重油催化裂化装置节能降耗措施分析与应用

王 瑞，张 杨，彭国峰，王洪永

(中国石油四川石化有限责任公司，四川 彭州 611930)

重油催化裂化装置节能降耗措施分析与应用

王 瑞，张 杨，彭国峰，王洪永

(中国石油四川石化有限责任公司，四川 彭州 611930)

基于中国石油四川石化有限责任公司新建的2.5 Mt/a催化裂化装置节能降耗的考虑，通过设计和运行中对焦炭产率、电耗和蒸汽产量进行节能优化措施，装置一次开车成功运行12个月后，各项指标能耗与设计值相比均有不同程度的降低，其中烧焦单位能耗下降0.080 8 GJ/t；电耗单位能耗下降0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽产出单位负能耗增加0.041 GJ/t，装置综合单位能耗总体下降0.124 GJ/t。按照装置实际加工量2.5 Mt/a计算，加工成本可降低4 750万元/a，节能效果明显，经济效益显著提高。

催化裂化 节能 降耗 分析

随着石油能源需求的日益紧张和新环境保护法对炼油行业的高标准要求，作为炼油系统最大的能耗装置，催化裂化装置的节能降耗问题已经成为提高石化公司经济效益的关键，也对实现绿色低碳生产具有非常重要的作用。

中国石油四川石化有限责任公司(以下简称四川石化)10 Mt/a炼油与0.8 Mt/a乙烯炼化一体化工程中新建的2.5 Mt/a重油催化裂化主体装置，由催化裂化装置、产品精制单元和烟气脱硫单元组成，装置由中国石化洛阳石油化工工程公司设计，中国石油第六建设公司承建，原料来自加工哈萨克斯坦、南疆和北疆混合原油减压渣油的渣油加氢脱硫(RDS)装置，年开工时间8 400 h，操作弹性60%～110%，主要产品包括干气、液化气、汽油和柴油，设计综合能耗2.004 GJ/t。

由资料[1-3]可知，催化裂化装置综合能耗的主要权重因素为烧焦能耗、电耗和蒸汽外送量。其中，催化裂化所产焦炭主要分为催化焦、可汽提焦、污染焦和附加焦，焦炭是催化裂化装置中占比例最大的能耗，因此降低烧焦能耗是节能工作的重点；催化裂化装置电耗在能耗结构中占总能耗的8%～12%，减少电耗不但能降低装置总能耗，还能起到减排二氧化碳的作用；装置外送蒸汽是减少能耗的重要因素，多产蒸汽可有效降低能耗。本文就设计中的节能手段和运行中的节能措施进行探讨，并对运行结果进行分析。

1 设计中的节能措施

1.1 降低烧焦能耗措施

1.1.1 应用低焦炭产率的工艺与设备 采用中国石化石油化工科学研究院的降低催化裂化汽油中烯烃含量的MIP-CGP工艺，提升管反应器设计使用环形管进料，平衡喷嘴流量与喷口处压力；使用CS-Ⅱ型喷嘴，优化喷嘴效果，改善原料油的雾化状态，减少喷嘴处结焦；提升管反应器进行优化设计，减少反应生成油气与催化剂的接触时间，减少油气在沉降器的停留时间；出口设置急冷油喷嘴，防止油气过度裂化，抑制二次反应；使用高效汽提挡板，强化汽提效果，减少催化剂表面的可汽提焦；提高提升管出口快速分离器分离效果，减少油气在催化剂表面附着。

1.1.2 采用低焦炭产率的催化剂 采用低焦炭产率催化剂是降低能耗最直接有效的措施[4]，中国石化齐鲁催化剂厂根据MIP-CGP工艺生产的MIP-CGP-1型催化剂采用新型高活性分子筛作为活性单元，结合分子筛晶粒高分散性和酸性优化调变技术，显著提高了分子筛裂化中心的利用率，增强了重油大分子高效选择性裂化能力，可有效提高轻质油收率，降低干气和焦炭产率。

1.2 降低电耗措施

1.2.1 烟机节电措施 烟气轮机是催化裂化最重要的能量回收装置，其运行好坏对装置电耗具有决定性作用。本装置采用兰州机械厂研制的YL33000A型烟气轮机，具有适用于大焓降(烟机厂家设计文件提供)两相流的新叶型(动、静叶)，通过对转速、轮盘直径、叶片高度、动静叶出气角的合理匹配进行优化设计。兼顾减少叶片磨损，提高烟机效率两方面的要求，使特大功率单级烟机效率不低于80%，双级烟机效率不低于84%，有效实现烟气的能量回收，节约电耗。

1.2.2 机泵和空冷器的节电措施 机泵和空冷器在催化裂化装置内数量较多，通过必要的节能手段和措施，可以降低全装置电耗。对于流量或负荷调节频繁的机泵和空冷器，例如原料油泵、塔顶循环油泵、回炼油泵、油浆泵和部分空冷电机，可以增加变频器，通过调节变频器进而调节机泵流量或空冷负荷，达到节约电耗的目的。

1.3 多产蒸汽措施

1.3.1 余热锅炉优化设计 为了最大限度利用烟气热能多产中压蒸汽，设计省煤器和过热器为积木式模块化结构，传热面采用传热效果较好的翅片管结构，翅片管基管材质采用抗弯曲、抗变形性能优良的20G钢，翅片材质采用抗腐蚀性能强、传热效果优良的ST12钢，增大传热面积并避免省煤器露点腐蚀；设计采用蒸汽吹灰+激波吹灰联合吹灰方案，即烟气温度较低、流速较慢和积灰较严重的省煤器段采用蒸汽吹灰器，利用其清除受热面结渣性强的积灰和熔点低的挂渣都有良好作用的特性；烟气温度较高、流速较快和积灰不严重的过热段采用激波吹灰器，利用其冲击波能量大，既适合松散性积灰又适合黏结性积灰的特性。蒸汽吹灰器采用现场人工操作，激波吹灰器采用PLC控制，定期自动吹灰。

1.3.2 蒸汽工艺流程优化设计 本装置设置4个压力等级蒸汽，实现蒸汽热能逐级、高效利用：4.0 MPa中压过热蒸汽由余热锅炉单元产生，部分外输至管网，部分供汽轮机使用；1.2 MPa饱和蒸汽由4.0 MPa中压过热蒸汽经背压式汽轮机产生，部分外输，部分供催化裂化装置自用；1.2 MPa过热蒸汽由1.2 MPa饱和蒸汽经再生器内过热盘管过热至420 ℃后供装置防焦、汽提使用；外输1.2 MPa蒸汽经公用工程减压后打回气体分离装置使用，冷凝至凝结水罐外送管网。

2 操作中的节能措施

2.1 降低烧焦能耗措施

正常运行时焦炭产率的多少与原料性质有直接关系[5]，随着原料中重质渣油的含量增多，胶质、沥青质和重金属含量也随着增加，导致装置焦炭产率上升，所以要严格控制上游装置原料中胶质和沥青质含量指标，控制原料残炭不大于设计值；根据小型自动加料系统均匀加入新鲜催化剂，严格控制再生催化剂活性在60左右，防止活性过高导致生焦量增大；准确加注金属钝化剂，用预提升蒸汽+预提升干气混合提升技术，干气可部分钝化重金属防止催化剂失活，焦炭产率上升；“低温进料、大剂油比”操作[6]，进料温度不大于220 ℃，剂油比控制在5～7，防止过度裂化反应，降低干气和焦炭产率，提高液体收率；在正常加工负荷时，控制回炼比不大于0.05，停止油浆回炼，减少回炼油和油浆等结焦性能高的组分返回反应器，减少焦炭产率同时增加原料处理量，液体收率增加，同时降低能耗；严格控制雾化蒸汽和汽提蒸汽用量，减少汽提量进而减少烧焦量。

2.2 降低电耗措施

根据装置实际运行状况，推算出主风量与三机组电机电流有线性关系，即主风多消耗100 m3/m3(标准状态)，电机电流增加15 A，因此将再生烟气氧含量控制在4%～5%，又可达到完全烧焦也可节约电耗；根据实际加工负荷，推算出再生器压力与三机组电机电流有线性关系，即再生压力每提高0.01 MPa，双动滑阀可关小1%(有裕度情况下)，电机电流增加15 A，因此可控制再生器压力尽量高，有效降低电耗；正常生产时，余热锅炉单元中压给水泵在80%生产负荷时可实现单泵运行，鼓风机在保证反吹效果时以最小负荷运行，节电效果明显；烟气脱硫单元氧化罐关停鼓风机[7]，用系统非净化风代替，可实现外排水COD合格，节约电耗75 kWh。

2.3 多产蒸汽措施

因为4.0 MPa中压蒸汽对装置综合能耗具有很大贡献，在运行过程中总结出多种增产中压蒸汽的操作方法：根据实际加工负荷，在保证吸收塔吸收效果的前提下，尽量控制吸收压力低，有利于降低气压机出口压力，可有效降低汽轮机4.0 MPa中压蒸汽用量，或者通过提高塔顶循环量或降低塔顶循环温度，减少冷回流量或停止冷回流来提高气压机入口压力，亦可有效降低汽轮机4.0 MPa中压蒸汽用量；关小甚至全关余热锅炉出口4.0 MPa中压蒸汽至减温减压器阀门，最大限度多产中压蒸汽；装置低负荷生产时，在保证油浆固含量合格的前提下，适当降低油浆外甩量，提高回炼比，可提高再生温度，增产4.0 MPa中压蒸汽；高温省煤器出水温度在不高于250 ℃的情况下控制尽可能高一些，有利于蒸汽发生器多产蒸汽；经过计算，余热锅炉出口4.0 MPa中压蒸汽温度每下降5 ℃，可提高出口减温水用量，同时增产蒸汽3 t/h，因此在保证余热锅炉出口4.0 MPa中压蒸汽温度高于385 ℃(汽轮机入口温度)、品质合格的情况下，可以控制略低，达到增产蒸汽的目的；及时控制系统管网中压蒸汽压力不大于余热锅炉出口4.0 MPa中压蒸汽压力。

3 节能措施的实施效果分析

四川石化2.5 Mt/a催化裂化装置于2014年1月一次开工成功，到目前为止，已正常运行12个月，各项实际运行指标单耗与设计单耗对比如表1所示。由表1可知，通过设计和运行中对焦炭产率、电耗和蒸汽产量进行节能优化，催化裂化装置各项指标能耗与设计值相比，均有不同程度的降低，其中烧焦单位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅为0.080 8 GJ/t；电耗单位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅为0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽产出单位负能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅为0.041 GJ/t，在部分参数能耗小幅度增加的情况下，装置综合单位能耗总体下降0.124 GJ/t，按照装置实际加工量2.5 Mt/a计算，加工成本可降低4 750万元/a，节能效果明显，经济效益显著提高。

表1 重油催化裂化装置实际能耗与设计值对比 MJ/t

4 结 论

通过设计和运行中对焦炭产率、电耗和蒸汽产量进行节能优化，四川石化催化裂化装置一次开车成功运行12个月后，各项指标能耗与设计值相比，均有不同程度的降低，其中烧焦单位能耗由3.416 9 GJ/t降至3.336 1 GJ/t，降幅为0.080 8 GJ/t；电耗单位能耗由0.262 9 GJ/t降至0.232 8 GJ/t，降幅为0.030 1 GJ/t；4.0 MPa蒸汽产出单位负能耗由1.701 2 GJ/t增加至1.742 2 GJ/t，增幅为0.041 GJ/t，在部分参数能耗小幅度增加的情况下，装置综合单位能耗总体下降0.124 GJ/t，按照装置实际加工量2.5 Mt/a计算，加工成本可降低4 750万元/a，节能效果明显，经济效益显著提高。

[1] 张苡源，张成，常培廷.2.9 Mt/a蜡油催化裂化装置能耗分析与节能措施[J].石油炼制与化工，2013，44(9)：87-92

[2] 梅建国，周华群，胡雪生，等.浅析催化裂化装置节能降耗的有效途径[J].中外能源，2011，16(8)：95-99

[3] 黄凤林，黄勇，马敏，等.催化裂化装置节能降耗措施分析和实施[J].石油炼制与化工，2010，41(1)：67-70

[4] 于群，李希斌，刘如松，等.500 kt/a重油催化裂化装置节能技术改造[J].石油炼制与化工，2013，44(7)：88-92

[5] 尤克伟.1.4 Mt/a重油催化裂化装置能耗分析与措施[J].中外能源，2010，15(11)：88-91

[6] 孟凡东，常剑，王龙延，等.低温接触/大剂油比的催化裂化技术[J].石油炼制与化工，2011，42(6)：34-39

[7] 彭国峰，王瑞，黄富，等.烟气脱硫脱硝技术在催化裂化装置中的应用分析[J].石油炼制与化工，2015，46(3)：53-57

ANALYSIS AND APPLICATION OF ENERGY SAVING MEASURES FOR 2.5 Mt/a FCC UNIT

Wang Rui， Zhang Yang， Peng Guofeng， Wang Hongyong

(Sichuan Petrochemical Co. Ltd.， CNPC， Pengzhou， Sichuan 611930)

The measures for optimal energy saving were suggested and applied for a new 2.5 Mt/a FCC unit of Sichuan Petrochemical Co. Ltd. The measures for energy saving optimized the coke rate， electricity consumption and steam production both in design and operation. The actual energy consumption after 12 months operation reduced significantly compared with the design values. The unit energy consumption of coking， electricity and 4.0 MPa steam production is reduced by 0.080 8 GJ/t， 0.030 1 GJ/t， and 0.041 GJ/t， respectively. The overall energy consumption of the FCC unit decreases by 0.124 GJ/t. The processing cost for the 2.5 Mt/a FCC unit can save ￥7.5 million/a. Both the energy saving and the economic efficiency are significant.

catalytic cracking； energy saving； energy consumption reduction； analysis

2015-01-27； 修改稿收到日期： 2015-03-05。

王瑞，硕士，工程师，主要从事炼油生产技术工作，已发表论文7篇。

王瑞，E-mail：raykame@petrochina.com.cn。