催化裝置用能簡明分析

秦振華 劉富榮 滕布東

摘要：本文通過對催化裝置用能環節及特點、催化裝置過程用能剖析、格煉催化裝置能耗評價幾個方面對催化裝置用能進行分析。并針對裝置實際情況，提出了催化裝置幾種節能途徑，對裝置的節能降耗工作具有一定意義。

關鍵詞：催化裝置；用能；能耗

催化裝置的用能過程是一個不可逆過程，輸入能量中一部分以反應熱的形式進入產品，大部分用能則轉化為高于環境溫度的低溫位熱能，因其回收利用不當而排入環境.這兩部分構成了催化裝置的能耗。影響催化裝置能耗的因素很多，是管理、技術和經濟諸多因素的綜合體現。

一、催化裝置的用能環節及特點：

1 催化裝置用能環節

催化裝置的用能可以歸納為能量的轉換和傳輸、工藝利用和能量回收三個環節。三者之間相互聯系、互相影響。

（1）能量的轉換和傳輸環節：供入體系的總能量包括燃料化學能及部分電能等，通過加熱爐、鍋爐、再生器、煙氣輪機、抽空器、各類機泵等設備轉換，一部分有效地供給工藝過程所需要的能量，其形式可以是熱能、機械能或其他，還可以輸出部分能量，同時也有一部分能量損失。

（2）能量的工藝利用環節：進入此環節的能量通過反應、分餾、吸收等相應的裝置，完成物質、能量的轉變和傳遞。進入此環節的能量除了轉換和傳輸環節供入的之外，還有回收環節回收的能量。在這一環節中熱力學能耗是不能回收的，而剩余部分則有可能回收。

2、催化裝置的用能特點：

催化裝置由于其工藝過程的特殊性，決定起用能有其如下特點：

（1）總輸入能多：由于催化裂化反應一般在470～535℃的氣相下進行，原料升溫、汽化和反應需供入大量能量。燒焦用空氣和氣體加壓也要供入大量熱量，使過程需要的總輸入能有時高達4.2GJ/t以上。而其供入能主要以焦炭有效燃燒熱的形式供入。

（2）低溫熱多：高能級的能量輸入裝置后，通過催化裂化裝置的一系列化學和物理的過程，大量地轉化為≤120℃的低溫熱。對一般裝置，低溫熱在840～1260MJ/t范圍內，這部分能量回收利用率低，是構成能耗的主要原因之一；

二、催化裝置過程用能剖析：

1、反應-再生系統過程用能剖析：

催化裝置反再系統的熱平衡對維護裝置經濟有效地運行時非常重要的，幾乎所有與流化催化裂化裝置操作有關的工藝變量都會影響其熱平衡。

2、影響反應再生部分的能耗因素有：

（1）CO燃燒程度 即排入大氣中再生煙氣中CO含量，這部分能耗時非常可觀的，CO完全燃燒與常規再生相比，能耗可相差70MJ/%焦；我廠催化裝置由于采用前置燒焦罐+湍流床高效再生方式，煙氣中CO含量在0.4%左右，基本燃燒完全。

（2）煙氣壓力能利用 煙氣壓力能利用決定于煙氣參數和機組效率。選擇合理時，主風機動力回收率可大于100%。

（3）煙氣顯熱利用：主要取決于余熱鍋爐排煙溫度。我廠催化裝置余熱鍋爐正常排煙溫度為190～210℃，既防止了煙氣的露點腐蝕，又保證了煙氣顯熱的充分回收。

3 分餾過程用能分析：

分餾部分的能耗主要由冷凝冷卻所需要的熱量構成，還包括散熱、蒸汽、冷卻介質、機泵的動力消耗。中段以上的熱量主要是產品收率的函數，而且溫度較低，塔頂油氣一般小于130℃，其熱量在335～460MJ/t之間；頂循環回流溫度大致在60～120℃之間，其熱量約180～200MJ/t；輕柴油抽出溫度200～230℃，其熱量決定于輕柴油收率和再吸收油量。這三部分熱量中，一部分的回收經濟性較差，這是構成分餾部分能耗的主要部分，一般分餾部分能耗為520～740MJ/t。中段及循環油漿的熱量全部可以回收，粗略認為其不構成分餾部分能耗，中段回流取熱量與產品收率關系較小，基本上是回煉比的函數，其數量大致為322+222eMJ/t（e為回煉比）。油漿循環取熱量主要受反應溫度、回煉比和油漿產率的影響。

4 工藝用汽能耗：

工藝用汽主要有進料霧化、汽提蒸汽、防焦蒸汽、預提升蒸汽、輕柴油汽提蒸汽、分餾塔攪拌蒸汽及各種吹掃汽。對于我廠重油催化裂化裝置總用汽量為55噸/小時，140公斤/噸。蒸汽消耗量雖然已經達到先進水平，但通過優化手段還是可以降低部分能耗。

5 泵的動力消耗：

泵的動力消耗在能耗中所占比例不大，一般約80～120MJ/t。但泵消耗的是高能級的電能，過大的消耗往往是無謂的消耗在調節閥及閥門的節流上。對于流量變化大的機泵，進行變頻調速有其很大的必要性。

三、催化裝置能耗評價

1.以云南石化催化裂化裝置設計/實物能耗為例

云南石化各項能耗指標都比較優異，單位能耗為設計能耗的84.9%，相比于設計指標節省了15.1%的能耗。新鮮水能耗高于設計指標主要有兩方面原因：一是催化熱工崗位各水封罐循環水改為新鮮水；二是在2018年前半年煙氣脫硫洗滌水由RO水改為新鮮水。用電量高于設計指標主要是煙機達不到設計的發電工況一直處于用電狀態。

2、云南石化催化裂化裝置能耗分布：

從能量平衡的觀點來分析，能耗是由化學反應熱、排棄熱、散熱和轉換損失構成。分析能耗分布可以看出裝置能耗是否合理，節能潛力有多大。云南催化裝置的能耗分布主要是以下幾個方面：

（1）冷卻損失：通過冷卻介質排入周圍環境的熱量就是冷卻損失。它與裝置的轉化率有關，轉化率愈高，冷卻損失愈大，減少冷卻損失主要靠低溫熱利用。在低溫熱利用方面，裝置設計的低溫熱水系統沒有投用，這樣分餾系統頂循低溫熱源和塔頂油氣低溫熱源沒有回收，而是經過循環水換熱后排入大氣。這是催化裝置能耗的主要構成項目。

（2）能量轉換損失：這是一項包括電、蒸汽、冷卻水、主風機及氣壓機在用能過程中，能量轉換所造成的損失。

（3）排煙損失：這是余熱鍋爐排煙損失的能量，排煙損失也是能耗主要構成項目之一。

四、催化裝置節能的主要途徑

合理用能和能耗適于工藝過程密不可分的，是由技術、管理、投資等體現出來的科研、設計、工程、生產成果的結晶，是一項綜合指標

1、減少總供入能，提高三率

即提高能量轉換率、能源利用率、焦炭能量利用率。總供入能包括再生器燒焦、燃料、蒸汽、電（水、風折電計入）和熱物料，所以要實現較低的綜合能耗，必須在保證工藝用能的前提下，盡可能多地降低總供入能。對于催化裝置的現狀來說，主要是減少蒸汽的供入能。在提高能量轉換率方面，主要從降低再生煙氣排煙損失、再生氣系統散熱損失、機泵的有效動力損失入手；在提高能源利用率方面，要在保證工藝用能的前提下，盡量減少直接輸出能，主要是不要用大量的蒸汽進入四機組發電，因為四機組發電的效率遠低于電廠的發電效率。在焦炭能量利用方面，一是要使煙氣中的CO充分燃燒，二是提高煙汽輪機的回收效率。

2、降低物流排棄能，加強低溫熱回收利用。

低溫熱的回收利用表現在循環水、空冷動力消耗的降低。循環水折能占水能耗的95～98%，因此降低循環水量是降低水耗的關鍵。

3、減少散熱損失

對一套催化裝置來說，散熱能耗能占裝置能耗的10%。它主要受保溫層和裝置負荷率的影響。因此要減少散熱損失，就要從保溫厚度、保溫工程質量及裝置的負荷方面進行考慮，提高保溫工程質量，提高裝置的負荷率。

五 結論

通過催化裝置用能分析，可以明顯看出能量消耗制約了裝置的創收。故合理利用能耗，降低裝置損失，可獲得更大的經濟效益。

參考文獻

[1]《石油煉制工程》 林世雄主編 石油工業出版社

[2]《石油化工過程節能方法和技術》 陳安民 編著 中國石化出版社

（作者單位：中石油云南石化有限公司）