jìn)行有效的調(diào)整。通常而言，加熱爐內(nèi)部的排煙溫度在200℃到500℃范圍之內(nèi)，其內(nèi)部的空氣系數(shù)下降0.1，加熱爐的燃燒效率能夠提升0.8%到0.9%左右。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)加氫裂化裝置節(jié)能措施進(jìn)行合理性的分析，例如改善操作條件、冷空氣節(jié)能、合理利用反應(yīng)熱、科學(xué)使用催化劑、確保裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行、運(yùn)用先進(jìn)的節(jié)能設(shè)備等等，可以顯著降低加氫裂化裝置的運(yùn)行能耗。工作人員在實(shí)際工作當(dāng)中，要密切觀察加氫裂化裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)裝置運(yùn)行環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)故障的位置，定期進(jìn)行維修，不斷提升加氫裂化裝置的整體運(yùn)行效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。