350万t·a-1柴油加氢裂化装置节能优化及应用

于洋洋，陈国栋，葛依明

（浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200）

1 装置概况及工艺流程特点

1.1 350万t·a-1柴油加氢裂化装置概况

浙江石油化工有限公司 4 000 万t·a-1炼化一体化项目350万t·a-1柴油加氢裂化装置，由中国石化洛阳工程有限公司设计。该装置采用UOP公司提供的固定床两段式全循环柴油加氢裂化技术。UOP提供全套的加氢裂化催化剂，该催化剂系统具有脱金属、加氢精制、加氢裂化等功能。装置以直馏柴油、催化柴油、浆态床渣油加裂装置柴油和石脑油为原料，主要生产催化重整装置原料重石脑油，副产轻石脑油。该装置同时设置轻烃回收及产品精制部分，将本装置及蜡油加氢裂化装置的粗石脑油、酸性气、低分气，蜡油加氢处理装置的酸性气、低分气、柴油加氢精制装置的酸性气、低分气、石脑油加氢装置的酸性气进行轻烃回收及精制，生产精制液化气和脱硫干气、脱硫低分气。

装置由反应部分（含两段反应部分、循环氢脱硫、循环氢压缩机）、新氢压缩机部分、分馏部分、轻烃回收部分、产品精制部分组成。

1.2 350万t·a-1柴油加氢裂化装置工艺流程特点

根据装置原料油性质及目标产品的质量要求，采用 UOP 两段全循环柴油加氢裂化工艺技术。反应部分设置一台一段加氢反应器和一台二段加氢反应器。新鲜进料在一段反应器内进行加氢精制和加氢裂化反应, 分馏塔底未转化柴油进入二段反应器进一步进行加氢裂化反应。

采用热高分流程，提高反应流出物热能利用率，降低能耗；两段反应共用一套高分设施，节省占地及操作费用。

设置循环氢脱硫设施，降低反应系统操作压力，并减缓设备腐蚀等。

2 节能优化方案

2.1 电消耗节能优化

2.1.1 一、二段进料泵电能节能优化

浙江石油化工有限公司 4 000 万t·a-1炼化一体化项目350万t·a-1柴油加氢裂化装置，共拥有4台进料泵，分别是2台一段进料泵以及2台二段进料泵，为充分回收热高分底油以及冷高分底油的压力能，在设计上将热高分底油接入一段进料泵液力透平，将热高分底油的压力能转换给一段进料泵液力透平的机械能作为一段进料泵的动力源。同理，将冷高分底油引入二段进料泵，将冷高分底油压力能转换为二段进料泵液力透平机械能作为二段进料泵的动力源，从而达到节省电能的目的。一段及二段进料泵主要性能参数如表1所示。

表1 一段、二段进料泵主要性能参数

2.1.2 分馏塔底重沸炉泵电能节能优化

分馏塔底重沸炉泵是柴油加氢裂化装置分馏系统功率最大的机泵，同时也是分馏系统出口流量最大的机泵。原设计是采用3台功率为710 kW电机驱动机泵，运行过程中采用两开一备方案，但考虑到装置高压蒸汽比较充沛，电能相对紧张的实际情况，设计上对3台分馏塔底重沸炉泵中的一台改造成汽轮机驱动，采用4.2 MPa高压蒸汽作为汽轮机气源，排除0.5 MPa低压蒸汽，同时保证此台汽轮机驱动机泵长期运行，另外两台电驱动机泵根据需要进行切换，从而节省装置电力消耗。

2.2 水消耗节能优化

2.2.1 高效复合空冷水节能优化

柴油加氢裂化装置共有12台高效复合空冷器，其中产品分馏塔顶空冷器8台，单台管束规格为9.15 m×3.2 m，换热管规格为φ32 mm×2.5 mm，水箱尺寸为9.15 m×3.2 m×0.42 m，正常运行需水量约为12 m3。石脑油分馏塔顶空冷器4台，单台管束规格为9.15 m×3.2 m，换热管规格为φ32 mm×2.5 mm，水箱尺寸为12 m×3.2 m×0.42 m，正常运行需水量约为16 m3。在装置运行期间，随着空冷器水分的蒸发消耗，需要间断补充除盐水，但在使用过程中，补充除盐水过程中易发生冒罐现象，导致除盐水外溢现象频发，根据以往经验，可以采取增设调节阀来控制水箱液位，但投资增加较大，并且在使用中，调节阀调节精度不易控制，同样易造成水箱溢流现象。根据以上情况，制造厂采取了浮球连杆结构的方案，通过液位变化改变浮球高度，通过连杆最终调节上水阀上水或者停止上水。从而达到减少操作人员劳动强度和节约除盐水的目的。

2.2.2 离心式压缩机组水节能优化

柴油加氢裂化装置离心式压缩机机组汽轮机采用的凝汽式汽轮机，型号为NK40/45。因浙石化二期循环水用水相对紧张，在设计上，对于汽轮机出口蒸汽冷却问题，采用空冷冷却，高压蒸汽经过汽轮机完成能量转化后，排除的蒸汽及凝结水混合物通过汽轮机出口负压的作用进入空冷岛冷却，空冷岛包含48片空冷管束、6台功率160 kW风机以及蒸汽汇流管等部分，通过空冷岛冷却后形成凝结水自流流入热井中，通过热井底部的凝结水泵，将产生的凝结水送入凝结水管网回收利用。

汽轮机空冷系统的应用，对于循环冷却水紧张的装置，节省的循环水用量，利用空冷器冷却方式维持汽轮机稳定运转。空冷器结构示意图如图1所示。

图1 空冷器结构示意图

2.3 燃料气消耗节能优化

2.3.1 加热炉余热回收系统燃料气节能优化

柴油加氢裂化装置共有3台加热炉，由江苏焱鑫科技集团承制，均为方箱炉，底烧式，共有90台燃烧器，全部为低氮燃烧器。加热炉余热回收系统包含2台鼓风机、1台引风机、一套空气预热器及烟风道、烟道阀门等。

加热炉出口约210 ℃烟气经过空气预热器与鼓风机出口空气换热器，温度降低至约105 ℃左右后通过引风机排入烟囱。通过换热，加热炉顶出口烟气将热量传递给鼓风机出口入炉空气，提升了加热炉入炉空气温度，从而有效降低了能源消耗。

3 电消耗节能优化效果分析

3.1 电消耗节能优化效果分析

由液力透平功率计算公式：

式中：NR—液力透平在设计条件下每小时所能回收的功率，kW；

Qt—进入液力透平的流量；

Ht—通过液力透平的扬程降，m;

ρ—通过夜里透平的液体密度；

η—液力透平的效率，%。

通过一二段进料泵液力透平的使用以及分馏塔底重沸炉泵汽轮机的使用，有效降低了电能消耗，依据液力透平回收功率计算公式，按照机泵年运行8 000 h，按照装置满负荷运转状态计算，其年节省电能如表2所示。

表2 装置电耗节能状况表

当以上3台液力透平和汽轮机投用后，装置在额定状况运行时，年可节省电能约1 525万kW·h，按每kW·h价格0.6元计，年可节省用电费用900万以上。

3.2 水消耗节能优化效果分析

高效复合空冷器水箱采用浮球-连杆控制进水阀后，有效的降低了操作人员的劳动强度，同时，对空冷器水箱用除盐水也起到了防止溢流，降低除盐水浪费作用。

空冷岛在凝汽式汽轮机上的应用，通过空冷冷却汽轮机出口蒸汽方式，避免了循环冷却水的应用。同时将每小时产生的42 t左右凝结水平稳地送出装置，按照同等型号汽轮机，每小时可节约循环水用水2 000 t以上。

3.3 燃料气消耗节能优化效果分析

加热炉余热回收系统的应用，利用加热炉顶出口烟气的热量与入炉空气换热，有效的提高了入炉空气温度，是入炉空气由室温增加至120 ℃左右，从而提高加热炉热效率，通过柴油加氢裂化装置前期平稳运行计算，柴油加氢裂化装置3台加热炉热效率均可达到92%以上。

4 结论

1)柴油加氢裂化装置能耗主要是燃料气消耗以及电耗，其次是水消耗以及蒸汽消耗等，在进行装置节能优化时，要首先优化能耗量大、能源转化率底的设备，其次要根据装置工艺特点，重点优化装置多余能量等，从而达到对整个装置进行有效的节能优化目的。

2)装置节能优化改造后，要根据装置工艺特点和生产状况，适时投入节能设备，如加氢装置进料泵液力透平，在投用前，首先要保证装置要达到一定的生产负荷以保证液力透平正常运转，其次也要保证系统管线清洁度，特别是对于新开工装置，不可一开工就投用，以免介质脏频繁切泵清理过滤器，待管线基本清洁后，再投用液力透平。

3)对于近些年应用较多的汽轮机空冷岛，虽然对于循环水用水紧张的企业起到了节省循环冷却水的目的，但是在开工之初，由于汽轮机空冷系统大，建设施工过程中很难保证系统清洁度，特别是管线、系统中附着的铁锈等，有可能会造成开工前期汽轮机凝结水铁离子超标而无法外送，在此之前，要重点考虑若系统铁离子长时间不合格时，公用系统除盐水系统对铁离子的承受能力以及凝结水无法进入凝结水系统时的外排方案。

4)炼油装置的节能优化，首先是在装置稳定运行的基础上进行的，不可一味追求节能而导致装置频繁操作，反而造成装置整体的能源浪费，节能与装置稳定运行会有一个最优交叉点，优化方案的实施要尽可能贴近这个交叉点就可以实现节能的最优化。