催化重整装置节能增效优化方案研究

＊杨柏林 陶贵金 邵丹丹 邱皓 朱洪海

（1.辽阳石化分公司芳烃厂 辽宁 111000 2.辽阳石化分公司炼油厂 辽宁 111000）

引言

生产高辛烷值汽油或芳香烃的催化复合装置基本上是强烈吸热反应，需要大量的能量，因此，整个过程需要多次加热。近几年来，随着科技的发展，催化重整装置的总能耗也有所下降，但仍占整个生产过程的很大比例。随着改革的不断深入，能源消费问题日益突出，对工业发展提出了新的挑战。为了进一步探讨催化重整装置的节能增效策略，本文通过具体案例对以下问题进行了阐述。

1.催化重整装置的操作工况概述

连续重整是当前炼油企业普遍采用的一种炼油连续重整工艺。反应堆布局上UOP重叠，IFP平行；催化剂：UOP是热循环，IFP则相反。反应器布置对能耗的影响较小，不同催化剂对能耗的影响不大，连续重整与所采用的工艺无关，但重整反应和产物分离能耗较高，占反应器总能耗的一半以上，这部分催化剂能耗较低。可见，能量消耗主要来自转化反应。选用了以苯类、甲苯、重芳烃、液化气等为主要原料的催化重整装置，由于总体原油品质和原油价格原因，我公司的单位负荷仅为50%左右。其中，总消耗量高于正常水平，普遍存在高能耗问题。详细分析该项目的工作条件，可发现下列主要问题：

(1)原料环烷烃含量及配比不合理

我们的生产工艺采用直馏石脑油为原料，并进行了加氢裂化处理。大部分情况下，广泛制备的材料占40%。原料关系不合理，使原料经过预分馏、加氢裂化后，直接进入低芳烃选择性环节。现在，为了保证辛烷值的贡献，反应温度必须升高。与此同时，还必须解决生产过程中大量气体的分解[1]。

(2)压力机旁路流量过大

在设备选型上，催化重整装置采用常规活塞式压缩机，采用二级压缩方式。尽管设计电流大，但装置长期处于低负荷运行，实际氢耗较低。流场分析表明，实际有超过30%的河流通过旁路损失，同时，这部分高纯氢也被限制在压缩机进口，导致效率和产能下降[2]。

(3)预分馏塔的超压

采用先分馏后加氢的方式对催化重整装置进行处理，分馏设备主要是将直馏石脑油分离出来，同时在重整原料中加氢。塔顶压力是催化重整装置运行中的一个重要参数，但由于预分馏塔压力过高，也会造成能量损失较大。

2.催化重整装置的节能增效优化方案

分析了改造单位的能耗，得出改造过程中的能耗在改造单位中是最高的，改造反应能耗高的原因是多方面的。举例来说，原材料的能耗取决于整机的功率。另外，重整反应必须在温度、氢油比、室温等特定操作条件下进行。

(1)反应系统节能

停压时应考虑调整改革深度，节能是反应器系统的关键。反应压力，反应温度，反应室速度和改造都要进行调整。

①反应压力的调整。调节转化深度可提高纯氢产率。研究发现，反应压力调节后，反应热也相应地调节，两者呈负相关。随着反应器压力的降低，能量消耗增大，炉损也随之增大。通过对压气机反应压力的调节，实现了压气机理论功率和进气量的相对平衡。在实际调整过程中，反应压强经调整后，压缩机进口压强随之调整，压缩机功率也随之变化。压气机功率的影响因素中，压缩比是最主要的，提高压缩比，调节相对压力是必要的[3]。

②反应温度的调整。在重整反应中，温度是最难控制的。当反应温度高于正常温度时，能量消耗比较大。因此在装配过程中，温度和能耗是不可分的，温度必须严格控制。就温度控制而言，反应过程中要不断调整温度，同时对产品进行检测和测量，以保证产品质量，从而降低燃料、水、电消耗，起到节能的作用。

③调整速度。经过一段时间的运行，装置中会产生一些废渣，对新原料间的反应产生一定的影响，从而导致加热器换热性变差，热损失增加。与此同时，由于水泵负荷率低，在节流阀上产生了大量的能量。设备处理能力下降，即风速较低，设备能耗也相对较高。优化操作参数，生产合格产品，全面控制节能改造的应对力度。

④重整原料的优化。在催化重整中，内部反应属于强吸热反应。除温度、热量等因素外，反应过程还受到诸多因素的影响，原材料的影响最为严重。在这个反应过程中，芳烃含量越高，产品的总含量越高，所以无需过高的温度，就可以达到预期的生产要求。因此，通过调整和优化原料的过程，选用较好的原料，可大大降低能耗，更好地满足实际的反应温度要求，确保催化重整装置的应用效果[4]。

⑤除尘设备。因为炼油厂的化学反应很难完全反应，所以重整反应炉内含有大量的煤灰，比如燃料中的碳颗粒和灰烬等。烟尘对加热炉的各个方面，如辐射室、对流室及余热回收系统管束外表面的污染等，都有一定程度的影响，需要提高燃料质量。另外，应及时清理炉管中的灰垢，以改善传热性能，提高炉膛的可见度和效率。

(2)加热炉节能

①加热炉的影响因素分析。一般而言，热效率是指燃烧热中有效热所占的比例，因此，热媒吸收热量的计算就成了控制和调节的关键。很多情况下，只有平衡法才能测量。根据实际测量，优化加热炉效率的最重要方法是：适应废气温度、适应烟气含氧量和适应加热炉建筑的热损失。

②提高加热炉的整体热效率。为了提高催化重整装置的运行效率，需要优化和提高加热炉的整体热效率，具体包括：首先降低尾气温度；毫无疑问，尾气是产生热量最多的途径之一，对热损失影响也最大。一般来说，如果热排温度升高20℃，整个加热效率会降低1%以上。炉烟热效率损失占炉烟总热效率损失的80%以上，因此控制炉烟温度相当于控制整个反应过程的热损失。烟气余热回收，是节能降耗的有效途径。烟气余热回收技术及其它低成本设备，可采用热管式余热回收技术等简便有效的方法；过度使用空气会导致不完全燃烧，选用性能优良的燃烧设备可以解决这个问题，但投资大，需要根据实际情况选择。除产品所携带的能量外，其余的热能在加热过程中由于热损失而消失。为此，必须做好加热炉的保温工作，以降低能耗，达到催化重整装置节能增效的目的。

3.优化措施分析

(1)预加氢部件

氢油比的高低与催化剂的含碳量、积碳率有密切关系。催化剂重整反应中，氢的分压作用对氢反应起到一定的促进作用，从而达到抑制积碳的目的。所以炼油厂在生产时常选用高氢气压。但氢气分压太高，将会对水合部的压缩机造成很大的负担，并最终造成能源消耗和资源浪费。所以要科学合理地设置预水化工段，最大限度地降低压缩机的能耗。

(2)重整局部加热炉

降低尾气温度可以提高加热炉的热效率，进一步降低能耗。为使炉窑的热效率得到较好的控制，烟气的温度往往会降低，温度越低越好，这就是为什么我们要改变余热回收的思路，不仅可以降低窑尾的温度，同时还可以保持窑尾的热效率，从而彻底解决了窑炉长期运行的安全性问题。

(3)催化剂的失效和再生

①催化剂分类。重整催化剂按其活性金属种类和含量可分为单金属催化剂、双金属催化剂和多金属催化剂。后者热稳定性好，不易结焦。原料适应性强，使用寿命长。

②催化剂失活。早期氢化处理积炭前驱体可减少积炭的发生。提高氢油比，有利于反应过程的顺利进行，从而达到减少积炭形成的目的，可以通过抑制金属凝结来弥补。研究了催化活性的提高是否与反应过程中氯的流失有关，并据此进行了温度控制。与此同时，注入一定数量的氯化物来提高分散程度。为了防止对催化剂的污染，可以通过以下方法对催化剂进行再生控制：首先，在炼焦过程中，脱除积碳需要含氧气体，而在炼焦过程中，将氮作为负载气；同时，催化剂的更新主要包括两个步骤：氯化和催化剂的更新。氯化法是利用含氯气体处理催化剂，将金属铂凝结在催化剂上，使之充分分散，利用氯提高催化剂活性。另外，干燥和还原处理也是必要的。烘干的主要目的是去除焦炭中的水分，其原理是使氧化后的催化剂在氢气的作用下还原为金属催化剂。

4.结束语

作为炼油行业的重要组成部分，催化重整装置的能耗和效率直接影响着工业产品的产量。当前多数催化重整装置尾气温度高，预分馏塔压力大，对整体节能效果造成严重影响。要解决这一问题，除了对反应系统进行基本的节能改造外，还必须保证加热炉的节能，不断提高加热炉的热效率并分析其影响因素，为催化重整装置的节能增效作出积极贡献。