柴油加氫改質裝置節能措施效果評估

馬社忠，馬可望

（濮陽石油化工職業技術學院，河南 濮陽 457000）

河南豐利石化有限公司60萬t·a-1中芳烴加氫改質裝置采用雅保公司的 STARS 芳烴深度飽和加氫改質工藝技術，于2016年9月建成投產。該裝置以直餾柴油、催化柴油為原料，與氫氣進行加氫反應，生產低硫柴油，并副產少量酸性氣、石腦油，反應產物分離采用“冷高分＋冷低分＋汽提塔”工藝流程，設計壓力13.4 MPa，操作彈性60%～110%，年開工時間8 000 h。柴油加氫裝置作為煉油企業能源消耗較高的裝置類型，其節能降耗也是實現企業降低成本的關鍵[1]。

1 裝置能耗情況

該裝置設計能耗為每噸原料油20.29 kg標油，高于中石化同類裝置的能耗定額（每噸原料油12 kg標油），主要原因為電耗高，占該裝置總能耗的60%，因為該裝置設計氫耗較高，達到3.7%（質量分數），其次，該裝置設計操作壓力13.4 MPa，遠高于同類裝置的6.0～8.0 MPa操作壓力。在產品質量合格的情況下，該裝置正常操作壓力低于設計值，基本維持在9.2～9.5 MPa，有助于裝置能耗的降低。經統計，實際運行中該裝置電耗占總能耗的65%以上，降低電耗是實現裝置節能降耗的有效途徑。經統計，大功率用電設備為大型機組、高壓機泵，主要有原料油泵、高壓胺液泵、循環氫壓縮機、新氫壓縮機。

2 節能優化措施

2.1 新氫壓縮機增加無級調節系統

無級氣量調節系統能夠延遲進氣閥的關閉時間，部分氣體通過進氣閥返回進氣管路，這種狀態下多余的氣體沒有進行再次壓縮，而直接通向進氣管路，降低壓縮機的外回流無用功，以此實現新氫壓縮機電能消耗的有效降低[2]。

2.1.1 新氫壓縮機改造前狀況

裝置滿負荷生產期間，系統新氫消耗量為7 600～8 600 Nm3·h-1，在原料性質變化、加工負荷調整的時候，新氫消耗量也隨之變動。系統所需氫氣由往復式新氫壓縮機加壓至10.5 MPa左右，補入臨氫系統。該壓縮機由三級汽缸組成，其中一級汽缸1個，二級汽缸1個，三級汽缸2個，設有三級返一級回流線，用于調節壓縮機出口流量。同時設置有卸荷器，實現0、50%、100%三檔調節，壓縮機具體參數見表1。

表1 新氫壓縮機參數

由表1可知，新氫機的正常負荷約是設計量的30%～36%，為了滿足系統對氫氣的需求量，同時維持設備的良好運行，該壓縮機長期100%負荷運行，通過調整三返一回流閥開度，控制壓縮機出口流量。經統計，回流閥開度長期維持在40%左右，回流量7 500 Nm3·h-1左右，機組做無用功較多，電能浪費嚴重。經過測試，50%負荷能滿足系統對氫氣的需求，且用電量明顯降低，但50%負荷狀態下每個氣缸只有內側或外側做功，對于氣缸及缸套受熱變形不一致，活塞桿受力發生變化，由原來的交變應力變化為單一的擠壓或拉伸應力，長期使用很不安全?；诎踩c節電考慮，對該新氫機A增加無級氣量調節系統。

2.1.2 改造后效果

新氫機增加無級氣量調節系統后，實現0～100%的負荷調節，三返一回流閥開度由40%降至18%左右，回流量降至3 300 Nm3·h-1左右。無級氣量調節系統投用前后，新氫機單日耗電量變化如圖1所示，每日節電約9 000 kW·h，節電效果顯著。

圖1 新氫壓縮機單日用電量變化

2.2 循環氫壓縮機增加無極氣量調節系統

2.2.1 循環氫壓縮機改造前狀況

裝置滿負荷生產期間，循環氫壓縮機出口流量120 000 Nm3·h-1，新氫量7 600～8 600 Nm3·h-1，氫油體積比1 100左右，遠超過設計值568，裝置加氫深度較大，系統壓降較高，產品質量過剩，且能耗較高，系統循環氫量有較大調整空間。循環氫壓縮機具體參數見表2?？赏ㄟ^增加無級氣量調節系統，調整壓縮機負荷，降低循環氫量，進而降低電耗。

表2 循環氫壓縮機參數

2.2.1 改造后效果

循環氫壓縮機增加無級氣量調節系統后，裝置滿負荷生產期間，壓縮機負荷55%，循環氫量由120 000 Nm3·h-1降至75 000 Nm3·h-1，氫油體積比700左右，系統壓降有所降低，產品質量合格。單日用電量變化如圖2所示，每日節約電耗約4 300 kW。

圖2 循環氫壓縮機單日用電量變化

2.3 高壓胺液泵增加變頻器

該裝置需要用貧胺液脫除循環氫中的硫化氫，保證系統的脫硫效果。但高壓胺液輸送泵設計較大，實際運行過程中胺液用量為18 t·h-1左右，泵出口壓力為9.5 MPa左右。該泵具體參數見表3。

表3 高壓胺液泵參數

由表3可知，該機泵設計過大，為保證設備的正常運行，生產期間需要通過打開泵出口回流閥控制貧胺液進系統的量。經統計，裝置滿負荷生產期間，該泵出口回流閥開度50%左右，回流量約為35 t·h-1，能耗浪費嚴重，約有65%的節電空間。根據節能降耗的要求，經過研究決定，對該機泵A增加變頻器，實現降低電耗的目的。

2022年5月24日變頻器安裝完成后，開始投用。經過半個多月的觀察與調整，該機泵增加變頻后，運行平穩，泵出口回流閥處于關閉狀態，貧胺液量完全通過變頻器調節，頻率維持在39～40 Hz，投用前后單日用電量變化如圖3所示。經統計，該機泵電流由32 A降至7.8 A左右，用電量由11 850 kW·h·d-1降低到5 000 kW·h·d-1，每天節電6 850 kW·h，節電效果顯著。

圖3 胺液泵單日用電變化

2.4 投用熱進料

該裝置的進料方式一直為間接進料，即常柴、催柴出裝置前由空冷降至40 ℃以下進入罐區，然后經罐區直柴、催柴供料泵送入柴油加氫裝置，供料溫度在30～40 ℃之間。根據華賁教授“三環節”理論，能量綜合利用不僅應在獨立裝置中展開，還應在裝置與裝置間展開，在技術條件許可的條件下，進行最大程度的能量綜合利用（熱出料、直供料及低溫熱利用等）[3]。該裝置設有熱進料流程，但一直未投用，在節能降耗的要求下，開始逐步投用熱進料。熱進料投用完成后，通過優化操作，停用了罐區常柴、催柴付料泵，常壓裝置柴油空冷器、催化裂化裝置柴油空冷器部分電機停運，空冷器負荷明顯降低[4]。經過上述調整后，提高了柴油加氫裝置進料溫度，降低了原料加熱爐負荷，降低裝置能耗。經測算，柴油加氫進料溫度由原先的36 ℃提高至92 ℃，加熱爐負荷明顯降低，節約燃料氣約12 000 Nm3·d-1，節電3 360 kW·h·d-1。同時熱進料的投用，能夠降低中間儲罐使用率，提高全廠儲罐的調配能力。

3 下一步節能措施及建議

3.1 增設液力透平

該裝置設計高分油通過降壓閥至低壓分離罐，正常生產期間，高壓分離罐壓力9.5 MPa左右，低壓分離罐壓力1.05 MPa左右，建議增設液力透平回收高分油余壓能量[5]。該裝置長期處于滿負荷生產，經測算，加裝液力透平后，按78%的回收效率，其回收功率達44 kW，經濟效益非?？捎^。

3.2 提高加熱爐效率

本裝置燃料氣的消耗主要用于反應加熱爐的燃燒。反應加熱爐主要為進反應器原料提供熱量，保證加氫反應所需的溫度，加熱爐在使用中，其排煙溫度、煙氣氧含量等指標直接影響加熱爐效率。目前加熱爐含氧量控制在8%～10%，嚴重偏高，在保證爐子燃燒效果的前提下，可適當降低煙氣含氧量，盡量控制在2%～4%，以提高加熱爐效率，從而降低燃料氣的消耗[6]。

3.3 提高處理量

目前裝置處理量1 500 t·d-1，是設計負荷的83.3%，處理量仍有提升的空間，在條件允許的情況下，提高處理量至滿負荷生產，雖然總能耗有所升高，但裝置單耗會有明顯降低。

3.4 加強用水管理

雖然水的消耗在裝置綜合能耗中占比較小，但通過加強用水管理，在細微處采取節水措施，節水效果也非常明顯。例如，通過細化崗檢對裝置循環水使用情況的檢查，加強考核力度，關閉停用設備的循環水[7]。杜絕循環水浪費現象，減少循環水用量，如備用循環氫、新氫壓縮機水冷器在冬季打開回水閥的副線，關閉回水閥，減少循環水用量。

3.5 增設熱媒水換熱器

本裝置通過改用熱進料流程后，反應產物與原料換熱后，進入高壓空冷器溫度升高15 ℃至165 ℃左右，造成空冷器負荷較大，尤其是夏天，空冷降溫困難，此部分低溫熱能較多，有較大的利用價值?？紤]到后期裝置滿負荷運行，可在高壓空冷器前增設 1臺熱媒水換熱器，回收反應產物部分熱量，換熱后的熱媒水作為罐區重質原料油的加熱熱源，進行循環利用[8]。

4 結束語

綜上所述，60萬t·a-1中芳烴加氫改質裝置（即柴油加氫裝置）通過新氫壓縮機增加無級氣量調節系統、循環氫壓縮機增加無級氣量調節系統、胺液泵加裝變頻器、投用熱進料等節能措施，解決了裝置生產過程中能源利用效率低的問題，使裝置能耗大幅降低，滿足了企業發展的需求，取得了較好的經濟效益，為行業的節能優化工作提供了借鑒經驗。