催化装置用能简明分析

秦振华 刘富荣 滕布东

摘要：本文通过对催化装置用能环节及特点、催化装置过程用能剖析、格炼催化装置能耗评价几个方面对催化装置用能进行分析。并针对装置实际情况，提出了催化装置几种节能途径，对装置的节能降耗工作具有一定意义。

关键词：催化装置；用能；能耗

催化装置的用能过程是一个不可逆过程，输入能量中一部分以反应热的形式进入产品，大部分用能则转化为高于环境温度的低温位热能，因其回收利用不当而排入环境.这两部分构成了催化装置的能耗。影响催化装置能耗的因素很多，是管理、技术和经济诸多因素的综合体现。

一、催化装置的用能环节及特点：

1 催化装置用能环节

催化装置的用能可以归纳为能量的转换和传输、工艺利用和能量回收三个环节。三者之间相互联系、互相影响。

（1）能量的转换和传输环节：供入体系的总能量包括燃料化学能及部分电能等，通过加热炉、锅炉、再生器、烟气轮机、抽空器、各类机泵等设备转换，一部分有效地供给工艺过程所需要的能量，其形式可以是热能、机械能或其他，还可以输出部分能量，同时也有一部分能量损失。

（2）能量的工艺利用环节：进入此环节的能量通过反应、分馏、吸收等相应的装置，完成物质、能量的转变和传递。进入此环节的能量除了转换和传输环节供入的之外，还有回收环节回收的能量。在这一环节中热力学能耗是不能回收的，而剩余部分则有可能回收。

2、催化装置的用能特点：

催化装置由于其工艺过程的特殊性，决定起用能有其如下特点：

（1）总输入能多：由于催化裂化反应一般在470～535℃的气相下进行，原料升温、汽化和反应需供入大量能量。烧焦用空气和气体加压也要供入大量热量，使过程需要的总输入能有时高达4.2GJ/t以上。而其供入能主要以焦炭有效燃烧热的形式供入。

（2）低温热多：高能级的能量输入装置后，通过催化裂化装置的一系列化学和物理的过程，大量地转化为≤120℃的低温热。对一般装置，低温热在840～1260MJ/t范围内，这部分能量回收利用率低，是构成能耗的主要原因之一；

二、催化装置过程用能剖析：

1、反应-再生系统过程用能剖析：

催化装置反再系统的热平衡对维护装置经济有效地运行时非常重要的，几乎所有与流化催化裂化装置操作有关的工艺变量都会影响其热平衡。

2、影响反应再生部分的能耗因素有：

（1）CO燃烧程度 即排入大气中再生烟气中CO含量，这部分能耗时非常可观的，CO完全燃烧与常规再生相比，能耗可相差70MJ/%焦；我厂催化装置由于采用前置烧焦罐+湍流床高效再生方式，烟气中CO含量在0.4%左右，基本燃烧完全。

（2）烟气压力能利用 烟气压力能利用决定于烟气参数和机组效率。选择合理时，主风机动力回收率可大于100%。

（3）烟气显热利用：主要取决于余热锅炉排烟温度。我厂催化装置余热锅炉正常排烟温度为190～210℃，既防止了烟气的露点腐蚀，又保证了烟气显热的充分回收。

3 分馏过程用能分析：

分馏部分的能耗主要由冷凝冷却所需要的热量构成，还包括散热、蒸汽、冷却介质、机泵的动力消耗。中段以上的热量主要是产品收率的函数，而且温度较低，塔顶油气一般小于130℃，其热量在335～460MJ/t之间；顶循环回流温度大致在60～120℃之间，其热量约180～200MJ/t；轻柴油抽出温度200～230℃，其热量决定于轻柴油收率和再吸收油量。这三部分热量中，一部分的回收经济性较差，这是构成分馏部分能耗的主要部分，一般分馏部分能耗为520～740MJ/t。中段及循环油浆的热量全部可以回收，粗略认为其不构成分馏部分能耗，中段回流取热量与产品收率关系较小，基本上是回炼比的函数，其数量大致为322+222eMJ/t（e为回炼比）。油浆循环取热量主要受反应温度、回炼比和油浆产率的影响。

4 工艺用汽能耗：

工艺用汽主要有进料雾化、汽提蒸汽、防焦蒸汽、预提升蒸汽、轻柴油汽提蒸汽、分馏塔搅拌蒸汽及各种吹扫汽。对于我厂重油催化裂化装置总用汽量为55吨/小时，140公斤/吨。蒸汽消耗量虽然已经达到先进水平，但通过优化手段还是可以降低部分能耗。

5 泵的动力消耗：

泵的动力消耗在能耗中所占比例不大，一般约80～120MJ/t。但泵消耗的是高能级的电能，过大的消耗往往是无谓的消耗在调节阀及阀门的节流上。对于流量变化大的机泵，进行变频调速有其很大的必要性。

三、催化装置能耗评价

1.以云南石化催化裂化装置设计/实物能耗为例

云南石化各项能耗指标都比较优异，单位能耗为设计能耗的84.9%，相比于设计指标节省了15.1%的能耗。新鲜水能耗高于设计指标主要有两方面原因：一是催化热工岗位各水封罐循环水改为新鲜水；二是在2018年前半年烟气脱硫洗涤水由RO水改为新鲜水。用电量高于设计指标主要是烟机达不到设计的发电工况一直处于用电状态。

2、云南石化催化裂化装置能耗分布：

从能量平衡的观点来分析，能耗是由化学反应热、排弃热、散热和转换损失构成。分析能耗分布可以看出装置能耗是否合理，節能潜力有多大。云南催化装置的能耗分布主要是以下几个方面：

（1）冷却损失：通过冷却介质排入周围环境的热量就是冷却损失。它与装置的转化率有关，转化率愈高，冷却损失愈大，减少冷却损失主要靠低温热利用。在低温热利用方面，装置设计的低温热水系统没有投用，这样分馏系统顶循低温热源和塔顶油气低温热源没有回收，而是经过循环水换热后排入大气。这是催化装置能耗的主要构成项目。

（2）能量转换损失：这是一项包括电、蒸汽、冷却水、主风机及气压机在用能过程中，能量转换所造成的损失。

（3）排烟损失：这是余热锅炉排烟损失的能量，排烟损失也是能耗主要构成项目之一。

四、催化装置节能的主要途径

合理用能和能耗适于工艺过程密不可分的，是由技术、管理、投资等体现出来的科研、设计、工程、生产成果的结晶，是一项综合指标

1、减少总供入能，提高三率

即提高能量转换率、能源利用率、焦炭能量利用率。总供入能包括再生器烧焦、燃料、蒸汽、电（水、风折电计入）和热物料，所以要实现较低的综合能耗，必须在保证工艺用能的前提下，尽可能多地降低总供入能。对于催化装置的现状来说，主要是减少蒸汽的供入能。在提高能量转换率方面，主要从降低再生烟气排烟损失、再生气系统散热损失、机泵的有效动力损失入手；在提高能源利用率方面，要在保证工艺用能的前提下，尽量减少直接输出能，主要是不要用大量的蒸汽进入四机组发电，因为四机组发电的效率远低于电厂的发电效率。在焦炭能量利用方面，一是要使烟气中的CO充分燃烧，二是提高烟汽轮机的回收效率。

2、降低物流排弃能，加强低温热回收利用。

低温热的回收利用表现在循环水、空冷动力消耗的降低。循环水折能占水能耗的95～98%，因此降低循环水量是降低水耗的关键。

3、减少散热损失

对一套催化装置来说，散热能耗能占装置能耗的10%。它主要受保温层和装置负荷率的影响。因此要减少散热损失，就要从保温厚度、保温工程质量及装置的负荷方面进行考虑，提高保温工程质量，提高装置的负荷率。

五 结论

通过催化装置用能分析，可以明显看出能量消耗制约了装置的创收。故合理利用能耗，降低装置损失，可获得更大的经济效益。

参考文献

[1]《石油炼制工程》 林世雄主编 石油工业出版社

[2]《石油化工过程节能方法和技术》 陈安民 编著 中国石化出版社

（作者单位：中石油云南石化有限公司）