加氢裂化装置用能分析及节能措施

第16卷第3期2011年3月

中外能源

SINO-GLOBALENERGY

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节能与环境保护

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加氢裂化装置用能分析及节能措施

于长青

(中国石油化工股份有限公司广州分公司，广东广州510725)

摘要

中国石化广州分公司1.2Mt/a加氢裂化装置由洛阳石化工程公司设计，采用抚顺石油化工科学研究院开发的FF-

26/FC-26一段串联全循环加氢裂化工艺流程，装置开工后能耗一直处于较高水平。通过对能耗组成分析，发现装置实际能耗中电耗占46%～49%，燃料消耗占23%～29%，蒸汽消耗占14%～16%，与设计值差距较大。通过对装置高压贫胺液泵更换小叶轮、新氢压缩机应用HydroCOM气量调节系统，采取原料热进料，提高新氢纯度等节能改造，以及维持适宜氢油体积比(约为1000)，降低热高压分离器和分馏进料加热炉温度，降低主汽提塔压力，提高装置负荷率等优化措施，装置能耗从2008年的1523MJ/t降低到2010年的1150MJ/t。同时指出，加氢裂化装置下一步可以通过增加变频电机、实施低温热利用、采用旋流脱烃等措施进一步降低能耗。

关键词

加氢裂化装置能耗节能措施

1前言

中国石化广州分公司1.2Mt/a加氢裂化装置由洛阳石油化工工程公司设计，采用抚顺石油化工科学研究院开发的FF-26/FC-26一段串联全循环加氢裂化工艺流程，兼顾一次通过操作。反应部分采用炉前混氢、热高压分离器工艺流程，设置循环氢脱硫设施，尾油循环至原料油缓冲罐前与新鲜原料混合。分馏部分采用“先分馏后稳定”的流程，不设减压塔，在常压塔完成柴油与蜡油的分割。

氢裂化装置在不同转化率条件下能耗组成不同，转化率越高，放热量越大，燃料消耗越低；不同压力的装置能耗差别也较大，压力越高，能耗越高；装置的负荷率越高，能耗越低；催化剂活性提高，装置能耗降低；冷高分流程比热高分流程能耗高[1]。

表1加氢裂化装置能耗组成

项目处理量/t负荷率，%燃料油/(MJ·t)

-1

设计2008年86033866

2009年98445089.17377.0915.20.0450.214.711.6604.856.2-710.5-6.21313.0

2010年121264196.8263.89190.0449.417.19.8561.263.2-728-5.41150

1200000769.9173.1878.20.030.56.719.7619.3

-1

2加氢裂化能耗分析

加氢裂化装置2006年、2007年的综合能耗较高，分别为1938.97MJ/t和1640.09MJ/t，与国内同类装置相比，差距较大。降低能耗是提高装置运行水平的重要任务。

燃料气/(MJ·t-1)中压蒸汽/(MJ·t-1)新鲜水/(MJ·t-1)循环水/(MJ·t)

-1

434.91025.10.0435.415.713.9740.060.7-791.0-11.41523.3

软化水/(MJ·t-1)除氧水/(MJ·t-1)电/(MJ·t-1)热进料/(MJ·t)低压蒸汽/(MJ·t)

-1

2.1加氢裂化能耗组成

表1为加氢裂化装置能耗组成情况，从中可以看出，在加氢裂化装置实际能耗中，电耗占46%～

111.2-708.8-13.01886.8

凝结水/(MJ·t-1)合计/(MJ·t-1)

49%，燃料消耗占23%～29%，蒸汽消耗占14%～16%，与设计值(电耗占35%、燃料消耗占53%、蒸汽消耗占8.8%)差距较大。可见，装置降低能耗的重点是降低电耗和蒸汽消耗。

3加氢裂化装置节能措施

通过对加氢裂化装置能耗组成进行分析，实施

2.2加氢裂化能耗分析

装置能耗与加工能力、转化率、反应压力、负荷率、流程设置、催化剂以及是否有节能设施有关。加

作者简介：于长青，高级工程师，2004年获华东理工大学化学工程专业硕士学位，目前主要从事加氢裂化装置工艺管理工作，已发表论文4篇。

E-mail：yuchq.gzsh@

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SINO-GLOBALENERGY2011年第16卷

节能改造、优化操作，以降低装置能耗。装置2008年、2009年、2010年的综合能耗分别为1523.3MJ/t、

2800kW，HydroCOM气量调节系统自2009年6月7日投用后，各级返回阀全关，节能效果显著。新氢压缩机在50%的负荷下工作，电机电流从170A降到90A左右，每年可节电约590×104kW·h。

1313MJ/t和1150MJ/t，取得较好节能效果。3.1应用节能工艺流程

加氢裂化装置反应换热流程，采用节能效果较好的炉前混氢方式，加热炉为混合进料加热炉，在简化换热流程的同时，也提高了换热效率，加热炉负荷小[2]。反应流出物采用热高压分离器工艺流程，提高了反应产物的热能利用率，节省了操作费用，同时避免了稠环芳烃在空冷器管束中的沉积和堵塞。以一套1.5Mt/a加氢裂化装置为例，选择热高压分离器流程，可使能耗降低168MJ/t[3]。

3.3装置热进料改造

加氢裂化装置实现了与Ⅲ套蒸馏装置的热联合，Ⅲ蒸馏减压蜡油不经水冷器，直接作为热进料，以120℃温度进入加氢裂化装置。这样，既可降低Ⅲ蒸馏减压装置循环水消耗，又可减少原料油和分馏塔中段循环的取热量，增加了1.0MPa蒸汽产量。

3.4增加循环氢纯度，提高氢气利用率改造

对于高压加氢裂化装置而言，新氢纯度每下降

3.2节电改造

由表1可知，在加氢裂化装置的能耗中，有

1.0％，反应部分能耗约增加7%。加氢裂化装置于2008年4月增加了一条制氢专线(二)，装置将经变压吸附后的高纯度氢气送加氢裂化专线，把高纯度氢气作为加氢裂化用氢，新氢纯度由97.7%提高到

46%～49%为电耗。因此，降低电耗是降低加氢裂化装置能耗的有效方式。

3.2.1高压贫胺液泵改造

高压贫胺液泵(P3003A/B)设计的额定流量为

99.9%。从2008年2月份和4月份数据可以看出，装置负荷在59%左右时，提高新氢纯度可以降低能耗50MJ/t(见表2)。当1.0Mt/a催化重整装置开工后，经变压吸附后的重整高纯度氢气，继续利用该专线送加氢裂化，来降低装置的能耗。

表2氢气纯度对能耗的影响

项目装置负荷率，%综合能耗/(MJ·t)

-1

142m3/h，正常流量为118m3/h。实际生产中，受原料硫含量达不到设计值3.2%以及贫胺液吸收效果好等因素影响，循环氢脱硫塔贫胺液实际用量为45～

60m3/h。由于贫胺液实际流量和设计值偏差较大，造成贫胺液泵运行效率低，仅为30%～40%。因此，

2008-02-01～29

59.61700.3

2008-04-02～23

59.11650

2009年6月对P3003B进行小叶轮更换改造，机泵额定流量由142m3/h降到70m3/h，泵轴功率由

782kW降到450kW，改造后机泵最小流量由53m3/h降到25m3/h。投用后，P3003B的小流量阀可以关死，在同样的贫胺液流量为55m3/h情况下，机泵电流从76A降到约68A，全年节电约59.8×104kW·h。

3.5操作优化

3.5.1维持适宜的氢油体积比

氢油体积比是加氢裂化装置的重要操作参数，直接影响加氢裂化反应过程、催化剂寿命和装置能耗。对某1.5Mt/a单段两剂全循环加氢裂化装置进行能量平衡测试时发现，在反应器的能量平衡中，循环氢带入的热量占反应器总热量的70％左右[4]，因此，可以判定氢油体积比对反应器的用能影响较大。降低氢油体积比可使循环氢压缩机的蒸汽用量减少，同时降低加热炉热负荷和燃料消耗以及空冷风机电耗。开工初期，加氢裂化装置精制反应器入口氢油体积比一度达到1500，这在增加循环机动力消耗的同时，也加大了换热系统的负荷。优化调整后，目前装置氢油体积比已降至1000左右。

3.2.2在新氢压缩机应用HydroCOM气量调节系统

加氢裂化装置新氢压缩机为往复式压缩机，其流量调节采用逐级返回的方式，在装置负荷较低或新氢压缩机裕量较大时，大量氢气从出口经返回线返回入口，如长时间在这种工况下运转，将导致大量电能无谓损耗，造成能耗的巨大浪费。Hydro

COM气量调节控制系统解决了这一缺点，其实质是回流调节，即部分在吸气阶段被吸入气缸的气体，在压缩阶段被重新推回吸气腔，减少压缩机每次循环过程中的实际压缩气量。装置新氢压缩机共设置3台，正常情况下为2开1备，新氢压缩机入口压力为2.4MPa，采用三级压缩，电机额定功率为

3.5.2降操作温度，减少燃料气消耗

热高压分离器操作温度的选择影响装置能耗。

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于长青.加氢裂化装置用能分析及节能措施

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对于同一装置，通常热高压分离器的操作温度越高，循环氢的纯度也越高，溶解氢量也越大，相应地补充氢的用量也就越大，同时反应加热炉的负荷也会增大。对于中油型的加氢裂化装置，若设置硫化氢汽提塔，建议热高压分离器的温度保持在220～

还有一定差距，还需要进一步的技术改造。

4.1增上变频电机

对于功率较大的机泵，增上变频电机，无疑是节能的有效途径。一般来说，只要电机实际负荷低于设计值的70%，且功率大于10kW，采用变频调节器就会产生良好的经济效益。广州石化加氢裂化装置额定功率在100kW以上的机泵有P3009、P3010、

250℃，这样既满足塔进料过汽化的温度要求，同时反应进料也可以多换热，降低了反应部分加热炉的负荷[5]。广州石化加氢裂化装置热高压分离器设计操作温度为260℃，实际操作中温度控制在245～

P3011、P3001、P3004等，在装置满负荷时，这些机泵的负荷一般保持在75%～85%，增上变频电机会有较好的节能效果。

高压空冷器A3001一共有8台，目前是通过调整风机叶片角度，开4台或全开8台来控制A3001出口温度。由于风机叶片角度调整幅度不大，造成

250℃，既充分利用反应热，降低反应加热炉负荷，又可以保证热高压分离器出口气体经换热器

E3004换热后，出口温度保持在190℃以上，避免铵盐结晶和系统压降增加。

广州石化加氢裂化装置分馏进料加热炉F3002的出口温度设计为385℃，而国内同类装置设计的出口温度一般为375℃，有10℃的温差。在实际操作中，分馏进料加热炉的出口温度按375℃进行控制，柴油和未转化油分割达到产品质量要求，各产品质量合格，不但降低了加热炉负荷，还减少了燃料气消耗。通过不断优化操作，加氢裂化装置燃料气单耗由2008年的11.26kg标油/t原料，降至2010年的6.63kg标油/t原料。

A3001出口温度不好控制，容易偏高或偏低。在其中4台空冷器增加变频器，来调节A3001出口温度，可以节约电耗，同时使冷高压分离器温度实现优化，减少反应加热炉燃料气消耗。相关资料显示，茂名石化加氢裂化装置2007年2月高压空冷A101增加4台变频器来调节A101出口温度，投用后每小时节电约40kW·h[6]。广州石化也可参考。

4.2低温热利用

加氢裂化装置生产过程中有很大一部分高品位能量变成了低品位(低温)能量，并以各种形式排至环境而损失掉，其利用程度对装置能耗有较大影响。将加氢裂化装置100℃以上物流的热量加以回收利用，则装置能耗可降低10％～20％。分析目前加氢裂化装置的实际情况，高压空冷器入口温度一般为140～150℃，由空冷降至50℃，重石脑油出装置温度需要由空冷和水冷从130℃降至40℃，航煤出装置温度由空冷从110℃降至90℃，尾油出装置温度需要由空冷从200℃降至90℃，柴油出装置前设计先用贫胺液冷却至100℃左右，再由空冷冷却至

3.5.3降低主汽提塔压力，减少蒸汽消耗

加氢裂化装置主汽提塔设计压力为0.9MPa，汽提蒸汽为中压蒸汽，通过对塔顶压力进行优化，将塔顶压力由0.9MPa调整为0.75MPa，把中压蒸汽改为低压蒸汽，用量保持不变。运行结果表明，汽提效果较好，产品质量合格，降低了蒸汽耗量。

3.5.4提高装置负荷率

加氢裂化装置保持高负荷运行对于装置节能降耗十分重要，国内某套加氢裂化装置负荷率与能耗的关系见表3[1]。装置负荷率低，很难进行优化操作。从表1也可以看出，从2008~2010年，广州石化加氢裂化装置处理量不断提高，负荷率从66%提高到97%，能耗降低趋势十分明显。

表3加氢裂化装置负荷与能耗关系

负荷率，%能耗/(MJ·t-1)

50℃出装置，由于贫胺液实际用量比设计用量少很多，造成柴油进空冷前实际温度比设计值（100℃）增加10～20℃，空冷冷却负荷更大。在这些冷却过程中消耗了电、循环水，增大了装置能耗。这些热量如果充分利用，可以达到良好的节能效果。

100基准

76基准+55.2

70基准+84.9

66基准+184.3

4.3采用旋流脱烃，继续提高循环氢纯度

在加氢裂化装置循环氢脱硫塔前设置轻烃聚结器，用于脱除循环氢中的轻烃。通过对聚结器进出口采样分析，发现循环氢中C5以上的烃组分基

4存在问题及今后的节能措施

经过技术改造和操作优化后，广州石化加氢裂化装置能耗显著降低，但是同国内同类装置对比，

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本没有脱除。镇海炼化1.5Mt/a加氢裂化装置使用循环氢脱烃旋流分离器，循环氢中C5以上烃组分的脱除率为78.7%～94.6%，降低了循环氢的相对分子质量，可使循环氢纯度提高2.2%，同时也降低了循环氢压缩机的能耗。建议广州石化加氢裂化装

[7]

参考文献：

[1]李立权.加氢裂化装置工艺计算与技术分析[M].北京：中国

石化出版社，2009：505-529.

[2]蹇江海，孙丽丽.加氢裂化装置的优化设计探讨[J].炼油技术

与工程，2004，34(11)：48-51.

[3]李立权.加氢裂化装置操作指南[M].北京：中国石化出版社，

2005：113-114.

[4]戴宝华，张英.加氢裂化装置用能三环节分析及改进[J].当代

化工，2007，36(1)：33-36.

置也采用旋流脱烃方法，进一步提高循环氢纯度。

5结语

广州石化加氢裂化装置通过贫液泵更换小叶轮、新氢压缩机应用HydroCOM气量调节系统、原料热进料、提高新氢纯度等节能改造，以及维持适宜氢油体积比，降低热高压分离器和分馏进料加热炉温度，降低主汽提塔压力等操作优化，装置能耗从2008年的1523MJ/t降至2010年的1150MJ/t。建议下一步通过增加变频电机、低温热利用、采用旋流脱烃等措施进一步降低能耗。

[5]刘利.加氢裂化装置工艺流程优化设计探讨[J].石油炼制与

化工，2008，39(10)：10-13.

[6]龙有.加氢裂化装置余热优化利用与节电改造[J].中外能源，

2007，12(5)：107-110.

[7]王铁刚，徐效梅，姚淑香.循环氢夹带高分油的分离研究[J].

当代化工，2010，39(3)：237-238.

(编辑常雪红)

AnalysisofEnergyEfficiencyofHydrocracking

UnitsandEnergy-SavingMeasures

YuChangqing

(SINOPECGuangzhouCompany，GuangzhouGuangdong510725)

[Abstract]SinopecGuangzhouCompany′s1.2Mt/ahydrocrackingunit，designedbyLuoyangPetrochemicalEn-gineeringCompany，usestheFF-26/FC-26one-stageseriesfullcirculationhydrocrackingtechnologydevelopedbytheFushunResearchInstituteofPetrochemicalProcessing.Theunit′senergyconsumptionhadlongstayedhighsinceitwentintooperation.Byanalyzingthedifferentcomponentsoftheenergyusebytheunit，re-searchersfoundthatelectricityaccountedfor46%-49%oftheunit′sactualenergyconsumption，fuelaccount-edfor23%-29%andsteamaccountedfor14%-16%，allmuchhigherthanthedesignedspecifications.Ase-riesofmeasuresweretakentooptimizetheperformanceoftheunitincludingreplacingtheimpellerofthehigh-pressureleanaminepumpwithasmallerone，introducingtheHydroCOMairregulatingsysteminfreshhydrogencompressors，feedinghotfeedstock，raisingthepurityoffreshhydrogen，maintaininganappropriatehydrogen/oilratio(atabout1000)，reducingtemperatureforthehigh-temperature，high-pressuresegregatorandthefeedheaterforthefractionationcolumn，loweringpressurefortheprimarystrippingcolumnandraisingtheloadfactoroftheunit.Asaresult，theunit′senergyconsumptiondroppedto1150MJ/tin2010from1523MJ/tin2008.Thisarticlerecommendssomeadditionalmeasurestofurtherreducetheunit′senergycon-sumption，includingaddingvariablefrequencymotors，recoveringlow-temperatureheatandintroducingvortexdealkylationtechnology.

[Keywords]hydrocrackingunit；energyconsumption；energysaving；measures

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vfa1.html