连续重整联合装置用能优化改进研究

张忠旭(宁波中金石化有限公司，浙江 宁波 315200)

0 引言

连续重整联合装置是炼油厂进行高辛烷值汽油以及芳烃生产工作的关键设施，但是其能耗也十分巨大，属于炼油厂之中高能耗装置的行列。因此，对其进行改进和优化，提升其节能水平具有十分重要的意义，能够带来很高的经济价值，并且具有深远的环保意义。我国现阶段针对连续重整联合装置的节能研究主要集中在反应条件优化、换热网络调整以及设备更新等这几方面，这些改进措施大多都只是做到了局部的调整和改进，但是并没有做到全局统筹考量，还需要进一步完善。

我国A石化分公司已经对其存有的一套连续重整联合装置进行过局部以及单元件的改进优化，希望降低其能耗水平。但是由于这些措施都是比较零散和局部的，缺乏全局意识，因此其节能的综合优化改进措施并没有做到位，其节能效果还有待提升。例如其装置内热量的集成部分并没有被注意到，依旧存在部分物流重复冷却、加热的情况，从而造成能耗的浪费。因此，要想实现对连续重整联合装置的节能降耗工作，就应当要立足于整体进行考虑。

文章以我国A石化分公司为例，重点对A石化分公司连续重整装置进行分析，对提升连续重整联合装置的节能水平，降低其能耗标准提出改进措施方案。

1 连续重整联合装置的主要介绍

连续重整技术是一种对石油进行二次加工生产的技术，其加工用到的原料主要为低辛烷值的直馏石脑油以及加氢石脑油等成分，之后在其内加入Pt-Re双金属催化剂催化其反应，促使其分子之间进行重新排列、异构，从而实现进一步增产芳烃，提高汽油辛烷值的技术。在连续重整联合装置之中，催化剂需要连续、依次流经串联的三到四个移动床反应器。经过这一套流程，从最后一个反应器流出的待生催化剂之中其碳含量大致上能够达到5%～7%(质量分数)的水平，待生催化剂就将通过重力作用或者气体提升手段输送到再生器之中进行再生。等到催化剂的活性恢复之后就将其传送回到第一个反应器再次进行反应，由此以来在整个系统之中形成一个闭路循环。

1.1 重整装置的工艺特征

UOP连续重整以及IFP连续重整工艺其反应所需要用到的条件基本上处于相似的状态，都需要用到铂铼催化剂，并且这两种技术在经过了长时间的发展和改进以后都逐渐趋于先进和成熟的水平。从外观进行观察，UOP连续重整的三个反应器都处于叠置的状态，催化剂主要是依靠重力作用实现从上到下依次流经各个反应器，等到从最后一个反应器流出的时候在利用氮气将其提升到再生器的顶部位置。IFP连续重整的三个反应器则略有不同，这三个反应器处于并行排列的状态，催化剂在每两个反应器之间都利用氢气进行提升，将其提升到下一个反应器的顶部部位，等到待生催化剂从最后一个反应器流出之后的操作便与UOP相同[1]。

1.2 重整装置的工艺优缺点

连续重整技术是重整技术不断发展优化取得的重要进展成果，其主要针对重整反应的具体特征改进了更加适合的反应条件，从而能够实现更加高效的芳烃产率、液体收率以及氢气产率，其最为显著的优势在于将烷烃芳构化反应的条件进行了调整。尽管其优势十分明显，但是不可避免还有其缺陷存在，并且这也并不能够代表其就是唯一的选择，最终的判别标准主要还是通过经济效益来进行辨别，在进行技术选择的时候应当要根据实际的情况全局分析。

连续重整的再生部分在总投资比例之中占据了很大的一部分，并且其装置的规模和在投资之中占据的比例呈现出反比的关系，因此规模小的装置不建议采取连续重整技术，其经济性比较差。从总投资的角度来看，将其和相同规模的半再生式重整装置进行对比，其投资大约高出了30%左右，因此应当在设备选择的时候将投资数量以及投资来源纳入到考量的重要因素之中[2]。

2 装置用能现状分析

接下来就以我国A石化分公司为例进行分析说明。

2.1 装置简介

A石化分公司所配备的连续重整装置主要组成为700 kt/a 预处理、600 kt/a重整、500 kg/h再生、300 kt/a芳烃抽提、300 kt/a C8+芳烃分离等几个工艺单元，其采用的技术是法国IFP第二代连续重整专利技术，主要生产原料是宽馏分石脑油(初馏：174 ℃)，主要被利用在高辛烷值的重整油生产以及富产氢气中，重整的生成油能够被用作进行烷烃以及汽油调和组分的生产。

2.2 用能现状分析

在连续重整装置进行生产作业的过程之中，其装置部分的分馏塔在进行分馏处理的时候存在精度不够的现象，其分离精度、塔板数以及回流比这三个维度之间的数据在配比操作权衡上依旧存在不合理的地方，其回流比值设置的超出了标准范围，就可能会造成在蒸馏环节的部分产生过多不必要的损耗。因此，从专业的角度出发进行分析，在连续重整装置进行生产作业的时候，苯塔、二甲苯塔、邻二甲苯塔回流比等等系列操作的环节之中，其参数存在着很大的可调整以及可创新的空间。经过进一步的调查研究总结发现，连续重整联合装置在换热网络这一环节也存在着很大的值得改进和调整的空间。除此之外，在整个生产过程之中产生的低温热能都没能够得到合理的利用，浪费了很多的热能。如果能够将上述问题都妥善解决，并着手进行改进和创新，将能够有效的改善连续重整联合装置的能耗问题[3]。

3 影响连续重整装置能耗的主要因素

3.1 重整进料换热器

在连续重整联合装置之中，其进料换热器的换热程度能够很明显的对重整第一进料加热炉的负荷造成影响，并且这一加热炉的燃料消耗大约占据了重整四合一炉的五分之一。所以，当重整进料换热器的热端的温差处于越低的水平时，加热炉入口处的温度就会越高，那么随之而来其加热炉的负荷就将会降到越低的水平，自然将会节约其装置的能耗。在国内已经开工的一些连续重整联合装置之中，其采用的进料换热器大多数都是纯逆流管壳式立式换热器，这种换热器的温差设计值通常处于35 ℃左右的水平，但是如果换用焊接板式换热器、缠绕管式换热器，那么其温差的实际值能够进一步降低到30 ℃以下。

3.2 加热炉效率

加热炉在连续重整联合装置之中是很重要的一部分单体设备，同时其能耗水平在整个连续重整联合系统之中处于最高的水平。在当前，常规一些的加热炉其热效率的设计通常处于90%的水平左右，但是其在实际的使用过程之中只能够保证处于85%～90%的范围之内。但是如果重整反应加热炉增设蒸汽发生系统、降低排烟温度等措施，对其产生的余热进行回收利用，那么其总体的效率就能够进一步提升到91%～92%的水平[4]。

3.3 压缩机效率

连续重整联合装置的电耗水平也非常的高，其仅次于燃料消耗的水平。连续重整的循环氢压缩机以及外送氢气压缩机，整体的电量消耗基本上占据了总用电量的78%的水平。当前市面上能够提供的压缩机效率大多处于70%～80%之间，相对来讲效率比较高的压缩机其设计效率能够实现超过75%的水平。当压缩机利用蒸汽汽轮机驱动的时候，其驱动的方式有所不同也将会对连续重整联合装置的能耗产生比较明显的影响。根据对比研究的结果显示，循环氢压缩机和氢增压机都是采用背压透平驱动的装置使其能耗处于最低水平，前者的能耗水平要低于后者；而两者都是在采用凝汽透平驱动的装置的时候其能耗水平达到最高值。因此，在实际的生产工作之中，选用循环氢压缩机采用背压汽轮机驱动，能够有效的降低连续重整联合装置的能耗。

不过由于考虑到不同企业的外部公用工程的条件也存在着差异，因此，在进行连续重整联合装置的改进工作时，应当要充分考虑其周边现有的公用工程条件，对其进行充分的利用，并且能够进一步实现全厂蒸汽的逐级利用，从而进一步促进连续重整联合装置的能耗降低。

4 续重整装置节能潜力分析

4.1 主要节能潜力分析及计算

4.1.1 重整循环氢压缩机

在当前，重整循环氢压缩机采用的是凝气式汽轮机。因为全凝式汽轮机虽然在蒸汽量的消耗量上比较少，但是其产出的仅仅只是凝结水，在经过计算以后得出其设备所消耗的单位能耗反而要更高。但是利用背压式汽轮机，尽管其消耗的蒸汽量要明显多于凝气式的汽轮机，但由于其排汽可供装置利用，机组总体的能量利用效率比较高，能够达到70%～85%的水平。经过模型的具体核算工作之后发现，如果将汽轮机改为背压式，尽管其蒸汽的消耗量较大，但是由于其能够多回收一些能量，同时还能够降低循环水的消耗量，总体核算下来综合能耗能够下降5.38 kg标油/t。

氢油比可以通过重整装置模型来进行调配，通过计算各项单位测量装置内的蒸汽、循环水、电等的用量，从而计算出装置在运行过程中的能源消耗情况。经过计算结果可知：影响重整装置的主要原因在于氢油比的变化以及蒸汽消耗情况。这也是因为装置内的氢油比不断上升，导致装置的消耗逐渐增加，同时装置内的蒸汽消耗量也有所提高；其次，消耗量随之增加的还有装置内四合一炉的燃料。所以，当装置内的氢油比上升至3.5时，重整装置的综合能耗将增加4 kg标油/t。因此，重整装置在调节以及选取氢油比时，应慎重考虑，合理科学的调节及选取，避免出现过多引起的装置能耗大量消耗以及尽量减少催化剂的生焦量[5]。

4.2 重整装置原料的性质、辛烷值

重整装置的能源消耗情况以及产品分布状况都会受原料的性质以及产品辛烷值的影响，但在装置生产过程中，装置原料的选取及应用是根据全厂实际的情况而定；产品辛烷值则是根据汽油调和要求而定，二者确定以后，通常是不会做出太多调整。因此，通过研究数据表明，原料的性质及产品的辛烷值不作为重整装置的节能潜力。

通过上述对重整装置导致能耗大量消耗的原因进行分析，可以通过一些措施来增加重整装置的节能潜力，使节能潜力从10.9 kg标油/t提升到73.16 kg标油/t，如：提升装置加热炉的运行效率、调整装置压缩机的运行方式以及提升装置压缩机的运行效率。需要补充的是，上述所说的并未落实，只是通过计算而得出的节能潜力，从理论上来说是能够达到所期待目标值，但还需要通过装置实际运行状况而定。

5 更新操作以及系统节能的完善

通过在上文中连续重整装置各环节系统能耗的分析与研究，使重整装置内的各环节具有较大的节能潜力，能够清楚明确的呈现在我们面前，将每个环节做好、做到位，这样对于整体的节能减排具有重要的作用，对节能减排具有重要的影响，具备了重要的价值。

5.1 完善操作方案

首先，针对苯塔回流比的优化。在一开始的对苯塔回流比的改进环节中，我们要使用相应的模拟软件进行，通过模拟软件的方式使分馏塔开始工作，根据具体的实际情况而定选择不同的方案操作；第二，针对甲苯塔回流比的优化。对甲苯塔的优化我们仍然可以使用模拟优化的方法，通过不同的参数值进行进行细致的分析和研究，这样可以达到更加科学、合理的效果；第三，针对二甲苯塔回流比的改进方案，通过分析研究二甲苯塔回流的整个过程，同时进行参数的比对，展开合理性的模拟核算和计算，其中存在一些比较重要的参数项目，例如：再沸器、冷凝器负荷以及塔顶、塔底产品的质量指标等等，将得到的数据进行详细的研究和归纳，将得到的数值比控制在合理的范围之内，达到一个最理想的状态；第四就是针对邻二甲苯塔回流比值的优化。对邻二甲苯塔回流比的优化影响着节能降耗，如果想要取得最科学、最合理的邻二甲苯塔回流比的改进数值，同样的可以通过借鉴操作过程中的各种数据信息，比如：再沸器、冷凝器等等，其中，大部分的参数对后期优化邻二甲苯塔工作存在着极大的影响，具有极其重要的参考价值[6]。

5.2 对于换热流程的改进方案

从换热流程改进的角度来看，对于连续重整设备装置生产过程中的换热流程的改进成了重中之重，从而可以将换热流程达到最大限度的控制，达到大幅度降低能量损失的效果，节约能源。在上文的论述中，在连续重整设备装置的环节中，大部分的环节都可以达到节约能源的标准，但是还是存在着一些环节具有显而易见的能源浪费与消耗现象，总结起来，有以下几个环节：脱戊烷塔系统换热流程、邻二甲苯进料换热流程、邻二甲苯塔顶油气加热白土塔进料等环节。以下的论述，就是通过对这几个环节的深入分析后，总结出来的几点：首先，针对脱戊烷塔系统的换热流程。在对于该装置的能源再利用的优化方案中，把原本装置内的热量集成进行了科学的优化，使其可以科学、合理的利用重整生成油低温热，并将其当作预热脱戊烷塔系统的进料热源，这一举措不仅大幅度的减少了该过程中冷却水的用量，而且还使脱戊烷塔系统的进料温度得到了明显的提升，减轻了企业生产成本的压力；其次，对于邻二甲苯进料换热流程的改进方案。针对换热流程的优化方案来看，在对于邻二甲苯塔进料—二甲苯塔进料换热过程中增加了设备，运用相对应的工艺物流，使该环节物质从高温变低温过程中的能量消耗得到有效的、合理的运用；第三，邻二甲苯塔顶油气加热白土塔进料。通过对该环节的完善更新，可以巧妙地转换其物质之间的热量，从而使热量得到高效的运用，大幅度减轻能源的浪费。

6 完善操作方式以及更新系统节能效果的分析

6.1 完善操作方式的结果

通过上述对关于连续重整装置设备在生产中具有大量的节能降耗能力的分析与整理，可以得知：对于苯塔回流比、甲苯塔回流比、二甲苯塔回流比等大部分物质的操作、换热流程等，可以达到节能降耗的效果；以及脱戊烷塔系统换热的流程、邻二甲苯进料换热的流程、邻二甲苯塔顶油气加热白土塔进料等环节要素的控制与研究，通过对比调整前后的数值可以看出，经过合理调整后，到达了理想的节能降耗效果。

6.2 对于系统节能的优化

最近一段时间里，中国石化A公司也在积极的开展节能改造工作，主要针对的是邻二甲苯塔和二甲苯塔，将两种装置添加到连续重整装置设备当中，同时也要做好设备的维修和保养工作，特别是在性能上进行完善和更新，对于变化较大的地方要进行积极的改造，通过一系列的改造可知，改造后的电能有了明显的改进，整个节能效果较好。

7 结语

以上文章针对中国石化A公司连续重整设备的节能降耗改进工作，笔者将理论经验以及实践融合，较为清晰明了地分析了加强连续重整设备性能、减少能耗的相关措施，在文章中提出了一些建议供读者分析参考。在实际过程中，笔者体会到树立“整体把控、局部优化调整”的观念极其重要，可以实现有效、理想控制连续重整设备能耗的目标，使企业的整体能耗得到有效的控制，大幅度提高企业的经济效益。