淺析催化裂化裝置節能降耗的有效措施

梁棟 蔡冬珠 王琴 周軍 孫有房

（中國石油塔里木油田分公司塔西南石化廠）

引言

隨著原油價格的不斷攀升，為降低煉油成本，滿足節能減排的時代要求，降低催化裂化過程的能量消耗已成為各煉廠追求目標。在此背景下，各種節能技術措施相繼涌現，使催化裂化裝置能耗持續降低，為企業降本增效、節能減排做出貢獻。

催化裂化裝置用能具有總輸入能多，低溫熱多，蒸汽用量多而分散，可回收利用能數量大等特點[1]。通過催化裂化裝置用能分析，必須采取針對性措施，在降低生產成本的同時，盡可能回收能量，增加能量外輸，全方位降低能耗。

表1 塔西南石化廠催化裂化裝置能耗結構

由表1可知，燒焦、電能和蒸汽消耗占到催化裂化裝置總能耗的91%，因此，針對催化裂化裝置的能耗開展節能降耗工作很有必要。

1 降低催化裂化反應過程中的焦炭產率

催化裂化所產焦炭主要分為催化焦、劑油比焦、污染焦和附加焦。催化劑表面結的焦炭就是這四種焦的總和。焦炭是催化裂化裝置中占比重最大的能耗，在催化裂化裝置總能耗中所占比例超過100%，由于焦炭能耗高，因此成為裝置節能的重點。

1.1 工藝設備應用

降低焦炭產率的工藝設備，主要集中在預提升段、原料噴嘴、提升管出口快分、汽提段等處。目前新型工藝設備較多，利用這些工藝設備可改善提升管催化劑流化狀態，改變原料、尤其是重質原料的霧化狀態，縮短反應生成油氣與催化劑的接觸時間，減少油氣在沉降器的停留時間，強化汽提段汽提效果，盡量減小催化劑表面的可汽提焦[2]。

1）選用高效原料油霧化噴嘴。采用高效原料油霧化噴嘴（CS-Ⅱ）能夠有效改善原料油霧化效果，使原料油霧滴與催化劑均勻接觸，原料油汽化速度快、死區少，降低生焦率。嚴格控制霧化蒸汽量占原料量6%～8%，使霧化粒徑分布均勻，平均粒徑減小，從而在催化裂化裝置運行過程中，減少干氣和焦炭產率，提高輕質油收率，減輕反應系統的結焦。

2）對提升管出口快分系統進行改進。根據設備使用年限定期更換沉降器內提升管粗旋及頂旋，提高油氣和催化劑分離速度，盡可能縮短油氣在沉降器內的停留時間，減少二次反應，抑制輕質油再分解。盡可能做到“三快”，即快速分離、快速汽提、快速導出。

1.2 原料優化工藝

焦炭產率的大小與原料性質的關系很大。催化裂化裝置以常壓渣油作為原料，采用油漿全回煉操作，原料中的膠質、瀝青質和重金屬含量也隨之增加，原料殘炭維持在6%，原料密度為920 kg/m3,這些都會導致裝置焦炭產率上升，所以要重視催化裂化裝置原料的優化。

1）控制合理的回煉比。該裝置采用油漿全回煉操作，油漿的裂化性能比新鮮原料低得多，而其結焦性能卻比新鮮原料高出2～4倍，須嚴格控制回煉比。在相同的焦炭產率下，可以增加裝置原料處理量，在增加產品收率的同時降低能耗。

2）根據加工負荷優化預提升介質量。為保證提升管線速要求，盡量縮短反應時間，減少產品二次裂化，降低氣體和焦炭產率，在加工負荷偏低（不足400 t/d）時，可適當增加預提升介質量，利用蒸汽、干氣混合物作為提升介質，減小高溫催化劑溫降，降低氣壓機壓縮負荷。預提升線速可控制在3～4 m/s范圍內。

3）改善汽提效果，選擇合適的汽提蒸汽量。提高汽提蒸汽量保證汽提效果使流速增加，同時也增加了催化劑的返混，減少焦炭生成。沉降器料位通過待滑閥自動控制，汽提蒸汽從上到下按照1∶1∶4的比例進行控制。

4）投用提升管終止劑。在提升管的中上段打入終止劑，既有利于提高劑油比，又可以作為在開工階段提升管噴原料前提高沉降器頂部溫度的手段，有效減少沉降器頂部開工冷凝焦的產生[3]。

5）優化噴嘴進料方式。針對實際加工負荷偏低的現狀，通過調整原料進料位置縮短油氣停留時間，減少二次反應。使用原料與回煉油混合進料，提高原料預熱溫度，降低原料黏度，改善噴嘴霧化效果減少結焦。

2 降低電耗

據統計，催化裂化裝置電耗在能耗結構中占裝置總能耗的10%左右，減少電能消耗不僅降低裝置能耗，還能起到減排CO2的作用[4]。降低電耗可考慮以下措施：機泵和空冷器與主風機組相比，雖然功率較小，但是由于機泵和空冷器的數量較多，通過必要的節能手段，仍然可以降低全裝置的電耗，從而降低生產成本。對于流量或負荷調節頻繁的機泵，如原料泵、頂循環泵和部分空冷電動機，可以增加變頻器，通過調節變頻器而調節機泵流量或空冷負荷，達到節電目的。實施柴油、封油流程優化改造，在夏季生產中將封油強制循環改為自循環，這樣能節約1臺柴油泵電量。

3 增加蒸汽產量

催化裂化裝置由于熱量過剩，蒸汽產量較多。油漿蒸汽發生器、外取熱器及余熱鍋爐均作為產汽設備，原設計所產蒸汽除滿足反應及氣壓機用汽外，多余的將外供系統。目前，由于加工負荷偏低及系統蒸汽壓力與裝置蒸汽壓力不匹配造成無法外輸。

1）提高富氣壓縮機入口壓力。 目前，大多數催化裂化裝置均采用背壓式汽輪機帶動富氣壓縮機，如果能夠提高富氣壓縮機壓力，就能減少汽輪機的耗汽量。減少或停用分餾塔冷回流量，也能降低分餾塔的壓降，這既可降低分餾塔頂的冷卻負荷，又可提高氣壓機的入口壓力。

2）優化外取熱器密相運行。外取熱器密相操作后，上中下各側6只熱電偶溫差在100℃之內，取熱負荷可根據加工負荷、原料性質變化作靈活調整，通過調整流化風量控制外取熱器產汽負荷；由外取熱器下滑閥開度控制燒焦罐的起始溫度為660～670℃，較好控制再生劑定碳，保證催化劑燒焦效果及微反活性；調整外取熱器上滑閥控制取熱負荷及催化劑藏量，使外取熱器產汽量滿足設計負荷要求。

4 加強裝置間熱聯合

隨著煉廠復雜程度逐漸加深設備檢修質量不斷提高，這為裝置之間的熱聯合提供了必要條件。裝置之間可以通過提高熱聯合程度降低各自裝置的能耗，從而降低全廠總能耗。裝置之間的熱聯合要與煉廠整體優化相結合，與上下游裝置相結合。

4.1 催化裂化裝置與常壓蒸餾裝置的熱聯合

常壓蒸餾裝置為催化裂化裝置提供了生產原料，如果作為獨立裝置，常壓裝置的渣油都需要冷卻到50～85℃之間送出裝置，而催化裂化裝置將這些原料再加熱到200℃左右進入提升管反應，這種反復加熱、冷卻的方法會造成大量的能量損失。常壓裝置和催化裂化裝置的熱聯合可以采用以下方式：渣油在常壓裝置換熱后，以約200℃溫度直接送到催化裂化裝置，再經催化裂化裝置內部油漿繼續加熱到提升管所需要的溫度[5]。

5 結束語

隨著石化行業競爭日趨激烈，國家的產業政策和企業的自身發展都要求將節能減排工作提到最重要位置。催化裂化裝置能耗由于在全廠能耗結構中所占比例大，也一直受到極大重視。所采取的節能降耗措施要具體間題具體分析，要針對裝置的原料、催化劑、公用工程配套、周邊裝置用能特性等詳細論證，采取針對性措施，才能取得滿意效果。