催化裂化裝置優化節能運行分析

李繼翔

（南京誠志清潔能源有限公司， 江蘇 南京 210047）

各行各業中節能降耗是企業生存的關鍵和經濟發展進步的必然規律。落實國家的科學發展觀和實現企業可持續發展，必然要求進行節能降耗。通過加大對科技創新水平和制度上的創新力度，來發展循環經濟和知識經濟，以實現我國經濟社會全面協調的可持續發展。特別是在資源十分緊張的國際大背景下，更加要求我們追求最大的節能降耗。

目前國內煉油企業催化裂化裝置運行中仍然存在著一些問題和矛盾，主要表現在裝置穩定運行周期短、能源消耗耗高和柴汽油等產品的質量問題等，這些也是催化裂化裝置長期一直以來不斷優化運行的努力方向。

1 我國催化裂化裝置與國外的差距

1.1 運行周期較短

2002年，中國石油股份公司組織了催化裂化裝置長周期運行調研，結果表明：被調查的21 套裝置的平均運行周期由292 d 延長到476 d，但仍未達到兩年一修的標準，與國外先進水平存在很大差距[1]。表1 是我國催化裂化裝置的績效與國外煉油廠同類裝置的對比情況。

表1 2010年催化裂化裝置績效對比[2]

從中可以看出，在裝置處理能力基本相當的情況下，裝置的機械耐用度、年維修費用等績效指標相差較小。但長周期的運行生產指標仍然存在著較大的差距，亞太煉油廠催化裂化裝置兩年內的一般維修平均停工只有1.2 d，而我國催化裂化裝置卻為2.5～3.5 d，亞太煉油廠同類裝置單周期運行38.4 個月，我國多數催化裂化裝置運行周期為2年，差距還較大。

1.2 能耗居高不下

催化裂化裝置能耗約占煉油能耗的三分之一，從各煉油裝置在總能耗中所占比例看, 作為煉油裝置能耗主要組成部分的常減壓和催化裂化裝置, 其能耗之和約占煉油裝置能耗的45%～50%[3]。優化催化裝置運行對全廠的節能降耗尤為重要。

1.3 汽柴油質量面臨挑戰

隨著環保法規的日益嚴格，要求煉油廠生產清潔燃料，各煉油廠也面臨越來越嚴峻的挑戰。目前許多煉油廠的催化裂化汽油烯烴含量還在40%左右，為此降低汽油烯烴而需付出的努力還是很大的。2008年1月1日，歐IV 排放標準在北京已開始實施，從長遠來看，催化裂化汽柴油質量將面臨更加嚴峻的挑戰，即新一輪質量升級換代的壓力。

2 增強裝置運行周期意識加強工藝和設備管理工作

2.1 避免反再系統襯里的損壞

反應再生系統內部襯里的損壞，一直是影響催化裂化裝置安全穩定運行長周期的一個困難點。有龜甲網的雙層襯里損壞主要原因是耐磨層與隔熱層分離導致串氣過熱與襯里脫落，這是熱應力驟然改變造成的。隨著重油催化裂化工藝技術的發展，操作溫度由過去的 580 ℃左右提高到 750 ℃以上，有時達到 800 ℃。反再兩器襯里在停車檢修的過程中，應該將襯里上出現鼓包、變形、脫落的舊襯里徹底去除，不留死角。然后在新增加和原先舊襯里的接縫處, 使用保溫釘做好固定,才可以確保新增加和原先舊襯里可以實現緊密的結合, 同時襯里極易出現鼓包和開裂的問題, 施工時需選擇有豐富經驗的隊伍,必須按照標準進行維護和保養, 在檢修開車的前期需要徹底烘干襯里, 尤其是150 ℃脫表面水和350 ℃脫結晶水這兩個環節。

2.2 預防膨脹節腐蝕

煙氣對膨脹節的腐蝕主要表現為露點腐蝕、磨損腐蝕及應力破壞[4]。針對運行工況下氯離子及硫化物的應力腐蝕，膨脹節的內部的工藝條件應保持在再生煙氣的露點溫度以上。同時應從膨脹節被腐蝕的機理出發，在合理選擇膨脹節材質的同時，提高表面溫度到160 ℃以上。

2.3 防止系統結焦

催化裂化油氣系統結焦帶有普遍性。催化裂化裝置油漿系統結焦與原料油性質、反應溫度、分餾塔底溫度、油漿在分餾塔底的停留時間以及油漿的性質和組成等因素有關[5]。沉降器的內外集氣室外壁及盲區、旋風分離器升氣管外壁及二級旋分器料腿結焦嚴重。

關于防止結焦，許多文章和報告都曾指出：1）改善進料性質和提高原料預熱溫度[6]，除了采用新型高效的進料噴嘴，同時需要合理的控制進料溫度，并降低進料的黏度。在保證合理劑油比的條件下，提高原料預熱溫度，原料性質的不同，溫度可控制在200～250 ℃，使運動黏度＜5 mm2·s-1。同時采用提升管出口注急冷劑來減少二次裂化；2）在已應用VQS 新型技術的同時，操作上可提高VQS 出口線速，減少停留時間，但VQS 出口線速也不可過高（其敏感區為9～12 m·s-1，也不要超過20 m·s-1）, 避免催化劑的大量跑損以及VQS 在開工或事故恢復過程中由于對其出口線速和沉降器壓力平穩有很高要求, 若控制不好, 將會造成大量催化劑跑入分餾塔,致使油漿泵不上量, 堵塞油漿系統[7]；3）控制焦炭前身物的油氣分壓。目前的青島煉化催化裂化裝置回煉油漿量為35 t·h-1，回煉輕污油量為10 t·h-1，回煉比約為（35 t·h-1油漿+10 t·h-1回煉油）/420 t·h-1新鮮原料=10.71%，在基本滿足產品方案和其他方面考慮的前提下需控制好回煉量。

2.4 油漿系統優化運行

油漿系統的正常穩定，是裝置長周期運行的有力保障。此系統的介質情況決定了正常系統運行的難度，一是溫度問題，高溫熱油系統法蘭易發生泄漏；二是油漿中含有一定量的催化劑細粉，不可避免地對管線內部（特別是彎頭處）造成了沖刷，本裝置的上返塔調溫油漿管線，對其操作注意流量上限的控制，避免線速超高對管線過分沖刷；三是系統的線速問題，盡量將流量保持在油漿的上限，維持分餾塔較低（40%左右）的液面，控制合適的停留時間（3 ～5 min），油漿在管道中的線速應不低于1.5～2.0 m·s-1，同時注意油漿固體含量在油漿泵電流上的表現，避免系統結焦嚴重；四是設備，即油漿泵的維護，此泵的重要性不言而喻，需得到特別的關注、特殊的“照顧”。

3 系統綜合優化 降低裝置能耗

雖然目前的最新工藝設計較已做到一定的能量的優化，但仍需繼續挖掘潛力，不斷降低能源消耗一直是催化裂化裝置的重中之重。需要按照單體設備的節約能耗、本身裝置內部的節能和整個系統的綜合節能三個層次，采取不同措施。

3.1 催化裂化裝置的自身節能降耗

重點談以下幾個方面：

1) 優化操作提高催化劑再生效果, 降低催化劑的焦炭產率。催化劑的再生效果嚴重影響催化劑活性和選擇性，進而影響產品分布，因此提高流化質量、強化燒焦效果，從而提高了催化劑的活性和選擇性，降低了焦炭、干氣產率，且符合當前產品方案的需要。再生催化劑碳含量見表2。

表2 再生催化劑碳含量

催化單元為實現增產汽柴油的目的，對操作進行了一系列調整。主要是：反應溫度由496 ℃逐步降到488 ℃；為降低反應苛刻度，摸索降低劑油比，再生溫度由660 ℃提到670 ℃，催化原料預熱溫度由190 ℃逐步提到210 ℃；同時為了降低反應時間，在VQS 線速允許的前提下，增大預提升干氣量，由7 800 Nm3·min-1提到9 600 Nm3·min-1等措施。通過降低反應深度，裝置汽油和柴油的收率升高，液化氣的收率基本不變，干氣和油漿的收率下降，生焦量也有一定下降。

2) 提高焦炭能量的利用率。

許多裝置的主風機和煙氣輪機的效率偏低，主風機效率在79%～92%，煙機效率在64%～86%。我裝置主風機和煙機采用三機組配置，設計煙機入口的溫度為680 ℃、入口的壓力為0.355 MPa (絕) 、入口的流量為5 150 Nm3·min-1。為了節能降耗，在煙機的振動不超標的情況下，開大煙機的入口蝶閥，使煙氣通過煙機做功，雙動滑閥生物控制開度不大于2%（據有關經驗數據表明，開度較小時煙氣具有的動能和熱能的經濟效益仍是非常可觀的）。裝置的處理量平均約為260 t·h-1的期間，表3 列出了11月前半月的主風機電流和功率統計，從表中數據可以看出，主電機功率數值范圍在2.3～3.0 MW，通過操作調整，取數據①和②，保守按工業用電0.8元· kWh-1計算，每小時可節約用電330 kWh，1年可節約電277×104kWh，增加效益約222 萬元。

表3 催化裂化單元主電機電能耗能

3) 余熱鍋爐出現露點腐蝕。

青島煉化公司加工高硫原油量，加氫尾油硫含量一直較高，月初開始繼續加注硫轉移劑，才使煙氣中SO2氣體含量逐步降到了150 μg·g-1左右，剛好達到了環保指標的要求。余熱鍋爐運行不到1年，煙氣中SO2氣體含量長期超高，導致余熱鍋爐管壁的硫酸露點腐蝕出現。

催化裂化裝置原料相關性質見表4。

表4 催化裂化裝置原料相關性質

4) 余熱鍋爐吹灰器不能工作。

目前，裝置余熱鍋爐A、B 激波吹灰器因設備自身問題已有2 個月左右沒有運行，導致鍋爐B 在這2 個月的運行時間里，排煙溫度已達245 ℃以上，余熱鍋爐三段爐管必然積灰，而省煤段積灰則最嚴重。目前應加緊處理吹灰器問題，避免因此造成爐管積灰，影響余熱鍋爐的煙氣能量回收效率，增加了裝置能耗；再有爐管積灰嚴重將使爐管間距離變小甚至堵塞而形成滯留區，催化劑細粉易附著于管壁，此處水汽停留時間過長，煙氣中SO2對爐管造成腐蝕，長時間不可避免地出現爐管損壞，特別是蒸發段易發生爆管事故。

表5 催化裂化余熱鍋爐爐膛以及排煙溫度

5) CO 助燃劑節支可觀。

在催化劑再生燒焦過程中, 會發生CO 二次燃燒, 按照理論上講完全再生需要加CO 助燃劑，但根據本裝置的設備、運行情況以及操作特點來看，控制一定的旋分器入口線速，使再生器中CO 有充足的停留時間，同時在大量的主風的存在下充分燃燒，避免了二次燃燒的發生。這樣也就取消了CO助燃劑的使用，其只在特殊情況下（如開停工或操作異常時）使用，每年可節約助燃劑13.8 t（設計指標），增效益約165 萬元。

6)利用變頻機泵，降低能源消耗。

離心泵是煉油生產的主要動力設備之一，離心泵的能量利用率主要與泵的剩余揚程有關，變頻調速就是從這方面來提高能量利用率的，從而達到節能的目的。

3.2 能量系統綜合優化

催化裂化裝置的特點是因催化劑的燒焦有大量的能量剩余，綜合上進行優化的關鍵是如何采用先進技術，在裝置的自身和相關上下游裝置群范圍內使這些剩余能量，使其得到最優的利用。目前少數裝置存在外輸中壓蒸汽降壓使用問題，如海南煉化公司、青島煉化公司催化裂化裝置的中壓蒸汽降壓為1. 0 MPa 蒸汽使用，同時存在低壓蒸汽的長期放空等問題。這些問題需要仔細的研究各類不同級別蒸汽的逐級利用和蒸汽管網的優化設計。

4 通過新的技術以降低汽油烯烴產量

催化裂化裝置降低汽油烯烴含量的措施根本在于裝置內部解決汽油烯烴的產生問題，除了優化操作條件外，主要采用降低汽油烯烴含量的催化劑（比如GOR 系列催化劑[8]等）、采用MIP 技術[9]（由RIPP開發）、開發新型反應器（洛陽石化工程公司開發的靈活多效催化裂化技術-FDFCC）等技術。

5 結束語

本文重點分析闡述了煉油催化裂化裝置的節能降耗技術改造措施和未來可以繼續進行的方法，基于目前全球石油儲藏量和價格的共同影響下，以及科學技術的不斷進步，對資源的最大化利用和重復的可持續利用是目前以及未來追求的核心問題，對實現偉大復興的中國夢有著重要地位和長遠影響。