催化裂化裝置吸收穩(wěn)定流程的節(jié)能優(yōu)化

朱大亮，鄭志偉，李 倩，謝恪謙

（中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，山東 青島266071）

催化裂化裝置是煉油廠的核心裝置，也是主要能耗裝置，對催化裂化裝置實施節(jié)能優(yōu)化具有重要意義。催化裂化過程的能耗除化學(xué)反應(yīng)熱移入產(chǎn)品外，其它能量都通過不同途徑散失于周圍環(huán)境之中，減少這部分能量可達到節(jié)能的目的［1］。本課題以催化裂化裝置節(jié)能優(yōu)化為背景，應(yīng)用PROⅡ流程模擬軟件，對某煉油廠新建500kt/a兩段提升管催化裂解多產(chǎn)丙烯裝置（TMP）吸收穩(wěn)定部分流程進行了節(jié)能優(yōu)化模擬，提出了流程優(yōu)化的具體措施。

1 模擬方案

圖1 吸收穩(wěn)定部分常規(guī)流程

以500kt/a TMP裝置為例，應(yīng)用PROⅡ流程模擬軟件進行模擬，對其節(jié)能效果進行評析。圖1為吸收穩(wěn)定部分常規(guī)流程。由圖1可見，壓縮富氣、解吸塔塔頂氣與富氣洗滌水匯合后進入氣壓機出口空氣冷卻器（空冷器），然后與吸收塔塔底油混合后進冷卻器冷卻至40℃左右，與氣壓機級間凝液混合后進入氣壓機出口油氣分離器，分離后的氣體進吸收塔吸收C3～C4組分，凝縮油進解吸塔解吸C2組分。圖2為改進后新流程，即壓縮富氣、吸收塔塔底油、解吸塔塔頂氣和酸性水混合進入平衡罐，將其凝縮油作為一股熱進料進解吸塔中上部，氣相經(jīng)過冷凝與氣壓機級間凝液混合后進入氣壓機出口油氣分離器，分離后的氣相進吸收塔，液相作為一股冷進料進解吸塔頂部。圖2虛線部分冷卻器為模擬時設(shè)置的中間冷卻器，用以改變混合物流冷卻后的溫度。進氣壓機的富氣組成見表1。

圖2 吸收穩(wěn)定部分改進后新流程

表1 富氣組成

2 模擬結(jié)果與分析

采用新流程，壓縮富氣、吸收塔塔底油、解吸塔塔頂氣和富氣洗滌水混合后的溫度為73℃。改變解吸塔熱進料溫度，進行多方案模擬，以確定適宜的熱進料溫度。方案一為常規(guī)流程，方案二為中間冷卻器冷卻后溫度設(shè)置60℃，方案三為中間冷卻器冷卻后溫度設(shè)置65℃，方案四為中間冷卻器冷卻后溫度設(shè)置70℃，方案五為壓縮富氣、吸收塔塔底油、解吸塔塔頂氣和富氣洗滌水混合后不經(jīng)冷凝，液相作為解吸塔熱進料。在模擬過程中，保證干氣和液化氣產(chǎn)品質(zhì)量合格并且穩(wěn)定，其中干氣產(chǎn)品中C3＋體積分數(shù)控制在0.85%～0.95%，液化氣產(chǎn)品中C2組分體積分數(shù)控制在0.4%～0.5%，C5＋ 體積分數(shù)為0.4%。不同方案下工藝參數(shù)對比情況見表2，不同方案下各再沸器負荷與冷凝器負荷見表3。

表2 工藝參數(shù)對比

表3 不同方案下各再沸器負荷與冷凝器負荷 MJ/h

從表2可以看出，采用新流程后，隨著中間冷卻器冷卻后溫度升高，吸收塔氣相進料量增大，吸收塔塔底溫度逐漸升高，穩(wěn)定汽油吸收劑用量增加，穩(wěn)定塔溫度基本沒有變化，穩(wěn)定塔進料量增加。從表3可以看出，隨著冷后溫度升高，解吸塔塔底再沸器負荷逐漸降低，而穩(wěn)定塔塔底再沸器負荷升高，蒸汽再沸總負荷（解吸塔塔底再沸器＋穩(wěn)定塔塔底再沸器）降低。穩(wěn)定塔塔頂冷凝器、吸收塔一中冷卻器、吸收塔二中冷卻器負荷逐漸升高，壓縮富氣冷凝負荷（中間冷卻器＋富氣空冷器＋冷凝冷卻器）逐漸降低，冷凝冷卻器總負荷降低。因此新流程采用方案五，即壓縮富氣、吸收塔塔底油、解吸塔塔頂氣和富氣洗滌水混合后不經(jīng)冷凝，液相作為解吸塔熱進料可得到最大的節(jié)能效果。

隨著中間冷卻器冷卻后溫度變化，方案二～方案五解吸塔熱進料中C1～C2組分體積分數(shù)分別為5.69%，4.96%，4.36%，4.14%，平衡罐罐頂富氣中C3～C4組分質(zhì)量分數(shù)分別為47.61%，50.44%，52.36%，53.24%。由此可見，隨著中間冷卻器冷卻后溫度升高，解吸塔熱進料中C1～C2組分的含量逐漸降低，而平衡罐罐頂富氣中C3～C4組分含量逐漸升高。混合物流在平衡罐內(nèi)近似于平衡汽化過程，根據(jù)相平衡原理，當(dāng)一個液相混合物進行平衡汽化時，所生成氣相中的輕組分濃度要比原始液相混合物中的高，而剩余液相中輕組分的濃度則比原始混合物中的低。隨著汽化溫度的升高，汽化量增大，平衡汽液相中輕組分的濃度逐漸減小［2］。新流程氣液一次分離后溫度升高，導(dǎo)致解吸塔熱進料中輕組分C1～C2含量減小，而平衡罐頂富氣中C3～C4組分含量升高。

采用方案五，解吸塔冷、熱進料中C1～C4輕組分組成見表4。

表4 新流程雙股進料C1～C4組分組成

通過對比表4中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，熱進料中C1～C4的體積分數(shù)低于冷進料中C1～C4的體積分數(shù)，同時熱進料為飽和進料，進料溫度應(yīng)與進料塔塔板處的溫度相近，因此熱進料進料位置低于冷進料進料位置。

常規(guī)流程中解吸塔進料全部為40℃冷進料，而新流程具有雙股進料的特點，且不同于文獻［3］中同組成、不同溫度下的雙股進料。若采用同組成、不同溫度的雙股進料，則靠下方的進料會嚴重干擾塔內(nèi)氣液相正常的組成分布，影響分離效果，造成兩股進料之間的塔板失效，并且熱進料越靠近塔的下方，傳質(zhì)干擾越大，分離效果越差［4］。

由模擬結(jié)果可知，熱進料中輕組分組成低于冷進料中輕組分組成，因此熱進料不會破壞合理的濃度分布，避免了返混問題，不會造成塔板的傳質(zhì)浪費。同時熱進料帶入的大量熱量使解吸塔塔底再沸器負荷大大降低。由于氣液一次分離溫度升高，氣相量增大，C3～C4組分更多的進入氣相，而氣壓機出口油氣分離器中液相量減小，導(dǎo)致吸收塔氣相進料量增大，需要更多的穩(wěn)定汽油吸收劑。系統(tǒng)循環(huán)汽油量增大，穩(wěn)定塔內(nèi)氣液相負荷升高，穩(wěn)定塔塔內(nèi)溫度梯度基本不變，因此穩(wěn)定塔再沸器負荷略有升高，但蒸汽再沸器總負荷降低。

解吸塔熱進料不再經(jīng)過冷凝，因此壓縮富氣冷凝負荷降低。由于吸收塔塔內(nèi)氣液相負荷增大，吸收塔溫度上升，因此吸收塔中段取熱量增大，同時穩(wěn)定塔塔頂冷凝負荷增大，但系統(tǒng)整體冷凝負荷降低。

3 能耗計算

通過模擬計算可知，穩(wěn)定汽油吸收劑用量的增加導(dǎo)致整個吸收穩(wěn)定部分循環(huán)汽油量增大，會增加機泵的能耗。機泵軸功率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5。

表5 機泵軸功率統(tǒng)計 kW

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算節(jié)約蒸汽量、循環(huán)水量和增加的耗電量，量化其節(jié)能效果，計算結(jié)果見表6。

表6 節(jié)能量計算 kW

由表6可以看出，采用新流程整個裝置能耗降低44.04MJ/t，節(jié)能效果顯著。

4 結(jié) 論

對某煉油廠新建500kt/a兩段提升管催化裂解多產(chǎn)丙烯（TMP）裝置吸收穩(wěn)定部分流程進行了節(jié)能優(yōu)化模擬，提出了流程優(yōu)化的具體措施。催化裂化裝置氣壓機出口部分流程布置時，壓縮富氣、吸收塔塔底油、解吸塔塔頂氣和酸性水混合進入平衡罐，將其凝縮油作為一股熱進料進解吸塔中上部，氣相經(jīng)過冷凝與氣壓機級間凝液混合進氣壓機出口油氣分離器，分離器中氣相進吸收塔，液相作為一股冷進料進解吸塔頂部。采用新流程可以避免解吸塔全部進料先冷凝再吸熱解吸，同時避免了返混問題，其熱量得到了有效利用。通過采取新流程，裝置能耗降低44.04MJ/t，節(jié)能效果顯著。

［1］陳俊武.催化裂化工藝與工程［M］.2版.北京：中國石化出版社，2005：84－85

［2］沈復(fù)，李陽初.石油加工單元過程原理（下冊）［M］.北京：中國石化出版社，1996：108－111

［3］鄭嶺，杜英生，王穎昕.吸收穩(wěn)定系統(tǒng)解吸塔雙股進料工藝的探討［J］.化學(xué)工程，1995，23（5）：39－43

［4］陸恩錫，張慧娟，陳志奎，等.催化裂化裝置解吸塔工藝條件全面分析［J］.化學(xué)工程，1998，26（1）：29－32