PDF《0.2Mt/a 催化裂化装置用能分析与改进》

0 .

2M t / a催化裂化装置用能分析与改进 黄勇1,

2 王宁波3 王明峰3 张书勤1 张娟利1 马晓迅2 1. 陕西延长石油( 集团) 有限责任公司研究院 2. 西北大学化工学院 3. 陕西延长石油( 集团) 有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心 摘要借助物料衡算、 热量衡算、 动量衡算和能量平衡、 火用平衡的三环节理论, 对催化裂化装置的 反应 - 再生系统进行计算分析.结果表明, 过量主风和补燃干气造成烧焦罐线速高、 停留时间短、 氧浓度 低和水蒸气分压大, 导致催化剂活性降低, 烧焦利用热减少和回收利用率低, 装置能耗增加.通过降低 主风、 停烧干气、 减小回炼比和提高剂油比等措施降低工艺总用能;

改造余热锅炉, 以提高能量转化效 率;

优化换热、 减少过程火用损和热损失等改善能量回收率, 可降低能耗3 1.

0 4%, 节能效果明显. 关键词 催化裂化 能耗 节能 中图分类号: T E

6 2 4. 4+

1 文献标志码: B D O I :

1 0.

3 9

6 9 / j . i s s n .

1 0

0 7 -

3 4

2 6.

2 0

1 5.

0 2.

0 0

7 E n e r g yc o n s u m p t i o na n a l y s i sa n d i m p r o v e m e n t o f 0.

2 *

1 0

6 t / ac a t a l y t i cc r a c k i n gu n i t H u a n gY o n g 1,

2 , W a n gN i n g b o

3 , W a n gM i n g f e n g

3 , Z h a n gS h u q i n

1 , Z h a n gJ u a n l i

1 ,M aX i a o x u n

2 ( 1. I n s t i t u t e o fS h a a n x iY a n c h a n gP e t r o l e u m ( G r o u p) C o. , L t d, X i '

a n7

1 0

0 7 5, C h i n a) ( 2. S c h o o l o fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g, N o r t h w e s tU n i v e r s i t y, X i '

a n7

1 0

0 6 9, C h i n a) ( 3.H y d r o c a r b o nR e s e a r c hC e n t e ro fS h a a n x iY a n c h a n gP e t r o l e u m ( G r o u p) C o. , L t d, X i '

a n7

1 0

0 7 5, C h i n a) A b s t r a c t : B a s e do n t h e t h r e e - l i n kt h e o r yo f t h em a t e r i a l b a l a n c e , n a m e l yh e a tb a l a n c e , m o m e n t u m b a l a n c e , a n de x e r g yb a l a n c e , t h er e a c t i o n - r e g e n e r a t i o ns y s t e m w a sc a l c u l a t e d .R e s u l t ss h o w e dt h a t e x c e s s i v e f l u i d i z a t i o na i ra n db u r n i n gd r yg a sw o u l dl e a dt oh i g hv e l o c i t y , s h o r tr e s i d e n c et i m e , l o w o x y g e nc o n c e n t r a t i o na n dh i g hp a r t i a lp r e s s u r eo fs t e a mi nt h ec o k e - b u r n i n gd r u m.M e a n w h i l e , i t w o u l dr e d u c e c a t a l y s t a c t i v i t y , t h eb u r n i n gh e a t a n dr e u t i l i z a t i o no f e x h a u s t - h e a tb o i l e r , w h i c hc a u s e d t h e i n c r e a s i n go fu n i t e n e r g yc o n s u m p t i o n . B yd e c r e a s i n gt h ea i r f l o w, s t o p p i n gb u r n i n gt h ed r yg a s , r e d u c i n gg a s o l i n er e c y c l er a t i oa n d i n c r e a s i n gt h er a t i oo fc a t a l y s t t oo i l , t h ee n e r g yc o n s u m p t i o nc a n b er e d u c e d . T h ee n e r g yt r a n s f o r m se f f i c i e n c yw a s i m p r o v e db yr e f o r m i n gt h ew a s t eh e a tb o i l e rw h i c h c o u l do p t i m i z e t h eh e a t e x c h a n g e , r e d u c e t h eh e a t t r a n s f e re x e r g yl o s sa n ds oo n .T h ee n e r g y - s a v i n g e f f e c t i so b v i o u sa n dt h e t o t a l e n e r g yc o n s u m p t i o no fd e v i c e s r e d u c e db ya b o u t

3 1.

0 4%. K e yw o r d s : f l u i dc a t a l y t i cc r a c k i n g , e n e r g yc o n s u m p t i o n , e n e r g y - s a v i n g 催化裂化是炼油厂重要的二次加工工艺, 在重质 原油轻质化过程中发挥积极作用, 但在生产轻质燃料 的同时会消耗大量能源.操作状况的优劣直接影响装 置用能水平, 关系到全厂综合能耗和经济效益.与国 外同类催化裂化装置的能耗相比, 我国催化裂化装置 能耗较高(

5 0 0~10

0 0 M J / t ) .通过采用先进的工艺

3 3 石油与天然气化工第4 4卷第2期CHEM I C A LE N G I N E E R I NG O FO I L &

G A S 作者简介: 黄勇(

1 9

8 3-) , 男, 陕西西安人, 工程师,

2 0

1 0年毕业于西安石油大学化学工艺专业, 工学硕士, 在职博士, 现任职于 陕西延长石油( 集团) 有限责任公司研究院, 从事煤化工研究工作, 已发表论文1 0篇.E - m a i l : x u e

7 3 1@1

6 3. c o m 技术、 优化操作条件, 降低装置能耗, 缩短国内外差距, 提高市场竞争能力, 是催化裂化装置亟待解决的问题. 针对某厂0. 2M t / a催化裂化装置出现产品分布 恶化、 结焦情况严重、 加工剂耗大和综合能耗高等问 题, 通过对反应 - 再生系统进行物料、 热量、 动量平衡计 算以及能量平衡、 火用 平衡的三环节理论, 考察装置的 加工能力、 产品收率和能耗分布等情况, 分析能耗高的 主要原因, 提出降低装置能耗的优化节能措施.

1 装置特点 某厂0.

2 M t / a催化裂化装置以大于3

5 0 ℃的常 压渣油为原料, 由反应 - 再生、 分馏、 吸收稳定和产品精 制( 液化气脱硫、 粗汽油脱硫醇等) 等部分组成.反应 器和再生器采用高低并列式, 提升管应用新型原料雾 化喷嘴、 分层进料技术和终止剂技术等, 沉降器采用新 型单级旋风分离器和新型汽提挡板技术, 采用前置烧 焦罐高效再生.

2 数据计算与分析 2.

1 物料平衡 为了反映回炼油和油浆对催化裂化反应的影响程 度, 在相同的反应再生温度和不同回炼比( 工况

1、 2) 的条件下, 以工况1为基准, 借助物料平衡分析装置用 能水平[ 1] , 见表1. 表1 物料平衡 T a b l e1 M a t e r i a l b a l a n c e 项目 工况1 回炼比0.

5 4 工况2 回炼比0.

2 0 质量流量/ ( t ・h-1 ) 比例/% 质量流量/ ( t ・h-1 ) 比例/% 设计值 入方冷进料 7.

2 6

4 3.

9 6 6.

8 0

4 1.

4 6 热进料 9.

2 6

5 6.

0 4 9.

5 9

5 8.

5 4 合计

1 6.

5 2

1 0 0.

0 0

1 6.

3 8

1 0 0.

0 0

1 0 0.

0 0 出方干气/损失 1.

7 6

1 0.

6 7 / 0.

6 2 1.

7 3

1 0.

5 3 / 0.

5 8 3.

8 0 液化气 1.

5 9 9.

6 4 1.

7 4

1 0.

6 5

1 3.

7 0 汽油 5.

9 5

3 6.

0 0 6.

2 2

3 7.

9 4

4 2.

0 0 柴油 5.

7 5

3 4.

7 7 5.

0 2

3 0.

6 5

3 4.

0 0 油浆 0.

0 0 0.

8 5 0.

0 0 焦炭 1.

3 7 8.

3 0 1.

4 4 8.

8 0 6.

5 0 合计

1 0 0.

0 0

1 0 0.

0 0

1 0 0.

0 0 由表1可知, 难裂解的稠环芳烃吸附在催化剂表 面, 恶化催化剂的环境.在相同操作条件下, 回炼比由 0.

5 4降至0. 2, 催化原料中难裂解的稠环芳烃减少, 原 料可裂化性提高, 减少对催化剂的污染, 改善反应体系 的催化活性和选择性, 催化剂的重油转化能力增强. 2.

2 热量平衡 通过反应 - 再生系统的热量平衡计算, 确定物流的 能量分布.详见表2. 表2 热量平衡 T a b l e2 H e a tb a l a n c e 再生系统 反应系统 项目 热量/ MW 比例/ % 项目 热量/ MW 比例/ % 入方焦炭、 干气燃烧放热

1 9.

8 51

0 0.

0 0 入方催化剂带入热量 8.

4 5

9 0.

9 0 焦炭吸附热 0.

8 5 9.

1 0 出方主风升温热 4.

6 3

2 3.

3 3 水蒸气升温热 0.

0 7

3 0.

3 7 焦炭升温热 0.

2 8 1.

3 9 焦炭脱附热 0.

8 5 4.

2 6 外取热器取热 1.

9 0 9.

5 6 散热损失 3.

3 4

1 6.

8 4 催化剂带走热量 8.

4 5

4 2.

5 8 燃料气升温热 0.

3 3 1.

6 7 合计19.

8 51

0 0.

0 0 出方原料升温汽化热 4.

5 4

4 8.

7 9 回炼油升温热 0.

5 8 6.

2 3 油浆升温汽化热 1.

0 1

1 0.

8 8 提升干气升温热 0.

5 7 6.

1 1 水蒸气升温热 0.

2 4 2.

5 2 散热损失 1.

0 7

1 1.

4 5 总反应热 1.

3 0

1 4.

0 2 合计9.

3 11

0 0.

0 0 由表2可知, 主风升温吸热4.

6 3 MW, 占焦炭、 干 气燃烧放热量的2 3.

3 3%, 是能耗的主要构成.反应 器和再生器的散热损失分别为1.

0 7 MW 和3.

3 4 MW, 占总输入热量的1 1.

4 5%和1 6.

8 4%, 远大 于设计值( 6%~7%) , 造成能耗指标偏高[

2 - 3] . 2.

3 动量平衡 对反应 - 再生系统中的线速度、 停留时间、 催化剂 藏量和烧焦强度等参数进行计算, 分析余热锅炉的换 热效果. 2. 3.

1 反应系统 高温再生剂在原料油喷嘴处与大分子原料油发生 反应.含催化剂颗粒的反应油气在一级旋风分离器、 二级旋风分离器中分离, 过热油气进入分馏塔;

催化剂 经水蒸气作用, 使吸附的油气解吸, 待生剂经滑阀进入 再生器, 操作参数详见表3. 由表3可知, 提高回炼比, 反应油气的体积流量增

4 3 黄勇 等0.

2 M t / a催化裂化装置用能分析与改进

2 0

1 5 大, 在一旋、二旋和油气管线的线速度分别为14.

8 0m / s 、

1 7.

3 9m / s和2 8.

2 6m / s , 均低于设计值. 反应油气在沉降器的停留时间增加, 在旋风料腿和沉 降室顶部等处发生缩合生焦反应, 产生大量焦炭. 表3 反应系统操作参数 T a b l e3 O p e r a t i o np a r a m e t e r so f r e a c t i o ns y s t e m 项目 实际值/设计值 项目 实际值/设计值 催化剂总循环量/ ( t ・h-1 )

1 3 5.

3 /

2 0

0 剂油比 5.

4 / 8.

0 提升管入口线速度/ ( m・s-1 ) 7.

3 7 / 提升管出口线速度/ ( m・s-1 )

1 4.

6 7 /

1 5.

0 0 提升管平均线速度/ ( m・s-1 )

1 0.

6 1 / 提升管停留时间/ s 3.

0 5 / 3.

0 0 一旋入口线速度/ ( m・s-1 )

1 4.

8 0 /

1 5.

5 0 一旋停留时间/ s 0.

4 1 / 二旋入口线速度/ ( m・s-1 )

1 7.

3 9 /

2 1.

3 0 二旋停留时间/ s 0.

1 4 / 沉降器停留时间/ s 4.

5 7 / 油气管线流速/ ( m・s-1 )

2 8.

2 6 /

3 4.

5 4 2. 3.

2 再生系统 含炭量较高的待生催化剂通过主风烧去催化剂上 的焦炭, 恢复活性后经再生斜管送回反应器循环使用. 烧焦产生的高温烟气进入余热锅炉回收热量后排入大 气, 操作参数详见表4. 表4 再生系统操作参数 T a b l e4 O p e r a t i n gp a r a m e t e r so f r e g e n e r a t i o ns y s t e m 项目 实际值/设计值 项目 实际值/设计值 烧焦罐停留时间/ m i n 2.

0 3 / 再生器停留时间/ m i n 9.

4 1 / 烧焦罐烧焦强度/ ( k g・( t ・h) -1 )

2 3 7.

6 / 再生器烧焦强度/ ( k g・( t ・h) -1 )

1 2.

8 / 烧焦罐线速/ ( m・s-1 ) 1.

6 1 / 1.

4 3 再生器密相线速/ ( m・s-1 ) 0.

8 4 / 0.

8 5 烟气管线线速/ ( m・s-1 )

2 1.

3 0 / 再生器稀相线速/ ( m・s-1 ) 0.

4 9 / 0.

5 5 受原 料来源的限制, 装置的加工量为设计值68%, 为保持催化剂的正常流化, 再生系统中通入主 风.根据烟 气组成和主风耗氧量, 计算耗风指标为15.

2 1m3 / k g焦炭(

2 0℃,

1 0 1.

3 2 5k P a , 下同) , 实际主 风量为2

80 0

0 m3 / h, 大于理论值2

10 0

0 m3 / h, 过量 的主风使再生温度偏低.通过补燃干气, 弥补过量主 风的升温吸热, 维持适宜的再生温度. 干气燃烧产生的水蒸气与主风进入烧焦罐, 水蒸 气分压为正常主风时的3倍以上.高温下会加快催化 剂的水热失活, 使催化剂的流化、 催化性能下降.再生 剂中直径 ........