柴油加氢改质装置节能措施效果评估

马社忠，马可望

（濮阳石油化工职业技术学院，河南 濮阳 457000）

河南丰利石化有限公司60万t·a-1中芳烃加氢改质装置采用雅保公司的 STARS 芳烃深度饱和加氢改质工艺技术，于2016年9月建成投产。该装置以直馏柴油、催化柴油为原料，与氢气进行加氢反应，生产低硫柴油，并副产少量酸性气、石脑油，反应产物分离采用“冷高分＋冷低分＋汽提塔”工艺流程，设计压力13.4 MPa，操作弹性60%～110%，年开工时间8 000 h。柴油加氢装置作为炼油企业能源消耗较高的装置类型，其节能降耗也是实现企业降低成本的关键[1]。

1 装置能耗情况

该装置设计能耗为每吨原料油20.29 kg标油，高于中石化同类装置的能耗定额（每吨原料油12 kg标油），主要原因为电耗高，占该装置总能耗的60%，因为该装置设计氢耗较高，达到3.7%（质量分数），其次，该装置设计操作压力13.4 MPa，远高于同类装置的6.0～8.0 MPa操作压力。在产品质量合格的情况下，该装置正常操作压力低于设计值，基本维持在9.2～9.5 MPa，有助于装置能耗的降低。经统计，实际运行中该装置电耗占总能耗的65%以上，降低电耗是实现装置节能降耗的有效途径。经统计，大功率用电设备为大型机组、高压机泵，主要有原料油泵、高压胺液泵、循环氢压缩机、新氢压缩机。

2 节能优化措施

2.1 新氢压缩机增加无级调节系统

无级气量调节系统能够延迟进气阀的关闭时间，部分气体通过进气阀返回进气管路，这种状态下多余的气体没有进行再次压缩，而直接通向进气管路，降低压缩机的外回流无用功，以此实现新氢压缩机电能消耗的有效降低[2]。

2.1.1 新氢压缩机改造前状况

装置满负荷生产期间，系统新氢消耗量为7 600～8 600 Nm3·h-1，在原料性质变化、加工负荷调整的时候，新氢消耗量也随之变动。系统所需氢气由往复式新氢压缩机加压至10.5 MPa左右，补入临氢系统。该压缩机由三级汽缸组成，其中一级汽缸1个，二级汽缸1个，三级汽缸2个，设有三级返一级回流线，用于调节压缩机出口流量。同时设置有卸荷器，实现0、50%、100%三档调节，压缩机具体参数见表1。

表1 新氢压缩机参数

由表1可知，新氢机的正常负荷约是设计量的30%～36%，为了满足系统对氢气的需求量，同时维持设备的良好运行，该压缩机长期100%负荷运行，通过调整三返一回流阀开度，控制压缩机出口流量。经统计，回流阀开度长期维持在40%左右，回流量7 500 Nm3·h-1左右，机组做无用功较多，电能浪费严重。经过测试，50%负荷能满足系统对氢气的需求，且用电量明显降低，但50%负荷状态下每个气缸只有内侧或外侧做功，对于气缸及缸套受热变形不一致，活塞杆受力发生变化，由原来的交变应力变化为单一的挤压或拉伸应力，长期使用很不安全。基于安全与节电考虑，对该新氢机A增加无级气量调节系统。

2.1.2 改造后效果

新氢机增加无级气量调节系统后，实现0～100%的负荷调节，三返一回流阀开度由40%降至18%左右，回流量降至3 300 Nm3·h-1左右。无级气量调节系统投用前后，新氢机单日耗电量变化如图1所示，每日节电约9 000 kW·h，节电效果显著。

图1 新氢压缩机单日用电量变化

2.2 循环氢压缩机增加无极气量调节系统

2.2.1 循环氢压缩机改造前状况

装置满负荷生产期间，循环氢压缩机出口流量120 000 Nm3·h-1，新氢量7 600～8 600 Nm3·h-1，氢油体积比1 100左右，远超过设计值568，装置加氢深度较大，系统压降较高，产品质量过剩，且能耗较高，系统循环氢量有较大调整空间。循环氢压缩机具体参数见表2。可通过增加无级气量调节系统，调整压缩机负荷，降低循环氢量，进而降低电耗。

表2 循环氢压缩机参数

2.2.1 改造后效果

循环氢压缩机增加无级气量调节系统后，装置满负荷生产期间，压缩机负荷55%，循环氢量由120 000 Nm3·h-1降至75 000 Nm3·h-1，氢油体积比700左右，系统压降有所降低，产品质量合格。单日用电量变化如图2所示，每日节约电耗约4 300 kW。

图2 循环氢压缩机单日用电量变化

2.3 高压胺液泵增加变频器

该装置需要用贫胺液脱除循环氢中的硫化氢，保证系统的脱硫效果。但高压胺液输送泵设计较大，实际运行过程中胺液用量为18 t·h-1左右，泵出口压力为9.5 MPa左右。该泵具体参数见表3。

表3 高压胺液泵参数

由表3可知，该机泵设计过大，为保证设备的正常运行，生产期间需要通过打开泵出口回流阀控制贫胺液进系统的量。经统计，装置满负荷生产期间，该泵出口回流阀开度50%左右，回流量约为35 t·h-1，能耗浪费严重，约有65%的节电空间。根据节能降耗的要求，经过研究决定，对该机泵A增加变频器，实现降低电耗的目的。

2022年5月24日变频器安装完成后，开始投用。经过半个多月的观察与调整，该机泵增加变频后，运行平稳，泵出口回流阀处于关闭状态，贫胺液量完全通过变频器调节，频率维持在39～40 Hz，投用前后单日用电量变化如图3所示。经统计，该机泵电流由32 A降至7.8 A左右，用电量由11 850 kW·h·d-1降低到5 000 kW·h·d-1，每天节电6 850 kW·h，节电效果显著。

图3 胺液泵单日用电变化

2.4 投用热进料

该装置的进料方式一直为间接进料，即常柴、催柴出装置前由空冷降至40 ℃以下进入罐区，然后经罐区直柴、催柴供料泵送入柴油加氢装置，供料温度在30～40 ℃之间。根据华贲教授“三环节”理论，能量综合利用不仅应在独立装置中展开，还应在装置与装置间展开，在技术条件许可的条件下，进行最大程度的能量综合利用（热出料、直供料及低温热利用等）[3]。该装置设有热进料流程，但一直未投用，在节能降耗的要求下，开始逐步投用热进料。热进料投用完成后，通过优化操作，停用了罐区常柴、催柴付料泵，常压装置柴油空冷器、催化裂化装置柴油空冷器部分电机停运，空冷器负荷明显降低[4]。经过上述调整后，提高了柴油加氢装置进料温度，降低了原料加热炉负荷，降低装置能耗。经测算，柴油加氢进料温度由原先的36 ℃提高至92 ℃，加热炉负荷明显降低，节约燃料气约12 000 Nm3·d-1，节电3 360 kW·h·d-1。同时热进料的投用，能够降低中间储罐使用率，提高全厂储罐的调配能力。

3 下一步节能措施及建议

3.1 增设液力透平

该装置设计高分油通过降压阀至低压分离罐，正常生产期间，高压分离罐压力9.5 MPa左右，低压分离罐压力1.05 MPa左右，建议增设液力透平回收高分油余压能量[5]。该装置长期处于满负荷生产，经测算，加装液力透平后，按78%的回收效率，其回收功率达44 kW，经济效益非常可观。

3.2 提高加热炉效率

本装置燃料气的消耗主要用于反应加热炉的燃烧。反应加热炉主要为进反应器原料提供热量，保证加氢反应所需的温度，加热炉在使用中，其排烟温度、烟气氧含量等指标直接影响加热炉效率。目前加热炉含氧量控制在8%～10%，严重偏高，在保证炉子燃烧效果的前提下，可适当降低烟气含氧量，尽量控制在2%～4%，以提高加热炉效率，从而降低燃料气的消耗[6]。

3.3 提高处理量

目前装置处理量1 500 t·d-1，是设计负荷的83.3%，处理量仍有提升的空间，在条件允许的情况下，提高处理量至满负荷生产，虽然总能耗有所升高，但装置单耗会有明显降低。

3.4 加强用水管理

虽然水的消耗在装置综合能耗中占比较小，但通过加强用水管理，在细微处采取节水措施，节水效果也非常明显。例如，通过细化岗检对装置循环水使用情况的检查，加强考核力度，关闭停用设备的循环水[7]。杜绝循环水浪费现象，减少循环水用量，如备用循环氢、新氢压缩机水冷器在冬季打开回水阀的副线，关闭回水阀，减少循环水用量。

3.5 增设热媒水换热器

本装置通过改用热进料流程后，反应产物与原料换热后，进入高压空冷器温度升高15 ℃至165 ℃左右，造成空冷器负荷较大，尤其是夏天，空冷降温困难，此部分低温热能较多，有较大的利用价值。考虑到后期装置满负荷运行，可在高压空冷器前增设 1台热媒水换热器，回收反应产物部分热量，换热后的热媒水作为罐区重质原料油的加热热源，进行循环利用[8]。

4 结束语

综上所述，60万t·a-1中芳烃加氢改质装置（即柴油加氢装置）通过新氢压缩机增加无级气量调节系统、循环氢压缩机增加无级气量调节系统、胺液泵加装变频器、投用热进料等节能措施，解决了装置生产过程中能源利用效率低的问题，使装置能耗大幅降低，满足了企业发展的需求，取得了较好的经济效益，为行业的节能优化工作提供了借鉴经验。